耐熱鋼和鐵基高溫合金

1、Chapter 6 耐熱鋼和鐵基高溫耐熱鋼和鐵基高溫合金合金主要內(nèi)容主要內(nèi)容 第一節(jié)第一節(jié) 珠光體型熱強(qiáng)鋼珠光體型熱強(qiáng)鋼 第二節(jié)第二節(jié) 馬氏體型熱強(qiáng)鋼馬氏體型熱強(qiáng)鋼 第三節(jié)第三節(jié) 鐵素體型、奧氏體型鐵素體型、奧氏體型 及沉淀硬化型耐熱鋼及沉淀硬化型耐熱鋼 第四節(jié)第四節(jié) 鐵基高溫合金鐵基高溫合金Chapter 6 耐熱鋼和鐵基高溫耐熱鋼和鐵基高溫合金合金基本要求基本要求： 了解耐熱金屬材料的工作條件及性了解耐熱金屬材料的工作條件及性能特點(diǎn)；能特點(diǎn)； 耐熱鋼及鐵基高溫合金的合金化及耐熱鋼及鐵基高溫合金的合金化及其熱處理；其熱處理； 常用耐熱鋼和鐵基高溫合金。常用耐熱鋼和鐵基高溫合金。 重點(diǎn)和難點(diǎn)重

2、點(diǎn)和難點(diǎn)：耐熱鋼及鐵基高溫：耐熱鋼及鐵基高溫合金的性能特點(diǎn)及合金化原理。合金的性能特點(diǎn)及合金化原理。Chapter 6 耐熱鋼和鐵基高溫耐熱鋼和鐵基高溫合金合金背景背景: :耐熱鋼和高溫合金是指在高溫下耐熱鋼和高溫合金是指在高溫下工作并具有一定工作并具有一定強(qiáng)度強(qiáng)度和和抗氧化、抗氧化、耐腐蝕能力耐腐蝕能力的金屬材料。的金屬材料。6.0 引言引言6.0 引言引言Chapter 6 耐熱鋼和鐵基高溫耐熱鋼和鐵基高溫合金合金u對蒸汽輪機(jī)和鍋爐來講對蒸汽輪機(jī)和鍋爐來講：l在本世紀(jì)在本世紀(jì)3040年代蒸汽溫度年代蒸汽溫度不過不過400450，蒸汽壓力不過，蒸汽壓力不過近近100大氣壓；大氣壓；l現(xiàn)在蒸汽

3、溫度已達(dá)現(xiàn)在蒸汽溫度已達(dá)650，蒸汽，蒸汽壓力也高達(dá)壓力也高達(dá)340大氣壓以上，因大氣壓以上，因此所使用的金屬材料也從低碳鋼此所使用的金屬材料也從低碳鋼發(fā)展到復(fù)雜的各類合金鋼。發(fā)展到復(fù)雜的各類合金鋼。 6.0 引言引言Chapter 6 耐熱鋼和鐵基高溫耐熱鋼和鐵基高溫合金合金耐熱鋼的分類耐熱鋼的分類u按合金元素多少可分為兩類按合金元素多少可分為兩類： 一類是在低合金結(jié)構(gòu)鋼基礎(chǔ)上發(fā)展一類是在低合金結(jié)構(gòu)鋼基礎(chǔ)上發(fā)展起來的起來的低合金珠光體型熱強(qiáng)鋼低合金珠光體型熱強(qiáng)鋼； 另一類是在不銹鋼基礎(chǔ)上發(fā)展起來另一類是在不銹鋼基礎(chǔ)上發(fā)展起來的的高合金專用耐熱鋼高合金專用耐熱鋼。l專用耐熱鋼按對使用性能的要求

4、可專用耐熱鋼按對使用性能的要求可以分為：以分為：熱強(qiáng)鋼熱強(qiáng)鋼和和熱穩(wěn)定鋼熱穩(wěn)定鋼。Chapter 6 耐熱鋼和鐵基高溫耐熱鋼和鐵基高溫合金合金6.0 引言引言熱強(qiáng)鋼熱強(qiáng)鋼是指在高溫下有一定抗氧化是指在高溫下有一定抗氧化能力并具有足夠強(qiáng)度而不產(chǎn)生大量變能力并具有足夠強(qiáng)度而不產(chǎn)生大量變形或斷裂的鋼種，如高溫螺栓、渦輪形或斷裂的鋼種，如高溫螺栓、渦輪葉片等。它們工作時(shí)要求承受較大的葉片等。它們工作時(shí)要求承受較大的載荷，失效的主要原因是高溫下強(qiáng)度載荷，失效的主要原因是高溫下強(qiáng)度不夠。不夠。熱強(qiáng)鋼廣泛用于制造鍋爐管道、緊固熱強(qiáng)鋼廣泛用于制造鍋爐管道、緊固件、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子、葉片、排氣閥等。件、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子、葉

5、片、排氣閥等。Chapter 6 耐熱鋼和鐵基高溫耐熱鋼和鐵基高溫合金合金6.0 引言引言熱穩(wěn)定鋼熱穩(wěn)定鋼是指在高溫下抗氧化或抗是指在高溫下抗氧化或抗高溫介質(zhì)腐蝕而不破壞的鋼種，如高溫介質(zhì)腐蝕而不破壞的鋼種，如爐底、爐柵等。它們工作時(shí)的主要爐底、爐柵等。它們工作時(shí)的主要失效形式是高溫氧化，而單位面積失效形式是高溫氧化，而單位面積上承受的載荷并不大，故又稱抗氧上承受的載荷并不大，故又稱抗氧化鋼?；摗岱€(wěn)定鋼廣泛用于工業(yè)爐中的構(gòu)件、熱穩(wěn)定鋼廣泛用于工業(yè)爐中的構(gòu)件、爐底板、馬弗罐、料架、輻射管等。爐底板、馬弗罐、料架、輻射管等。 Chapter 6 耐熱鋼和鐵基高溫耐熱鋼和鐵基高溫合金合金6.0

6、引言引言u按組織的晶體結(jié)構(gòu)特征可以分按組織的晶體結(jié)構(gòu)特征可以分為為： 奧氏體型奧氏體型 鐵素體型鐵素體型 馬氏體型馬氏體型 沉淀硬化型沉淀硬化型Chapter 6 耐熱鋼和鐵基高溫耐熱鋼和鐵基高溫合金合金6.0 引言引言 奧氏體型、鐵素體型鋼奧氏體型、鐵素體型鋼大都用大都用于要求于要求抗氧化性抗氧化性較高的場合；較高的場合； 馬氏體型馬氏體型和和沉淀硬化型鋼沉淀硬化型鋼則多則多用于要求用于要求高溫強(qiáng)度高溫強(qiáng)度較高的場合。較高的場合。Chapter 6 耐熱鋼和鐵基高溫耐熱鋼和鐵基高溫合金合金6.0 引言引言 由于由于珠光體型熱強(qiáng)鋼珠光體型熱強(qiáng)鋼、馬氏體型馬氏體型熱強(qiáng)鋼熱強(qiáng)鋼在加熱和冷卻時(shí)會發(fā)生

7、相在加熱和冷卻時(shí)會發(fā)生相變，所以要進(jìn)一步提高使用溫度變，所以要進(jìn)一步提高使用溫度受到限制。受到限制。 更高溫度下則須使用更高溫度下則須使用奧氏體型熱奧氏體型熱強(qiáng)鋼強(qiáng)鋼和和高溫合金高溫合金。Chapter 6 耐熱鋼和鐵基高溫耐熱鋼和鐵基高溫合金合金6.0 引言引言 由于由于珠光體型熱強(qiáng)鋼珠光體型熱強(qiáng)鋼、馬氏體馬氏體型熱強(qiáng)鋼型熱強(qiáng)鋼在中溫下有較好的熱在中溫下有較好的熱強(qiáng)性、熱穩(wěn)定性及工藝性能，強(qiáng)性、熱穩(wěn)定性及工藝性能，線膨脹系數(shù)小，含碳量也較低，線膨脹系數(shù)小，含碳量也較低，價(jià)格低廉，廣泛應(yīng)用于制造鍋價(jià)格低廉，廣泛應(yīng)用于制造鍋爐、汽輪機(jī)及石油提煉設(shè)備等，爐、汽輪機(jī)及石油提煉設(shè)備等，是適宜在是適宜在

8、600650以下溫以下溫度使用的熱強(qiáng)鋼。度使用的熱強(qiáng)鋼。Chapter 6 耐熱鋼和鐵基高溫耐熱鋼和鐵基高溫合金合金6.0 引言引言 現(xiàn)代航空工業(yè)的發(fā)展出現(xiàn)了超音速現(xiàn)代航空工業(yè)的發(fā)展出現(xiàn)了超音速飛機(jī)，其發(fā)動機(jī)的工作溫度高達(dá)飛機(jī)，其發(fā)動機(jī)的工作溫度高達(dá)1200，從而，出現(xiàn)了各類鎳基、，從而，出現(xiàn)了各類鎳基、鈷基合金。鈷基合金。 由此可見，根據(jù)工程結(jié)構(gòu)的要求不由此可見，根據(jù)工程結(jié)構(gòu)的要求不同，耐熱鋼和高溫合金的使用溫度同，耐熱鋼和高溫合金的使用溫度范圍是十分寬廣的，從幾百度到千范圍是十分寬廣的，從幾百度到千度以上。度以上。一般來講，耐熱鋼和高溫一般來講，耐熱鋼和高溫合金工作溫度是指該金屬或合金的合

9、金工作溫度是指該金屬或合金的（0.30.5）T熔點(diǎn)熔點(diǎn)以上的溫度。以上的溫度。Chapter 6 耐熱鋼和鐵基高溫耐熱鋼和鐵基高溫合金合金6.0 引言引言高溫合金的分類高溫合金的分類u按基體元素分類：按基體元素分類： 以鐵為主，加入的合金元素總量以鐵為主，加入的合金元素總量超過超過50的鐵基合金稱為的鐵基合金稱為鐵基高鐵基高溫合金溫合金； 類似地，以鎳為主的合金稱為類似地，以鎳為主的合金稱為鎳鎳基高溫合金基高溫合金。 以鈷為主的稱為以鈷為主的稱為鈷基高溫合金鈷基高溫合金。Chapter 6 耐熱鋼和鐵基高溫耐熱鋼和鐵基高溫合金合金6.0 引言引言u按制備工藝分類按制備工藝分類 變形高溫合金變形

10、高溫合金l餅材、棒材、板材、環(huán)形件、管材、餅材、棒材、板材、環(huán)形件、管材、帶材和絲材等；帶材和絲材等； 鑄造高溫合金鑄造高溫合金l普通精密鑄造合金、普通精密鑄造合金、定向凝固高溫定向凝固高溫合金、單晶凝固高溫合金合金、單晶凝固高溫合金 粉末冶金高溫合金粉末冶金高溫合金l普通粉末冶金高溫合金、氧化物彌普通粉末冶金高溫合金、氧化物彌散強(qiáng)化高溫合金散強(qiáng)化高溫合金Chapter 6 耐熱鋼和鐵基高溫耐熱鋼和鐵基高溫合金合金6.0 引言引言u按強(qiáng)化方式分類按強(qiáng)化方式分類 固溶強(qiáng)化型固溶強(qiáng)化型 沉淀強(qiáng)化型沉淀強(qiáng)化型 金屬間化合物金屬間化合物 氧化物彌散強(qiáng)化型氧化物彌散強(qiáng)化型 纖維強(qiáng)化型等。纖維強(qiáng)化型等。C

11、hapter 6 耐熱鋼和鐵基高溫耐熱鋼和鐵基高溫合金合金6.0 引言引言u按使用特性，高溫合金又可按使用特性，高溫合金又可分為分為 高強(qiáng)度合金高強(qiáng)度合金 高屈服強(qiáng)度合金高屈服強(qiáng)度合金 抗松弛合金抗松弛合金 低膨脹合金低膨脹合金 抗熱腐蝕合金等等?？篃岣g合金等等。Chapter 6 耐熱鋼和鐵基高溫耐熱鋼和鐵基高溫合金合金6.4 鐵基高溫合金鐵基高溫合金 鐵基、鈷基和鎳基合金的使用鐵基、鈷基和鎳基合金的使用溫度一般不超過溫度一般不超過1000； 溫度再高就必須選用難熔金屬溫度再高就必須選用難熔金屬（指熔點(diǎn)高于（指熔點(diǎn)高于1650的金屬）的金屬）或其合金了?；蚱浜辖鹆恕?本章主要講述耐熱鋼和鐵

12、基高本章主要講述耐熱鋼和鐵基高溫合金。溫合金。 Chapter 6 耐熱鋼和鐵基高溫耐熱鋼和鐵基高溫合金合金6.0 引言引言 珠光體型熱強(qiáng)鋼是合金結(jié)構(gòu)鋼中的珠光體型熱強(qiáng)鋼是合金結(jié)構(gòu)鋼中的一部分鋼種，其特點(diǎn)是：一部分鋼種，其特點(diǎn)是：碳含量較低，工藝性、導(dǎo)熱性好，碳含量較低，工藝性、導(dǎo)熱性好，熱處理工藝簡單，價(jià)格便宜；熱處理工藝簡單，價(jià)格便宜；使用少量的合金元素固溶強(qiáng)化和改使用少量的合金元素固溶強(qiáng)化和改善善Fe2O3氧化膜的穩(wěn)定性；氧化膜的穩(wěn)定性；在在500620以下具有良好的熱以下具有良好的熱強(qiáng)性。強(qiáng)性。6.1 珠光體型熱珠光體型熱強(qiáng)鋼強(qiáng)鋼Chapter 6 耐熱鋼和鐵基高溫耐熱鋼和鐵基高溫合金

13、合金6.1 珠光體型熱強(qiáng)鋼珠光體型熱強(qiáng)鋼 珠光體型熱強(qiáng)鋼按碳含量和珠光體型熱強(qiáng)鋼按碳含量和應(yīng)用特點(diǎn)又可分為應(yīng)用特點(diǎn)又可分為l低碳珠光體熱強(qiáng)鋼低碳珠光體熱強(qiáng)鋼l中碳珠光體熱強(qiáng)鋼中碳珠光體熱強(qiáng)鋼Chapter 6 耐熱鋼和鐵基高溫耐熱鋼和鐵基高溫合金合金6.1 珠光體型熱強(qiáng)鋼珠光體型熱強(qiáng)鋼一、低碳珠光體型熱強(qiáng)鋼一、低碳珠光體型熱強(qiáng)鋼 這類鋼對應(yīng)于普通低合金高強(qiáng)這類鋼對應(yīng)于普通低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼，要求有制管、焊管、度結(jié)構(gòu)鋼，要求有制管、焊管、冷彎等良好冷彎等良好工藝性能工藝性能。 由于這類鋼主要用于制作由于這類鋼主要用于制作鍋爐鍋爐鋼管鋼管，對于鍋爐鋼管來說，管，對于鍋爐鋼管來說，管內(nèi)是具有一定壓力

14、的過熱蒸汽，內(nèi)是具有一定壓力的過熱蒸汽，外壁接觸火焰。外壁接觸火焰。Chapter 6 耐熱鋼和鐵基高溫耐熱鋼和鐵基高溫合金合金6.1 珠光體型熱強(qiáng)鋼珠光體型熱強(qiáng)鋼 要求要求500600左右的左右的高溫高溫持久強(qiáng)度持久強(qiáng)度和和一定的抗氧化性一定的抗氧化性。 合金化合金化：低碳鋼稍加合金化即：低碳鋼稍加合金化即能符合這些要求。經(jīng)過多年來能符合這些要求。經(jīng)過多年來的研究和工業(yè)實(shí)踐，形成了一的研究和工業(yè)實(shí)踐，形成了一些典型鋼種。些典型鋼種。Chapter 6 耐熱鋼和鐵基高溫耐熱鋼和鐵基高溫合金合金6.1 珠光體型熱強(qiáng)鋼珠光體型熱強(qiáng)鋼 典型鋼種：典型鋼種：12Cr1MoV用于用于540的導(dǎo)管或的導(dǎo)管

15、或580的過熱蒸汽管。的過熱蒸汽管。12Cr2MoWSiVTiB用于用于600 620的過熱器管。的過熱器管。 Chapter 6 耐熱鋼和鐵基高溫耐熱鋼和鐵基高溫合金合金6.1 珠光體型熱強(qiáng)鋼珠光體型熱強(qiáng)鋼1低碳珠光體型熱強(qiáng)鋼的合金化低碳珠光體型熱強(qiáng)鋼的合金化（1）低碳低碳，即這類鋼的碳含量，即這類鋼的碳含量一般為一般為0.08%0.20%。 低碳低碳使鋼具有良好的使鋼具有良好的加工工藝加工工藝性能性能（如容易軋制、穿管、拉（如容易軋制、穿管、拉拔、延伸、焊接、冷彎等）。拔、延伸、焊接、冷彎等）。Chapter 6 耐熱鋼和鐵基高溫耐熱鋼和鐵基高溫合金合金6.1 珠光體型熱強(qiáng)鋼珠光體型熱強(qiáng)鋼

16、 低碳低碳使鋼基體組織為大量的使鋼基體組織為大量的鐵素體鐵素體，利用鐵素體的高熔點(diǎn)和組織穩(wěn)定利用鐵素體的高熔點(diǎn)和組織穩(wěn)定性的特點(diǎn)獲得良好的耐熱性；性的特點(diǎn)獲得良好的耐熱性；使鋼中使鋼中碳化物數(shù)量相對較少碳化物數(shù)量相對較少，鋼，鋼中的中的珠光體不易發(fā)生球化珠光體不易發(fā)生球化，珠光，珠光體中的體中的滲碳體也不易發(fā)生石墨化滲碳體也不易發(fā)生石墨化，這有利于組織穩(wěn)定。這有利于組織穩(wěn)定。Chapter 6 耐熱鋼和鐵基高溫耐熱鋼和鐵基高溫合金合金6.1 珠光體型熱強(qiáng)鋼珠光體型熱強(qiáng)鋼（2）加入合金元素加入合金元素加入合金元素加入合金元素固溶強(qiáng)化鐵素體固溶強(qiáng)化鐵素體基體（包括珠光體和索氏體中基體（包括珠光體和

17、索氏體中的鐵素體），以提高鋼的熱強(qiáng)的鐵素體），以提高鋼的熱強(qiáng)性和再結(jié)晶溫度；性和再結(jié)晶溫度；Chapter 6 耐熱鋼和鐵基高溫耐熱鋼和鐵基高溫合金合金6.1 珠光體型熱強(qiáng)鋼珠光體型熱強(qiáng)鋼 固溶強(qiáng)化的固溶強(qiáng)化的主加主加合金元素合金元素是是鉻鉻和和鉬鉬，輔加輔加元素是元素是V、Ti、Nb、W等等。主加元素鉻和鉬主加元素鉻和鉬是鐵素體基體是鐵素體基體的的最有效的強(qiáng)化元素最有效的強(qiáng)化元素，使這類，使這類鋼的熱強(qiáng)性大為提高。鋼的熱強(qiáng)性大為提高。Chapter 6 耐熱鋼和鐵基高溫耐熱鋼和鐵基高溫合金合金6.1 珠光體型熱強(qiáng)鋼珠光體型熱強(qiáng)鋼輔加輔加元素是元素是V、Ti、Nb、W等減等減少少主加主加合金元

18、素的再分配趨勢合金元素的再分配趨勢。僅經(jīng)過鉻和鉬固溶強(qiáng)化的鐵素體僅經(jīng)過鉻和鉬固溶強(qiáng)化的鐵素體在工作溫度和應(yīng)力的長期作用下，在工作溫度和應(yīng)力的長期作用下，會緩慢地向碳化物中富集，而鐵會緩慢地向碳化物中富集，而鐵和錳等其它元素則被排擠到固溶和錳等其它元素則被排擠到固溶體中去，產(chǎn)生合金元素在使用過體中去，產(chǎn)生合金元素在使用過程中的再分配現(xiàn)象。程中的再分配現(xiàn)象。Chapter 6 耐熱鋼和鐵基高溫耐熱鋼和鐵基高溫合金合金6.1 珠光體型熱強(qiáng)鋼珠光體型熱強(qiáng)鋼合金元素的再分配將導(dǎo)致固溶體中的合金元素的再分配將導(dǎo)致固溶體中的主加主加強(qiáng)化元素減少，熱強(qiáng)性下降強(qiáng)化元素減少，熱強(qiáng)性下降。為為此鋼中還需加入一定量的

19、輔加元素，以此鋼中還需加入一定量的輔加元素，以減少合金元素的再分配趨勢，如常加入減少合金元素的再分配趨勢，如常加入的輔加元素主要有的輔加元素主要有V、Ti、Nb等，這些等，這些合金元素與碳形成穩(wěn)定的碳化物，使鉻合金元素與碳形成穩(wěn)定的碳化物，使鉻和鉬等的固溶強(qiáng)化元素難以發(fā)生向碳化和鉬等的固溶強(qiáng)化元素難以發(fā)生向碳化物轉(zhuǎn)移的再分配現(xiàn)象，從而保持固溶體物轉(zhuǎn)移的再分配現(xiàn)象，從而保持固溶體的強(qiáng)化特性。的強(qiáng)化特性。Chapter 6 耐熱鋼和鐵基高溫耐熱鋼和鐵基高溫合金合金6.1 珠光體型熱強(qiáng)鋼珠光體型熱強(qiáng)鋼 必須指出的是，還可以采用必須指出的是，還可以采用復(fù)合復(fù)合固溶強(qiáng)化固溶強(qiáng)化，比如在鋼中同時(shí)加入，比如

20、在鋼中同時(shí)加入鉬、鉬、鎢鎢、鉻等合金元素，利用這、鉻等合金元素，利用這些元素的復(fù)合作用，不僅提高了些元素的復(fù)合作用，不僅提高了固溶體中的原子間結(jié)合力，而且固溶體中的原子間結(jié)合力，而且還使擴(kuò)散困難，阻礙合金元素發(fā)還使擴(kuò)散困難，阻礙合金元素發(fā)生再分配。生再分配。 Chapter 6 耐熱鋼和鐵基高溫耐熱鋼和鐵基高溫合金合金6.1 珠光體型熱強(qiáng)鋼珠光體型熱強(qiáng)鋼利用合金元素形成第二相利用合金元素形成第二相并強(qiáng)并強(qiáng)化第二相化第二相，如加入合金元素形，如加入合金元素形成一定數(shù)量碳化物，并通過合成一定數(shù)量碳化物，并通過合金化穩(wěn)定碳化物，使形成的碳金化穩(wěn)定碳化物，使形成的碳化物不僅在高溫下化物不僅在高溫下不易

21、球化不易球化和和石墨化石墨化，而且在，而且在400620形形成成彌散分布的、穩(wěn)定性高的、彌散分布的、穩(wěn)定性高的、不易聚集長大的碳化物不易聚集長大的碳化物，保持，保持彌散強(qiáng)化作用。彌散強(qiáng)化作用。Chapter 6 耐熱鋼和鐵基高溫耐熱鋼和鐵基高溫合金合金6.1 珠光體型熱強(qiáng)鋼珠光體型熱強(qiáng)鋼對于第二相強(qiáng)化，合金化的主對于第二相強(qiáng)化，合金化的主要目的不僅是獲得一定數(shù)量的要目的不僅是獲得一定數(shù)量的強(qiáng)碳化物相強(qiáng)碳化物相，更重要的是阻止更重要的是阻止珠光體的球化和碳化物的聚集，珠光體的球化和碳化物的聚集，阻止鋼中的阻止鋼中的C C發(fā)生石墨化，保證發(fā)生石墨化，保證并促進(jìn)碳化物彌散強(qiáng)化并促進(jìn)碳化物彌散強(qiáng)化。

22、影響碳化物球化及聚集長大的影響碳化物球化及聚集長大的主要因素是服役溫度、時(shí)間和主要因素是服役溫度、時(shí)間和材料的化學(xué)成分。材料的化學(xué)成分。 Chapter 6 耐熱鋼和鐵基高溫耐熱鋼和鐵基高溫合金合金6.1 珠光體型熱強(qiáng)鋼珠光體型熱強(qiáng)鋼 就化學(xué)成分而言，就化學(xué)成分而言，碳化物球化及聚碳化物球化及聚集長大集長大是通過是通過C原子的擴(kuò)散進(jìn)行的，原子的擴(kuò)散進(jìn)行的，因此珠光體球化及碳化物的聚集長因此珠光體球化及碳化物的聚集長大傾向隨著碳含量的增加而增加；大傾向隨著碳含量的增加而增加； 在鋼中凡是降低碳的擴(kuò)散速度和增在鋼中凡是降低碳的擴(kuò)散速度和增加合金碳化物穩(wěn)定性（或原子結(jié)合加合金碳化物穩(wěn)定性（或原子結(jié)合

23、力）的元素，如力）的元素，如Cr、Mo、V、Ti等等均能阻礙或延緩珠光體球化及碳化均能阻礙或延緩珠光體球化及碳化物的聚集長大過程。物的聚集長大過程。 Chapter 6 耐熱鋼和鐵基高溫耐熱鋼和鐵基高溫合金合金6.1 珠光體型熱強(qiáng)鋼珠光體型熱強(qiáng)鋼 石墨化石墨化是珠光體型鋼在工作溫度和是珠光體型鋼在工作溫度和應(yīng)力長期作用下，碳化物分解成游應(yīng)力長期作用下，碳化物分解成游離石墨的過程。當(dāng)石墨形成后，不離石墨的過程。當(dāng)石墨形成后，不但消除或降低了碳化物的第二相強(qiáng)但消除或降低了碳化物的第二相強(qiáng)化作用，而且石墨存在于鋼中也割化作用，而且石墨存在于鋼中也割裂了基體（相當(dāng)于小裂紋），使鋼裂了基體（相當(dāng)于小裂紋

24、），使鋼的強(qiáng)度及塑性顯著下降。的強(qiáng)度及塑性顯著下降。 C、Al、Si等是促進(jìn)石墨化元素，等是促進(jìn)石墨化元素，故這類鋼冶煉時(shí)一般不用故這類鋼冶煉時(shí)一般不用Al脫氧。脫氧。 V、Cr等是阻礙石墨化的元素。等是阻礙石墨化的元素。 Chapter 6 耐熱鋼和鐵基高溫耐熱鋼和鐵基高溫合金合金6.1 珠光體型熱強(qiáng)鋼珠光體型熱強(qiáng)鋼 為了保證并促進(jìn)為了保證并促進(jìn)碳化物彌散強(qiáng)化碳化物彌散強(qiáng)化，這類鋼中常加入這類鋼中常加入Mo、W、V、Nb、Ti等附加合金元素，并配合適當(dāng)?shù)牡雀郊雍辖鹪兀⑴浜线m當(dāng)?shù)臒崽幚?，以獲得穩(wěn)定的彌散強(qiáng)化效熱處理，以獲得穩(wěn)定的彌散強(qiáng)化效果。經(jīng)過熱處理，在果。經(jīng)過熱處理，在500750范范

25、圍內(nèi)析出圍內(nèi)析出MeC型或型或Me2C型碳化物型碳化物時(shí)，能產(chǎn)生沉淀強(qiáng)化效果，特別是時(shí)，能產(chǎn)生沉淀強(qiáng)化效果，特別是VC、NbC、TiC一類的間隙碳化物，一類的間隙碳化物，具有很高的穩(wěn)定性。具有很高的穩(wěn)定性。Chapter 6 耐熱鋼和鐵基高溫耐熱鋼和鐵基高溫合金合金6.1 珠光體型熱強(qiáng)鋼珠光體型熱強(qiáng)鋼 如果鋼中如果鋼中V/C的比值符合的比值符合VC的化學(xué)的化學(xué)式的比例，式的比例，C和和V幾乎全部結(jié)合成幾乎全部結(jié)合成VC，可以達(dá)到最高的沉淀強(qiáng)化效果。，可以達(dá)到最高的沉淀強(qiáng)化效果。這時(shí)這時(shí)VC既產(chǎn)生沉淀強(qiáng)化，又能保證既產(chǎn)生沉淀強(qiáng)化，又能保證Cr、Mo溶入溶入固溶體，從而使鐵素固溶體，從而使鐵素體獲

26、得較好的強(qiáng)化。體獲得較好的強(qiáng)化。12Cr1MoV鋼鋼就是在上述合金化思路下發(fā)展起來就是在上述合金化思路下發(fā)展起來的典型的鋼種。的典型的鋼種。 這類鋼中除了運(yùn)用這類鋼中除了運(yùn)用Cr、Mo、W、V、Ti的綜合固溶強(qiáng)化和第二相強(qiáng)化作的綜合固溶強(qiáng)化和第二相強(qiáng)化作用外，還用微量用外，還用微量B強(qiáng)化晶界，并適當(dāng)強(qiáng)化晶界，并適當(dāng)提高提高Si含量，增強(qiáng)了鋼的抗氧化性含量，增強(qiáng)了鋼的抗氧化性能，從而使使用溫度有了較大的提能，從而使使用溫度有了較大的提高，如高，如12Cr2MoWSiVTiB。 Chapter 6 耐熱鋼和鐵基高溫耐熱鋼和鐵基高溫合金合金6.1 珠光體型熱強(qiáng)鋼珠光體型熱強(qiáng)鋼 2低碳珠光體型熱強(qiáng)鋼的

27、熱處低碳珠光體型熱強(qiáng)鋼的熱處理理 低碳珠光體型熱強(qiáng)鋼在科學(xué)的合低碳珠光體型熱強(qiáng)鋼在科學(xué)的合金化基礎(chǔ)上還必須采取正確的熱金化基礎(chǔ)上還必須采取正確的熱處理工藝才能獲得滿意的性能。處理工藝才能獲得滿意的性能。由于這類鋼中含有由于這類鋼中含有Cr、Mo、V等等合金元素，因此顯著提高了鋼的合金元素，因此顯著提高了鋼的淬透性，并強(qiáng)烈地推遲珠光體區(qū)淬透性，并強(qiáng)烈地推遲珠光體區(qū)的轉(zhuǎn)變，使得這類鋼在正火時(shí)可的轉(zhuǎn)變，使得這類鋼在正火時(shí)可以獲得大量的貝氏體組織。以獲得大量的貝氏體組織。 Chapter 6 耐熱鋼和鐵基高溫耐熱鋼和鐵基高溫合金合金6.1 珠光體型熱強(qiáng)鋼珠光體型熱強(qiáng)鋼 合適的熱處理制度可以使合適的熱處

28、理制度可以使Cr、Mo保保留在固溶體基體中，使留在固溶體基體中，使VC均勻分布均勻分布在馬氏體、貝氏體的高密度位錯(cuò)網(wǎng)在馬氏體、貝氏體的高密度位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)上，此時(shí)強(qiáng)化效果可以得到充分絡(luò)上，此時(shí)強(qiáng)化效果可以得到充分發(fā)揮。發(fā)揮。 因此，通過馬氏體、貝氏體相變，因此，通過馬氏體、貝氏體相變，細(xì)化基體嵌鑲塊結(jié)構(gòu)，加上細(xì)化基體嵌鑲塊結(jié)構(gòu)，加上VC在此在此基體上的析出，則能得到上述的強(qiáng)基體上的析出，則能得到上述的強(qiáng)化效果。又由于基體經(jīng)過化效果。又由于基體經(jīng)過Cr、Mo的的固溶強(qiáng)化，提高了基體的再結(jié)晶溫固溶強(qiáng)化，提高了基體的再結(jié)晶溫度，使這種強(qiáng)化在高溫回火時(shí)仍能度，使這種強(qiáng)化在高溫回火時(shí)仍能保持。保持。 Chap

29、ter 6 耐熱鋼和鐵基高溫耐熱鋼和鐵基高溫合金合金6.1 珠光體型熱強(qiáng)鋼珠光體型熱強(qiáng)鋼 由此可見，只有含由此可見，只有含Mo、W、V、Ti、Nb等強(qiáng)碳化物形成元素的這等強(qiáng)碳化物形成元素的這類鋼，馬氏體和貝氏體的回火組類鋼，馬氏體和貝氏體的回火組織，才能顯示這種優(yōu)越性?？?，才能顯示這種優(yōu)越性。 若是若是C鋼、鋼、Mn鋼，則因基體再結(jié)鋼，則因基體再結(jié)晶溫度不高，滲碳體容易聚集長晶溫度不高，滲碳體容易聚集長大，即使馬氏體、貝氏體相變能大，即使馬氏體、貝氏體相變能進(jìn)行，這種相變引起的強(qiáng)化也不進(jìn)行，這種相變引起的強(qiáng)化也不能在高溫下保持。能在高溫下保持。 Chapter 6 耐熱鋼和鐵基高溫耐熱鋼和鐵基

30、高溫合金合金6.1 珠光體型熱強(qiáng)鋼珠光體型熱強(qiáng)鋼 這類鋼一般采用正火加高溫回火。這類鋼一般采用正火加高溫回火。 正火可以得到相當(dāng)數(shù)量的貝氏體組正火可以得到相當(dāng)數(shù)量的貝氏體組織，工藝簡便，生產(chǎn)上容易控制。織，工藝簡便，生產(chǎn)上容易控制。正火的溫度通常選擇得較高，即正火的溫度通常選擇得較高，即9801020，以使碳化物完全溶，以使碳化物完全溶解并均勻分布。解并均勻分布。 回火溫度為回火溫度為720740，2h3h。一般采用高于使用溫度一般采用高于使用溫度100150的回火處理。但回火溫度也不宜過的回火處理。但回火溫度也不宜過高，以避免超過高，以避免超過Ac1，出現(xiàn)局部高碳，出現(xiàn)局部高碳奧氏體，在回火

31、冷卻時(shí)出現(xiàn)少量黃奧氏體，在回火冷卻時(shí)出現(xiàn)少量黃色的高碳馬氏體塊，使鋼的性能變色的高碳馬氏體塊，使鋼的性能變壞。壞。 Chapter 6 耐熱鋼和鐵基高溫耐熱鋼和鐵基高溫合金合金6.1 珠光體型熱強(qiáng)鋼珠光體型熱強(qiáng)鋼Chapter 6 耐熱鋼和鐵基高溫耐熱鋼和鐵基高溫合金合金6.1 珠光體型熱強(qiáng)鋼珠光體型熱強(qiáng)鋼Chapter 6 耐熱鋼和鐵基高溫耐熱鋼和鐵基高溫合金合金6.1 珠光體型熱強(qiáng)鋼珠光體型熱強(qiáng)鋼二、中碳珠光體型熱強(qiáng)鋼二、中碳珠光體型熱強(qiáng)鋼 這類鋼對應(yīng)于中碳低合金調(diào)質(zhì)鋼，這類鋼對應(yīng)于中碳低合金調(diào)質(zhì)鋼，制造工藝上一般采用熱鍛成形，較制造工藝上一般采用熱鍛成形，較少要求冷彎、焊接的耐熱結(jié)構(gòu)件。

32、少要求冷彎、焊接的耐熱結(jié)構(gòu)件。 這類鋼的使用溫度低于過熱蒸氣管這類鋼的使用溫度低于過熱蒸氣管道的溫度，但對強(qiáng)度要求比低碳珠道的溫度，但對強(qiáng)度要求比低碳珠光體型耐熱鋼要高。因此將低碳珠光體型耐熱鋼要高。因此將低碳珠光體型耐熱鋼中的碳含量適當(dāng)提高光體型耐熱鋼中的碳含量適當(dāng)提高即可滿足上述的性能要求。即可滿足上述的性能要求。 這類鋼主要用于制作汽輪機(jī)等耐熱這類鋼主要用于制作汽輪機(jī)等耐熱緊固件，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子（主軸、葉輪緊固件，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子（主軸、葉輪等）。等）。Chapter 6 耐熱鋼和鐵基高溫耐熱鋼和鐵基高溫合金合金6.1 珠光體型熱強(qiáng)鋼珠光體型熱強(qiáng)鋼 中碳珠光體型熱強(qiáng)鋼在用于裝配緊中碳珠光體型熱強(qiáng)鋼

33、在用于裝配緊固，即緊固件時(shí)，由于處于初緊預(yù)固，即緊固件時(shí)，由于處于初緊預(yù)應(yīng)力狀態(tài)，所以首先要求這類鋼在應(yīng)力狀態(tài)，所以首先要求這類鋼在初緊時(shí)不產(chǎn)生屈服，即鋼在室溫下初緊時(shí)不產(chǎn)生屈服，即鋼在室溫下應(yīng)有高的屈服強(qiáng)度；應(yīng)有高的屈服強(qiáng)度； 其次，緊固件在高溫和壓力下工作，其次，緊固件在高溫和壓力下工作，應(yīng)能長期保持一定的預(yù)緊應(yīng)力，因應(yīng)能長期保持一定的預(yù)緊應(yīng)力，因而要求鋼有高的松弛穩(wěn)定性；最后，而要求鋼有高的松弛穩(wěn)定性；最后，為了保證緊固件在長期使用過程中為了保證緊固件在長期使用過程中不出現(xiàn)脆性斷裂和氧化咬合，還要不出現(xiàn)脆性斷裂和氧化咬合，還要求鋼有一定的持久塑性和一定的抗求鋼有一定的持久塑性和一定的抗氧

34、化性。氧化性。Chapter 6 耐熱鋼和鐵基高溫耐熱鋼和鐵基高溫合金合金6.1 珠光體型熱強(qiáng)鋼珠光體型熱強(qiáng)鋼1中碳珠光體型熱強(qiáng)鋼的合金化中碳珠光體型熱強(qiáng)鋼的合金化 在低碳珠光體型熱強(qiáng)鋼的基礎(chǔ)上在低碳珠光體型熱強(qiáng)鋼的基礎(chǔ)上適當(dāng)?shù)靥岣咛己恳蕴岣呤覝叵逻m當(dāng)?shù)靥岣咛己恳蕴岣呤覝叵碌那O限；的屈服極限； 增加增加Cr、Mo、V含量，促進(jìn)正火含量，促進(jìn)正火后的貝氏體轉(zhuǎn)變量，得到具有高后的貝氏體轉(zhuǎn)變量，得到具有高的松弛穩(wěn)定性的貝氏體組織。的松弛穩(wěn)定性的貝氏體組織。 進(jìn)一步加入穩(wěn)定碳化物的元素進(jìn)一步加入穩(wěn)定碳化物的元素Nb、Ti等，并采用等，并采用B強(qiáng)化晶界，從而強(qiáng)化晶界，從而使其不但具有高的持久強(qiáng)度

35、，而使其不但具有高的持久強(qiáng)度，而且具有高的持久塑性。且具有高的持久塑性。Chapter 6 耐熱鋼和鐵基高溫耐熱鋼和鐵基高溫合金合金6.1 珠光體型熱強(qiáng)鋼珠光體型熱強(qiáng)鋼2中碳珠光體型熱強(qiáng)鋼的熱處理中碳珠光體型熱強(qiáng)鋼的熱處理 中碳珠光體型熱強(qiáng)鋼一般采用油淬中碳珠光體型熱強(qiáng)鋼一般采用油淬加高溫回火。加高溫回火。 和低碳珠光體型熱強(qiáng)鋼一樣，回火和低碳珠光體型熱強(qiáng)鋼一樣，回火通常要求高于使用溫度通常要求高于使用溫度100左右。左右。如如33Cr3WMoV鋼常采用鋼常采用950油淬，油淬，640回火。回火。 需要指出的是，這類鋼如用于要求需要指出的是，這類鋼如用于要求良好的綜合機(jī)械性能的場合（例如良好的

36、綜合機(jī)械性能的場合（例如制造轉(zhuǎn)子），還可以采用正火獲得制造轉(zhuǎn)子），還可以采用正火獲得低碳貝氏體，然后再進(jìn)行回火。低碳貝氏體，然后再進(jìn)行回火。 Chapter 6 耐熱鋼和鐵基高溫耐熱鋼和鐵基高溫合金合金6.1 珠光體型熱強(qiáng)鋼珠光體型熱強(qiáng)鋼 中碳珠光體型熱強(qiáng)鋼在用于汽輪中碳珠光體型熱強(qiáng)鋼在用于汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子（主軸、葉輪）時(shí)，由于機(jī)轉(zhuǎn)子（主軸、葉輪）時(shí)，由于主軸和葉輪組成的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子或主軸和葉輪組成的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子或整鍛轉(zhuǎn)子在過熱蒸氣的影響下，整鍛轉(zhuǎn)子在過熱蒸氣的影響下，承受巨大的復(fù)雜應(yīng)力，包括扭轉(zhuǎn)承受巨大的復(fù)雜應(yīng)力，包括扭轉(zhuǎn)應(yīng)力、彎曲應(yīng)力、溫度梯度引起應(yīng)力、彎曲應(yīng)力、溫度梯度引起的熱應(yīng)力、振動的附加應(yīng)力

37、以及的熱應(yīng)力、振動的附加應(yīng)力以及葉片離心力所產(chǎn)生的切向和徑向葉片離心力所產(chǎn)生的切向和徑向應(yīng)力等。因此要求高的沿軸向、應(yīng)力等。因此要求高的沿軸向、徑向均勻一致的綜合機(jī)械性能，徑向均勻一致的綜合機(jī)械性能，高的熱強(qiáng)性和持久塑性以及良好高的熱強(qiáng)性和持久塑性以及良好的淬透性和工藝性能。的淬透性和工藝性能。 Chapter 6 耐熱鋼和鐵基高溫耐熱鋼和鐵基高溫合金合金6.1 珠光體型熱強(qiáng)鋼珠光體型熱強(qiáng)鋼一、汽輪機(jī)葉片用鋼一、汽輪機(jī)葉片用鋼背景背景： 汽輪機(jī)葉片工作溫度在汽輪機(jī)葉片工作溫度在450620范圍內(nèi)，和鍋爐管工范圍內(nèi)，和鍋爐管工作溫度相近，但要求更高的蠕變強(qiáng)作溫度相近，但要求更高的蠕變強(qiáng)度、耐蝕性

38、和耐腐蝕磨損性能。度、耐蝕性和耐腐蝕磨損性能。 珠光體型熱強(qiáng)鋼難以適應(yīng)這些要求。珠光體型熱強(qiáng)鋼難以適應(yīng)這些要求。必須選用馬氏體型熱強(qiáng)鋼。必須選用馬氏體型熱強(qiáng)鋼。 Chapter 6 耐熱鋼和鐵基高溫耐熱鋼和鐵基高溫合金合金6.2 馬氏體型熱強(qiáng)馬氏體型熱強(qiáng)鋼鋼6.2 馬氏體型熱強(qiáng)鋼馬氏體型熱強(qiáng)鋼Cr13型馬氏體不銹鋼型馬氏體不銹鋼： 最早使用的是最早使用的是Cr13型馬氏體不銹鋼，型馬氏體不銹鋼，這類鋼經(jīng)過熱處理后，在大氣、蒸這類鋼經(jīng)過熱處理后，在大氣、蒸氣中具有較高的機(jī)械性能和良好的氣中具有較高的機(jī)械性能和良好的耐蝕性。耐蝕性。 Cr13型馬氏體熱強(qiáng)鋼的熱處理工藝型馬氏體熱強(qiáng)鋼的熱處理工藝通常

39、采用通常采用10001150油淬，油淬，650750高溫回火，得到回火高溫回火，得到回火屈氏體和回火索氏體組織，以保證屈氏體和回火索氏體組織，以保證在使用溫度下組織和性能的穩(wěn)定。在使用溫度下組織和性能的穩(wěn)定。它們常用于制造使用溫度低于它們常用于制造使用溫度低于580的汽輪機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)的葉片。的汽輪機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)的葉片。Chapter 6 耐熱鋼和鐵基高溫耐熱鋼和鐵基高溫合金合金6.2 馬氏體型熱強(qiáng)鋼馬氏體型熱強(qiáng)鋼 如前級葉片溫度較高，可選用如前級葉片溫度較高，可選用1Cr13；后級溫度略低，沖刷；后級溫度略低，沖刷磨損增加，故選用磨損增加，故選用2Cr13。 由于由于Cr13型馬氏體熱強(qiáng)鋼中的碳

40、化型馬氏體熱強(qiáng)鋼中的碳化物大都是鉻的碳化物，彌散強(qiáng)化效物大都是鉻的碳化物，彌散強(qiáng)化效果較差，而且在高溫和應(yīng)力的長期果較差，而且在高溫和應(yīng)力的長期作用下，鉻的碳化物的穩(wěn)定性也較作用下，鉻的碳化物的穩(wěn)定性也較低。為此，通過進(jìn)一步提高這類鋼低。為此，通過進(jìn)一步提高這類鋼的合金化程度以提高其熱強(qiáng)性。的合金化程度以提高其熱強(qiáng)性。 Chapter 6 耐熱鋼和鐵基高溫耐熱鋼和鐵基高溫合金合金6.2 馬氏體型熱強(qiáng)鋼馬氏體型熱強(qiáng)鋼新型馬氏體型熱強(qiáng)鋼新型馬氏體型熱強(qiáng)鋼： 如向這類鋼中再添加如向這類鋼中再添加Mo、W、V、Nb、Ti、B等發(fā)展了一些新型馬氏等發(fā)展了一些新型馬氏體型熱強(qiáng)鋼。體型熱強(qiáng)鋼。 添加添加Mo

41、、W可以使鋼中的兩種可以使鋼中的兩種主要碳化物主要碳化物Cr23C6、Cr7C3變變?yōu)闉?Cr,Mo,W,Fe)23C6，產(chǎn)生一，產(chǎn)生一定的彌散強(qiáng)化作用，同時(shí)添加的定的彌散強(qiáng)化作用，同時(shí)添加的Mo和和W溶入固溶體，可以有效溶入固溶體，可以有效地提高固溶強(qiáng)化效果；地提高固溶強(qiáng)化效果；Chapter 6 耐熱鋼和鐵基高溫耐熱鋼和鐵基高溫合金合金6.2 馬氏體型熱強(qiáng)鋼馬氏體型熱強(qiáng)鋼 添加添加V、Nb、Ti等更強(qiáng)的碳化等更強(qiáng)的碳化物形成元素，則在鋼中形成復(fù)物形成元素，則在鋼中形成復(fù)合碳化物合碳化物(V,Nb,Ti)C，它比，它比Cr23C6型碳化物更加穩(wěn)定，型碳化物更加穩(wěn)定，同時(shí)同時(shí)V、Nb、Ti的加

42、入還有利的加入還有利于于Mo、W進(jìn)入固溶體，這就進(jìn)入固溶體，這就進(jìn)一步提高了鋼的熱強(qiáng)性和使進(jìn)一步提高了鋼的熱強(qiáng)性和使用溫度；用溫度；Chapter 6 耐熱鋼和鐵基高溫耐熱鋼和鐵基高溫合金合金6.2 馬氏體型熱強(qiáng)鋼馬氏體型熱強(qiáng)鋼 添加添加B則可以強(qiáng)化晶界，降低則可以強(qiáng)化晶界，降低晶界擴(kuò)散，有利于提高熱強(qiáng)性。晶界擴(kuò)散，有利于提高熱強(qiáng)性。當(dāng)然由于當(dāng)然由于Mo、W、V、Nb、Ti都是鐵素體形成元素，這些都是鐵素體形成元素，這些元素加入較多時(shí)容易導(dǎo)致在淬元素加入較多時(shí)容易導(dǎo)致在淬火時(shí)出現(xiàn)火時(shí)出現(xiàn)鐵素體，對鋼的蠕鐵素體，對鋼的蠕變強(qiáng)度和韌性都不利，并影響變強(qiáng)度和韌性都不利，并影響加工工藝性能。加工工藝性

43、能。Chapter 6 耐熱鋼和鐵基高溫耐熱鋼和鐵基高溫合金合金6.2 馬氏體型熱強(qiáng)鋼馬氏體型熱強(qiáng)鋼 為了消除為了消除鐵素體，對上述合鐵素體，對上述合金元素含量較多的鋼種還需加金元素含量較多的鋼種還需加入入1%Ni2%Ni以擴(kuò)大以擴(kuò)大相區(qū)，相區(qū)，保證淬火時(shí)得到單相奧氏體組保證淬火時(shí)得到單相奧氏體組織；如將織；如將Cr含量降低到含量降低到12%或或11%，也可減少，也可減少鐵素體形成鐵素體形成的傾向。的傾向。 Chapter 6 耐熱鋼和鐵基高溫耐熱鋼和鐵基高溫合金合金6.2 馬氏體型熱強(qiáng)鋼馬氏體型熱強(qiáng)鋼二、馬氏體型耐熱鋼二、馬氏體型耐熱鋼背景：背景： 上述介紹的馬氏體熱強(qiáng)鋼有較好上述介紹的馬氏

44、體熱強(qiáng)鋼有較好的綜合機(jī)械性能，可以滿足葉片的綜合機(jī)械性能，可以滿足葉片使用要求。但因使用要求。但因C含量較低，強(qiáng)度含量較低，強(qiáng)度和耐磨性不夠高，耐蝕抗氧化性和耐磨性不夠高，耐蝕抗氧化性也不夠高，耐熱溫度也稍低，不也不夠高，耐熱溫度也稍低，不能滿足內(nèi)燃機(jī)排氣閥使用的要求。能滿足內(nèi)燃機(jī)排氣閥使用的要求。 因?yàn)閮?nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣閥在因?yàn)閮?nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣閥在300 400下工作，工作溫度較低，一下工作，工作溫度較低，一般可采用般可采用40Cr、38CrSi鋼。鋼。Chapter 6 耐熱鋼和鐵基高溫耐熱鋼和鐵基高溫合金合金6.2 馬氏體型熱強(qiáng)鋼馬氏體型熱強(qiáng)鋼 但排氣閥的閥端處在燃燒室中，但排氣閥的閥端處在燃燒室

45、中，工作溫度常為工作溫度常為700850，且，且燃?xì)庵杏殖：腥細(xì)庵杏殖：蠽2O3、Na2O、SO2等成分，為了防止等成分，為了防止“爆震爆震”，在燃油中還常加乙基鉛等防爆劑，在燃油中還常加乙基鉛等防爆劑，故燃?xì)庵杏钟泄嗜細(xì)庵杏钟蠵bO的成分，這些的成分，這些成分都會對閥門產(chǎn)生嚴(yán)重的高溫成分都會對閥門產(chǎn)生嚴(yán)重的高溫腐蝕和氧化腐蝕。腐蝕和氧化腐蝕。Chapter 6 耐熱鋼和鐵基高溫耐熱鋼和鐵基高溫合金合金6.2 馬氏體型熱強(qiáng)鋼馬氏體型熱強(qiáng)鋼 閥門的高速運(yùn)動和頻繁的起動還使閥門的高速運(yùn)動和頻繁的起動還使閥門受機(jī)械疲勞和熱疲勞，閥門對閥門受機(jī)械疲勞和熱疲勞，閥門對沖刷的燃?xì)夂烷y門座的相對運(yùn)動，沖

46、刷的燃?xì)夂烷y門座的相對運(yùn)動，還使閥門受沖刷腐蝕磨損以及摩擦還使閥門受沖刷腐蝕磨損以及摩擦磨損。因此葉片用馬氏體熱強(qiáng)鋼顯磨損。因此葉片用馬氏體熱強(qiáng)鋼顯然不能滿足排氣閥的使用要求，也然不能滿足排氣閥的使用要求，也就是說閥門用鋼應(yīng)有更高的熱強(qiáng)性、就是說閥門用鋼應(yīng)有更高的熱強(qiáng)性、硬度、韌性、高溫下的抗氧化性、硬度、韌性、高溫下的抗氧化性、耐腐蝕性以及高溫下的組織穩(wěn)定性耐腐蝕性以及高溫下的組織穩(wěn)定性和良好的工藝性能等。和良好的工藝性能等。Chapter 6 耐熱鋼和鐵基高溫耐熱鋼和鐵基高溫合金合金6.2 馬氏體型熱強(qiáng)鋼馬氏體型熱強(qiáng)鋼 合金化：合金化： 對排氣閥用馬氏體熱強(qiáng)鋼應(yīng)具有更對排氣閥用馬氏體熱強(qiáng)鋼

47、應(yīng)具有更高的高的C含量，更高的含量，更高的Cr、Si等抗氧等抗氧化和提高耐熱性的合金元素。因此化和提高耐熱性的合金元素。因此發(fā)展了發(fā)展了4Cr9Si2、4Cr10Si2Mo鋼。鋼。這類鋼的這類鋼的C含量增高到含量增高到0.4%，以提，以提高其綜合機(jī)械性能和耐磨性；高其綜合機(jī)械性能和耐磨性； Cr、Si的配合添加，還可提高的配合添加，還可提高Ac1和和Ac3（4Cr9Si2的的Ac1為為870890，Ac3為為950970），提高），提高Fe2O3FeO的相變溫度，從而提的相變溫度，從而提高鋼的抗氧化性和熱強(qiáng)性；高鋼的抗氧化性和熱強(qiáng)性； Chapter 6 耐熱鋼和鐵基高溫耐熱鋼和鐵基高溫合金合

48、金6.2 馬氏體型熱強(qiáng)鋼馬氏體型熱強(qiáng)鋼 加加Mo既能提高熱強(qiáng)性，又能溶既能提高熱強(qiáng)性，又能溶于于Cr的碳化物中，提高其穩(wěn)定性，的碳化物中，提高其穩(wěn)定性，Mo還能降低這類鋼的高溫回火還能降低這類鋼的高溫回火脆性。脆性。 熱處理：熱處理： 4Cr9Si2的熱處理工藝常采用的熱處理工藝常采用10201040油淬，以獲得馬油淬，以獲得馬氏體和少量碳化物組織，氏體和少量碳化物組織，700回火獲得保持馬氏體形貌特征的回火獲得保持馬氏體形貌特征的回火索氏體組織。回火索氏體組織。Chapter 6 耐熱鋼和鐵基高溫耐熱鋼和鐵基高溫合金合金6.2 馬氏體型熱強(qiáng)鋼馬氏體型熱強(qiáng)鋼 必須指出的是，由于這類鋼具有必須指

49、出的是，由于這類鋼具有回火脆性，所以高溫回火時(shí)應(yīng)避回火脆性，所以高溫回火時(shí)應(yīng)避開開400600的回火脆性區(qū)，的回火脆性區(qū)，并且回火后通常采用空冷或油冷。并且回火后通常采用空冷或油冷。這類鋼主要用于制造汽輪機(jī)葉片這類鋼主要用于制造汽輪機(jī)葉片和汽輪機(jī)或柴油機(jī)的排氣閥等。和汽輪機(jī)或柴油機(jī)的排氣閥等。 4Cr9Si2鋼可用于鋼可用于700，而，而4Cr10Si2Mo則可用于則可用于750。 Chapter 6 耐熱鋼和鐵基高溫耐熱鋼和鐵基高溫合金合金6.2 馬氏體型熱強(qiáng)鋼馬氏體型熱強(qiáng)鋼 鐵素體型、奧氏體型耐熱鋼主要作熱穩(wěn)定鐵素體型、奧氏體型耐熱鋼主要作熱穩(wěn)定鋼使用，其中奧氏體型也可作更高溫度條鋼使用，

50、其中奧氏體型也可作更高溫度條件下的熱強(qiáng)鋼使用。件下的熱強(qiáng)鋼使用。一、鐵素體型耐熱鋼一、鐵素體型耐熱鋼 鐵素體型耐熱鋼是在鐵素體不銹鋼的基礎(chǔ)鐵素體型耐熱鋼是在鐵素體不銹鋼的基礎(chǔ)上進(jìn)一步進(jìn)行合金化而形成的鋼種。具有上進(jìn)一步進(jìn)行合金化而形成的鋼種。具有單相鐵素體組織。表面容易獲得致密的、單相鐵素體組織。表面容易獲得致密的、連續(xù)的保護(hù)性薄膜。連續(xù)的保護(hù)性薄膜。 Chapter 6 耐熱鋼和鐵基高溫耐熱鋼和鐵基高溫合金合金6.3 鐵素體型、奧氏體鐵素體型、奧氏體型及沉淀硬化型熱強(qiáng)鋼型及沉淀硬化型熱強(qiáng)鋼6.3 鐵素體型、奧氏體型及沉淀硬化型熱強(qiáng)鋼鐵素體型、奧氏體型及沉淀硬化型熱強(qiáng)鋼根據(jù)使用溫度的不同，這類

51、鋼可以分為以根據(jù)使用溫度的不同，這類鋼可以分為以下三類：下三類： （1）Cr13型鐵素體型耐熱鋼。這類鋼型鐵素體型耐熱鋼。這類鋼主要用于使用溫度在主要用于使用溫度在800850的構(gòu)的構(gòu)件。典型的鋼種如件。典型的鋼種如0Cr13Al、00Cr12等。等。 （2）Cr18型鐵素體型耐熱鋼。這類鋼型鐵素體型耐熱鋼。這類鋼主要用于使用溫度在主要用于使用溫度在1000左右的構(gòu)件。左右的構(gòu)件。典型的鋼種如典型的鋼種如1Cr17、1Cr19Al3等。等。 （3）Cr25型鐵素體型耐熱鋼。這類鋼型鐵素體型耐熱鋼。這類鋼主要用于使用溫度在主要用于使用溫度在10501100左左右的構(gòu)件。典型的鋼種如右的構(gòu)件。典型

52、的鋼種如2Cr25N等。等。 Chapter 6 耐熱鋼和鐵基高溫耐熱鋼和鐵基高溫合金合金6.3 鐵素體型、奧氏體型及沉淀硬化型熱強(qiáng)鋼鐵素體型、奧氏體型及沉淀硬化型熱強(qiáng)鋼 鐵素體型耐熱鋼和鐵素體不銹鋼鐵素體型耐熱鋼和鐵素體不銹鋼一樣，因?yàn)闊o固態(tài)相變，同樣有一樣，因?yàn)闊o固態(tài)相變，同樣有晶粒長大傾向引起的韌性下降。晶粒長大傾向引起的韌性下降。但抗氧化性能強(qiáng)，還可耐含硫氣但抗氧化性能強(qiáng)，還可耐含硫氣氛的腐蝕。氛的腐蝕。 表表6-8 鐵素體型耐熱鋼的牌號和鐵素體型耐熱鋼的牌號和化學(xué)成分化學(xué)成分 表表6-9 鐵素體型耐熱鋼棒的熱處鐵素體型耐熱鋼棒的熱處理制度、力學(xué)性能、特性及用途理制度、力學(xué)性能、特性及

53、用途Chapter 6 耐熱鋼和鐵基高溫耐熱鋼和鐵基高溫合金合金6.3 鐵素體型、奧氏體型及沉淀硬化型熱強(qiáng)鋼鐵素體型、奧氏體型及沉淀硬化型熱強(qiáng)鋼二、奧氏體型耐熱鋼二、奧氏體型耐熱鋼 珠光體、馬氏體類耐熱鋼一般使珠光體、馬氏體類耐熱鋼一般使用溫度在用溫度在650以下，不能適用以下，不能適用于更高的使用溫度。其原因在于，于更高的使用溫度。其原因在于，無論是珠光體基體還是馬氏體基無論是珠光體基體還是馬氏體基體的耐熱鋼，其基體組織都是鐵體的耐熱鋼，其基體組織都是鐵素體。素體。Chapter 6 耐熱鋼和鐵基高溫耐熱鋼和鐵基高溫合金合金6.3 鐵素體型、奧氏體型及沉淀硬化型熱強(qiáng)鋼鐵素體型、奧氏體型及沉淀

54、硬化型熱強(qiáng)鋼 鐵的鐵的晶型原子間結(jié)合力比晶型原子間結(jié)合力比晶型的大，晶型的大，且再結(jié)晶溫度高（且再結(jié)晶溫度高（-Fe的的T再再800，- -Fe的的T再再為為450600）；）； -Fe中鐵和其它元素原子擴(kuò)散系數(shù)小。中鐵和其它元素原子擴(kuò)散系數(shù)小。 這樣以這樣以-Fe為基體的合金固溶體就可能為基體的合金固溶體就可能在在600800下具有好的熱強(qiáng)性，高溫下具有好的熱強(qiáng)性，高溫和室溫還有好的塑性和韌性，良好的可和室溫還有好的塑性和韌性，良好的可焊性和冷作成形性等。焊性和冷作成形性等。 奧氏體型鋼的切削加工性較差，但由于奧氏體型鋼的切削加工性較差，但由于其熱強(qiáng)性好的優(yōu)點(diǎn)，特別滿足了提高噴其熱強(qiáng)性好的優(yōu)

55、點(diǎn)，特別滿足了提高噴氣發(fā)動機(jī)推力要求高的燃?xì)鉁囟葪l件下氣發(fā)動機(jī)推力要求高的燃?xì)鉁囟葪l件下的材料的需要。因此得到了充分的發(fā)展的材料的需要。因此得到了充分的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。和廣泛的應(yīng)用。 Chapter 6 耐熱鋼和鐵基高溫耐熱鋼和鐵基高溫合金合金6.3 鐵素體型、奧氏體型及沉淀硬化型熱強(qiáng)鋼鐵素體型、奧氏體型及沉淀硬化型熱強(qiáng)鋼1奧氏體型抗氧化鋼奧氏體型抗氧化鋼（1）Cr-Ni系熱穩(wěn)定系熱穩(wěn)定鋼鋼 為了獲得高的抗氧化性能，在奧氏體不為了獲得高的抗氧化性能，在奧氏體不銹鋼的基礎(chǔ)上通過進(jìn)一步加入銹鋼的基礎(chǔ)上通過進(jìn)一步加入Si、Al抗抗氧化合金化而形成的奧氏體型耐熱鋼可氧化合金化而形成的奧氏體型耐熱鋼可

56、以獲得很高的熱穩(wěn)定性。以獲得很高的熱穩(wěn)定性。 如如1Cr25Ni20Si2、1Cr18Ni9Si3等。這等。這類鋼的使用溫度不僅和類鋼的使用溫度不僅和Cr25型鐵素體型型鐵素體型熱穩(wěn)定鋼相當(dāng)，而且比鐵素體型鋼有更熱穩(wěn)定鋼相當(dāng)，而且比鐵素體型鋼有更好的熱強(qiáng)性和工藝性能。好的熱強(qiáng)性和工藝性能。 但這類鋼因消耗大量但這類鋼因消耗大量Cr、Ni的資源，所的資源，所以現(xiàn)已逐漸被以現(xiàn)已逐漸被Fe-Al-Mn系和系和Cr-Mn-N系系熱穩(wěn)定鋼所替代。熱穩(wěn)定鋼所替代。 Chapter 6 耐熱鋼和鐵基高溫耐熱鋼和鐵基高溫合金合金6.3 鐵素體型、奧氏體型及沉淀硬化型熱強(qiáng)鋼鐵素體型、奧氏體型及沉淀硬化型熱強(qiáng)鋼（

57、2）Fe-Al-Mn系熱穩(wěn)定鋼系熱穩(wěn)定鋼 用用Si、 Al合金化的熱穩(wěn)定鋼，當(dāng)合金化的熱穩(wěn)定鋼，當(dāng)Si的的加入量超過加入量超過3%以后會引起鋼的脆性；以后會引起鋼的脆性；Al在在Fe中含量增加能使鋼具有高的抗中含量增加能使鋼具有高的抗氧化性，但氧化性，但Al和和Fe的合金是體心立方的合金是體心立方結(jié)構(gòu)，高溫強(qiáng)度很低，為了使鋼具有足結(jié)構(gòu)，高溫強(qiáng)度很低，為了使鋼具有足夠高的高溫強(qiáng)度，應(yīng)使鋼具有奧氏體組夠高的高溫強(qiáng)度，應(yīng)使鋼具有奧氏體組織，然后再對這個(gè)基體用織，然后再對這個(gè)基體用Al來進(jìn)行抗氧來進(jìn)行抗氧化的合金化?；暮辖鸹?使鋼形成奧氏體基體的元素有使鋼形成奧氏體基體的元素有Ni、Mn、C、N等

58、，等，Ni的資源較少，要求不用，的資源較少，要求不用，而以而以C、N合金化的奧氏體在低溫下要合金化的奧氏體在低溫下要發(fā)生分解。因此重點(diǎn)選用發(fā)生分解。因此重點(diǎn)選用Mn，這樣就，這樣就形成了形成了Fe-Al-Mn抗氧化鋼的系列?？寡趸摰南盗小?Chapter 6 耐熱鋼和鐵基高溫耐熱鋼和鐵基高溫合金合金6.3 鐵素體型、奧氏體型及沉淀硬化型熱強(qiáng)鋼鐵素體型、奧氏體型及沉淀硬化型熱強(qiáng)鋼 對于對于Fe-Al-Mn系列抗氧化鋼，要獲得系列抗氧化鋼，要獲得全奧氏體，必須增加全奧氏體，必須增加Mn的含量。但的含量。但Mn含量太多對抗氧化不利，所以在含量太多對抗氧化不利，所以在相區(qū)相區(qū)中獲得全奧氏體的前提下，

59、應(yīng)該使用下中獲得全奧氏體的前提下，應(yīng)該使用下限限Mn含量，上限含量，上限Al含量，比如，含量，比如，25%30%Mn，0.65%0.85%C，7.0%7.5%Al，1.0%1.5%Si，RE0.1%。 如果使用溫度更高（如果使用溫度更高（950），要求進(jìn)），要求進(jìn)一步提高抗氧化性，一步提高抗氧化性，Al含量則要求進(jìn)一含量則要求進(jìn)一步增加。如步增加。如7.6%8.5%Al，選用，選用0.65%0.85%C，25%30%Mn，RE0.1%。這時(shí)鋼的組織為奧氏體中。這時(shí)鋼的組織為奧氏體中加入少量的鐵素體的復(fù)相組織。加入少量的鐵素體的復(fù)相組織。 Chapter 6 耐熱鋼和鐵基高溫耐熱鋼和鐵基高溫合金

60、合金6.3 鐵素體型、奧氏體型及沉淀硬化型熱強(qiáng)鋼鐵素體型、奧氏體型及沉淀硬化型熱強(qiáng)鋼 Fe-Al-Mn系抗氧化鋼在熔煉澆鑄系抗氧化鋼在熔煉澆鑄中要盡可能地減少夾雜，嚴(yán)格控中要盡可能地減少夾雜，嚴(yán)格控制澆注溫度，防止制澆注溫度，防止Al的氧化。鑄的氧化。鑄件冷凝過程中，因線收縮較大，件冷凝過程中，因線收縮較大，還易產(chǎn)生裂紋，故對鑄件結(jié)構(gòu)的還易產(chǎn)生裂紋，故對鑄件結(jié)構(gòu)的截面突變應(yīng)加以限制。研究和生截面突變應(yīng)加以限制。研究和生產(chǎn)實(shí)踐表明，產(chǎn)實(shí)踐表明，F(xiàn)e-Al-Mn系鋼的使系鋼的使用壽命雖然只有用壽命雖然只有Cr20Ni25Si2鋼鋼的的1/3，但成本只有，但成本只有Cr20Ni25Si2鋼的鋼的1/