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Chapter 6 耐热钢和耐热合金 6.1 耐热钢的工作条件及性能 6.2 铁素体型耐热钢 6.3 工业炉用耐热钢 6.4 奥氏体型耐热钢 6.5 耐热合金  耐热钢和耐热合金是指在高温（（0.3~0.5）T 熔点）下工作并具有一定强度和抗氧化、耐腐蚀能力的金属材料。 耐热钢按合金元素多少通常可以分为两类： 在低合金结构钢基础上发展起来的低合金铁素体-珠光体型热强钢； 在不锈钢基础上发展起来的高合金专用耐热钢。 6.1 耐热钢和合金的工作条件及性能 一、耐热钢和合金的工作条件及性能要求 工作条件： 在高温下承受各种载荷，如拉伸、弯曲、扭转疲劳和冲击等； 与高温蒸汽、空气或燃气接触，表面发生高温氧化或气体腐蚀。 性能要求： 良好的高温强度及塑性；有足够高的化学稳定性。 二、高温强度指标 蠕变 钢和合金在温度和应力作用下将发生连续而缓慢的变形。 1、蠕变强度 在某温度下，在规定时间达到规定变形时所能承受的应力。 2、持久强度 在规定温度和规定时间断裂所能承受的应力。 3、持久寿命 在规定温度和规定应力作用下断裂的时间。 三、合金元素对化学稳定性的影响 1、Cr、Al、Si改善钢的高温化学稳定性。 Cr、Al、Si提高FeO出现的温度，改善钢的高温化学稳定性。 钢表面氧化膜的结构：外层：Fe2O3；中间层Fe3O4；内层FeO，当FeO出现时钢的氧化速度剧增。 Cr、Al含量较高时，钢的表面出现致密的Cr2O3或Al2O3保护膜。 含硅钢中生成Fe2SiO4氧化膜，具有良好的保护作用。如图7-1. Cr、Al是抗氧化的主要元素，Si辅加元素。 2、稀土金属或碱土金属提高钢的抗氧化能力，特 别在1000℃以上，使高温下晶界优先氧化的现象几乎消失。 3、W或Mo降低钢和合金的抗氧化能力。 氧化膜内层贴着金属生成含W和Mo的氧化物，而MoO3和WO3具有低熔点和高挥发性，使抗氧化能力变坏。 4、H降低化学稳定性。 高于400℃的水蒸气能使钢氧化。 3Fe+4H2O=Fe3O4+2H2 当H扩散到钢中将引起脱碳，生成甲烷，并在晶界析出，引起裂缝，即氢腐蚀。 四、抗氧化和气体腐蚀能力级别 腐蚀速度≤0.1mm／年：完全抗氧化； 腐蚀速度＜0.1-1.0 mm／年：为抗氧化； 腐蚀速度＜1.0 –3.0mm／年：为次抗氧化； 腐蚀速度＜3.0-10.0mm／年：为弱抗氧化; 腐蚀速度＞10.0mm／年：为不抗氧化。 作业： 1、高温强度指标有哪些？ 2、合金元素对钢的化学稳定性有哪些影响？ 6.2 铁素体型耐热钢 耐热钢按显微组织可分为奥氏体型和铁素体型两大类。 铁素体型耐热钢：铁素体-珠光体耐热钢、马氏体耐热钢和铁素体耐热钢。一般在350-650℃范围工作。 一、铁素体-珠光体耐热钢 2．成分特点及合金元素作用 （1）低碳，一般为0.08%~0.20%。 使钢基体组织保持有大量的铁素体，利用铁素体的高熔点和组织稳定性的特点获得良好的耐热性；而且使钢中碳化物数量相对较少，钢中的珠光体不易发生球化。 使钢具有良好的加工工艺性能（如轧制、穿管、拉拔、延伸、焊接、冷弯等）。 （2）主加合金元素是Cr和Mo，辅加元素是V、Ti、Nb、W 等。 提高钢的热强性的途径有固溶强化和碳化物沉淀强化。 固溶强化：W、Mo、Cr W、Mo溶于基体α相，能增强基体原子间的结合强度，提高再结晶温度，因而能显著提高基体的蠕变抗力。 碳化物沉淀强化： Ti、Nb、V、Mo、W、Cr 沉淀强化作用：MC＞M2C ＞ M6C ＞ M7C3； w（V）/ w（C）=4， w（Nb）/ w（C）=8， w（Ti）/ w（C）=3.碳和V、Nb、Ti全部结合成MC，达到最佳的沉淀强化效果。 当有剩余碳存在，就会形成M2C 和M6C ，其聚集长大速度高，强化效果差。 3．热处理 通过热处理改变铁素体-珠光体耐热钢的组织，提高蠕变极限和持久强度。 以12Cr1MoV为例， 980℃奥氏体化后 炉冷（1-6 ℃ / min）：铁素体+珠光体 空冷（200-500 ℃ / min ）：粒状贝氏体+少量铁素体和马氏体，再高温回火 淬火（ ＞ 600 ℃ / min ）：马氏体，再高温回火 580-600 ℃持久强度：马氏体高温回火＞粒状贝氏体高温回火＞铁素体-珠光体； 持久塑性：铁素体-珠光体＞马氏体高温回火＞粒状贝氏体高温回火 二、 马氏体耐热钢 1 Cr12型马氏体耐热钢 低碳Cr13 型马氏体不锈钢虽具有高的抗氧化性和耐蚀性，但组织稳定性较差，只能做45