压力容器的高温蠕变_杨芳毓

48 . , 技术讲座 紊 石油化 工 设备 1986年 压力容 器的高温 蠕变 碑 杨芳桩 (大连工学院 介质 的腐蚀 问题 , 也作了一 些介 绍 。 一 、 概述 现代动力 、 石 油 、 化 学工业和原子能 工 业的飞速发 展 , 对压力 容器和管道 、 锅沪等 提出 了各种 愈来愈 苛刻的要求 , 其中包括高 温和高压 同时作用 的情 况 。 如 电热厂 高压 锅 炉的一次过热器管子 、 大型氨厂一段加压蒸 汽转化炉的转化管及核 电站的受压容器 和部 件 , 都是高压高温同时 作用的压力容器 , 同 时 还伴随着操作介质 、 辐射等的联合作用 , 往往这类压力的高温蠕变失效问 题 更 为复 杂 。 1 . 高温 受压 容器失效 的特点和形 式 这 些高温压力容器的失效有一个共 同的 特点 , 即开始投产时 , 一般不会出现 什么失 效断裂间题 ; 而工作一段较长时间后 , 尽管 操作条件 (温度 、 压力 、 介质)没有任河变 化 , 但压力容器 却一 个接一个地发生 突然 断 裂或 泄漏 。 因此 高温蠕变条件下运转的压力 容器就有一个使用寿命问题 。 高温条件下压力容器 的失效 形式主 要 有 : 蠕变及蠕变断裂 。 高温长期工作下 材料金相组织不稳定 , 发生 恶化 、 脆化 。 高温高压下介质的腐蚀 。 疲劳与蠕 变的联 合作用 。 这里主要讨论了高温蠕变断裂及其有关 问题 , 其次对材料的高温性能恶化和高温时 2 . 蟠变 及主要影晌因素 金属材料在常温下 受到低于弹性 限 ( 接 近 于屈 服限)应力作用时 , 将发 生 弹 性 变 形 , 除 去外加应力 后 , 变形即刻恢复 。 但是 在高温条件下 , 金属材料 即使受到材料高温 屈服限以下甚至低很多的外加应力作用时 , 材料会随着作用时间的增长 , 而塑性变形也 不断 增 加 , 除 去外 加应力 后 , 将留下不 可恢 复的永久性 (塑性) 变形 。 金属材料 在高温 和应 力 同 时作用下 , 随 时 间逐渐产生 塑性变形的现象 , 叫作金属的 蠕变现象 。 为 什 么在高温下金属材料受力 后会产生 与常温受力根本不 同的蠕变现象呢?实际 上 , 金属材料在小于弹性 限的应力作用下 , 金属内部也会发生微 量 的塑性变形 , 这已为 显 微镜观察所证 实 。 应力 增大 、 塑性变 形量 也会增大 , 但同时又使金 属内部进 一步剪切 滑移 发 生困难 , 即发生应变硬化(强化) , 阻止进一步发生塑性变形 。 当受力的金属材 料 同时又 处于 高温作用的条件下 , 特别是 当 温度超过 金属材料的再结晶温度以上时 , 塑 性 变 形所引起的硬化作用迅 速消失 , 发 生 了 所谓再结晶软化 。 这 种使金属发生应变 硬化 的应力和使金属发生 再结晶软化的温度 同时 作用 的过 程 , 就是 金l痴讨料的典型蠕变过 程 。 衡芳位教授 , 1 95 4年毕业于大连工学院化工机械专业 , 现从事压力容器断裂及疲劳研究工作 。 第1 5卷第 3 期石油化工设备 卜 换掉3 0根 , 占总数2 3% , 5 年半时 , 又换掉 魂 4根 , 占34% , 6年时 , 换掉2 9根 , 占2 5 % 。 这样 6 年内共换掉炉管 占总数8 0 % , 8 年后换掉全部管子 , 只是为了继续观察 , 保 留一根护管 。 可见随运转时间的增长 , 曹子 蟠变断裂的百分比愈来愈高 , 而开始投产的 几年里 , 却很少发生这种断裂事故 。 在蠕变过程中金属不仅产 生 了 塑性变 形 , 而且同时产生了随工作时间的增长断裂 强度下降的过程 。 就是说在高温下即使工作 应力不大 , 工作时间增长到一定程度后 , 材 料的断裂强度会下降到低于外加应力而发生 断裂 。 这一特性与常温金属强度是明显不同 的 。 以4 0号钢为例 , 随高温下作用时间的增 长 、 断裂强度的变化如表 l所示: 裹 1 4 0号钥的离沮强度 1一脚口一 自01月J 一0 0 一 ,二 一一. 一 nU一 “ 一 O仙一 7 品O月才一 2 一 ,二 一 口 一 U一 , 目 1 一 协 一 如 一3 : 作用时间(分) 强度限 20 kg/m m : 竺 6 00 5 5 5 5 5 10 0 0 2 0 0 0 一一 l l l 1 , , 7 7 7n n n7 n n n7n n n 3 3 35 5 5 32 2 2 30 0 0 . 丫 . 另外 , 还有高温长期作用下金相组织的 变化 , 时效作用 、 气体腐蚀 、 残余应力和应 力集中等 , 均对蠕变有很大影响 。 因此 , 蟠 变失效是一个极为复杂的问题 , 需要谨慎地 估计到压力容器在其整个使用期内可能遇到 的情况及产生的后果 。 (1)使用温度的影响 一般情况下 , 对于金属材料 , 当使用温 度T s ( K ) (绝对温度)与金属自身的熔 点T m ( K ) 符合下列关系时 : T s (0 。 250 . 35) T 。 材料就会在外载荷作用下发生蠕变 。 例 如 : 碳钢和铸铁3 5 0 4 0 。 低合金钢 4 004 5 。 轻合金 50 15 0 耐热 合金 60 0 以上只是一个粗略的参考温度 , 实际上与各 种具体钢号 、 冶炼方法等很多因素有关 。 但 可以看到金属材料只有超过某一 临 界 温度 后 , 才会产生蠕变现象 。 如铅 、 青铜在室温 时就发生蠕变 , 那只是因为这些材料的再结 晶温度很低而已 , 当然这种材料是不能在有 温度和重载情况下工作的 。 由上可知 , 温度是金属材料产生蠕变的 首要因素 。 (2)使用时间的影响 对材料的高温强度来说 , 时间在一定程 度上与温度是等效的 。 例如大型氨厂中一段 转化炉管 , 在9 0 。下工作 , 可安全运行1 0年 以上 , 若壁温提高到9 5 0 , 仅使用四年多就 发生了断裂 。 可见 , 对高温蟠变断裂强度来 说 , 时间与温度是等效的 , 只是使用时间的 影响比使用沮度的影响要小得多 。 另外 , 炉 管投产 2 一 3 年内 , 几乎不发生炉管高温破 裂事故 。 但继续开工几年后 , 炉管就开始一 批接一批地相继破裂或接近破裂 。 某氨厂 的 统计 : 投产时 , 共有新炉管12 8根 。到 5 年 , 钢材在高温下的强度 , 既与温度有关 , 又随时间而变 , 这是蠕变条件下材料强度变 化的一个规律 。 ( 3 )蠕变力学的影响 蠕变力学的影响 , 也是一个很重要的因 素 , 自然 , 不承受任何载荷的高温零件 , 就 没有蠕变问题 。 蠕变变形是有方向性的 。 因 此必须确定蠕变条件下的压力容器及其部件 的应力值 , 包括薄膜应力 、 容器不连续的边 缘应力 、 开孔接管或支座的局部应力 、 热应 力及其波动(例如开停工时的瞬间热应力) 、 焊接处残余应力等各种条件下的应力水平 。 3 . 应力松弛 高温压力容器的紧固件(锅炉蒸汽管道 的法兰和螺钉联接)及弹簧(如安全阀上弹 . 5 0 . 石油 化工设备 1986年 6年 簧)等零件 , 随工作时间的延长 , 弹性变形 会逐渐转变成塑性变形 。 刚安装时 , 总弹性 变形量是一定的 , 由于弹性变形在高温下逐 渐转变为塑性变形 , 使残余弹性变形量可能 降到不足以维持压力容器联接件的 紧固作 用 , 造成联接处密封失效而泄漏 。 这种高温 下工作紧固件的弹性变形 , 随时间增长不断 转变成塑性变形并引起紧固件中弹性应力下 降的现象 , 称为应力松驰 。 图 l 表示容器或管道法兰连接螺钉中应 力松弛过程示意图 。 在总弹性变形量 。总 不 变条件下 , 弹性变形 。弹 与塑性变形 。塑 随时 间的消长过程 :。弹 十。塑= 。总 第 亚阶段则相当缓慢 , 应力松弛速 率d o /d t 几乎趋于 一稳定值 。 若以S 。二口。尹/a。及r。二 1 / tga二个系数表示材料应力松弛的稳定性 或者松弛度 。 S 。称为第 工阶段的松弛稳定系 数; r。称为第 亚阶段的松弛速率 。 S 。、r 。愈 大 , 说明钢材抗应力松弛性能愈好 。 高温紧 固件应当选用S 。、r。大的钢材, 使在操作周 期内紧固件松弛后 的应力 , 仍足以保证密封 垫片的压紧 , 防止设备泄漏 , 否 则开工不 久 , 高温管线或设备就会出现 “跑、 冒 、 滴 、 漏 ” 等问题 。 可见 , 高温下金属材料的应力松弛与蠕 变二种现象的实质是相同的 、 都是高温下 随 时间发生的塑性变形积累过程 , 只是应力松 弛是在总变形量一定的特定条件下发生的弹 性变形转化为塑性变形的过程 , 而蠕变则是 在一定外加应力的条件下不断增长塑性变形 的过程 。但不论 是应力松弛还是蠕变过程 , 金 属的断裂强度都是随时间的增长而降低的 。 时间t 图 1 应力松弛中弹性 与塑性应变的消长关系 二 、 高温高压对金属材料 性能的影响 匕l 只 1 _ 侧l叮 . 图 2 高温对金属材料的机械性能和组织变化 有很大影响 。 长期高温作用下 , 钢材性能会 发生一 系列恶化 , 这种性能的恶化往往以韧 性下降反映出来 , 即脆化现象 。 介质的存 在 , 即使是常温下发生腐蚀的气体如氮 、 氢 、 一氧化碳等 , 在高温高压下都是金属的强裂 腐蚀剂 。 最后着重讨论了高温蠕变问题及其 影响因素 。 图2 表达 : 时间t 一 , 应力松弛过程中应力与时间的关系 为应力松弛 曲线 , 它可以用方程式 0 一= a o一Kt /(1+尹t) a 。是时间t = O时的原始应力, 表征松弛速度的材料特性系数 。 (1) K及P是 由图 2 的松弛曲线 , 看出松弛过程又分 成二个阶段 , 第 I 阶段应力松弛速度很高 , 1 . 温度对钢材性能的一般影响 温度对钢材强度限a b 、 塑性哈 、 己% 、 屈 服限a s 及弹性模数E的影响都是很大的 。 (1)温度与钢材ab 、 冲 、 各的关系 图 3 为温度增加时低 碳钢 的a b 、 冲 、 各 与温度的关系 。 一般金属(如铅 、 铜 、 黄铜 、 第1 5卷第 3 期 石 油化工 设 备 口b (klm川 . 今占(%) 所确定的屈服点 , 在很大程度上 取决于载 荷保持的时间 。 例如试验温 度为3 0 0载荷 保持的时 间从1 0秒改变为 3 0秒时 , 屈服点将 从1 2 . 5kg/mm 念降低到1 0 . 7女g/mm Z。 试验 温度愈高 , 时间因素愈显著 。 因此 高温屈服 限的测定 , 必须将试验条件标准化 , 否则试 验结果无法比较 。 别 , 0加2 0川。 r习竹|6 0 f|诚| 科 . O L 卜 2004006noRnO 图 3 温度对低碳钢 a b、 冲 、 劫勺影响 睿 1 2 。 晾 。硫 。 试 。 。 赢 镍等 )强度 限下降而塑性增加 。 但钢材与此 不 同 。 在开始加热时 , 钢 的强度限有所 下 降 , 但很快又开始增加 , 到达20 0 30 0时 , ab 增加到最高值 , 这时以断面收缩率劝和伸 长率5表 示的材料塑性却降到最低 , 这就 是 钢材在该温范围内所谓的兰脆性 。 在兰脆温 度下钢材受到变形 后 , 再降到常温时 , ab将 急剧降低 , 塑性则有所升高 , 对此断面 收缩 率劝比伸长率乙的反应要稍为敏感一些 。 (2)温度对钢材屈 服限的响影 可 用 图 4温度对软钢的拉伸曲线的影响 来说明 。 在温度20 0 以下时 , 屈服 限随 温度 的升高而下降(见图 4 ) , 但仍保持拉伸曲 线开始部分的特征屈服平 台 。到 了30 0 以上 时 , 作为屈服特征的平台消失了 , 屈服 限a s只能根 据给定的残余变形量( 0 . 2%) 作出 , 即。 。 : : 。 间题是按 0 . 2% 残 余变形 应交 . 图4温度对于低碳俐拉伸曲线的影啊 由此可见 , 对碳钢在最高温度 40 0 以 下所确定的屈 服点 , 可以作为设计指标 。 对 低合金钢这个温度可提高到约5 0 0(与具体 钢号 、 成分有关) 。 因为高于这种温度时 , 时 间因素对 所测定的屈服点有很大影响 。 只 有在不太重要的场合 , 才允 许用这种高于上 述温度的屈服点作一些设计上的估计 。 (3)高温对材料的弹性模数E 的影响 在高温下准确测定E t值要比常 温下 困 难得多 , 一般采用共振的方 法测出试件在高 温时的自振频率 , 然后用公式求出杨氏弹性 模数E 。 表 2 为2 5碳钢的弹性模数E 随 温度 变化的数值 。 根据此数值作一条E 曲线, 可 以明显地看出随温度升高E 值下降的情况 。 衰2 2 5 碳铜 的禅性 摸 效 E 电 温度 () 10020 0 3004 00 r 500 600 E x 10 一 (kg/mm Z) ! 2 . 244 2 。10 6 2 。 35 1 。5 了 ! ; 8 : 6 1 7。 1 1 6:s 2 . 长期离沮作用 下钢材的脆性 长期高温使用的压力容器 , 一般都要使 用 耐热合金钢制造 。 根据国内外经验 , 碳钢一般 只 用在4 0 。 以下 。 当温度超过60 0时往往要使用 耐 热性更好的高合金奥氏体耐热钢 。 而使用温 度在5 5 。58 0 范围内的高温压力容器和管 道 , 如高压蒸汽锅炉 、 蒸汽过热器 、 大型氨 厂中 的废热锅炉等一般均选用低合金珠光休 5 2 石 油 化工设 备 198 6年 耐热钢 。 这种钢材合金元素含量 少 (特别是 量 , 加入适量的C r 、 M 。 、 V 、 T i 、 Nb等元 不含贵重镍) , 故价格低廉 。 因含碳量较 素 。 低 , 容易焊接 , 工艺性较好 。 热处理工艺简 (2)热脆性 便(一般为正 火 、 回火) , 能改善机 械 性珠光体钢在40 0 50 0 温度范围内长期 能 。 由于具有这 些优点 , 应用十分广泛 。 它 保温后 , 再降到室温时冲击韧 性值(C 二 或 的缺点是耐热性能较差 , 长期高温 下工作 , a 二 )严重下降 , 出现钢的转变温度大大上升 钢的组 织会发 生改变 , 机械性能特别是高温的现象 , 称作热脆性 。 如成份含C ro . 51 . 5 持久强度下降 , 并发生材 质脆化 。 材质脆化 % , Ni l 4 %的铬镍钢最易发生热脆 , 因 是 压力容器和管道使用中最危俭的隐患 , 因 此这种材料不能用作高温设备或管道的紧固 为往往在无显著变形的情况 下 , 发生突然脆 件 。 因为在降至常温检修时 , 就会因为脆化 性爆炸 。 在上紧螺栓时 , 丝扣尖角等应 力集中 处 断 珠光体耐热钢在长期高温工作条件下 , 裂 , 或者产生更坏的微裂 纹 , 一 旦压力升起 引起组织不稳定和发生材质脆化的情况有下时 , 在该处会发生突然断裂 , 造成重大 事 列几种 : 故 。 (1)珠光 体球化和碳化物相的聚集 合金元素对热脆性有很大影响 , Cr 、Mn 所有珠光体耐热钢 , 在长期高温工作后 , 是促进热脆性的元素 , N i的影响在看法上似 最常见的就是片状珠光体发生球化 , 并出现乎有些争论 。 钢中杂质(氮和磷 )含量高 , 这些碳化物相的聚集和长大 。 因为片状的渗 热脆性增加 。 M 。和W 能阻止热脆 , 而V能减 碳体是一种不稳定组织 , 温 度升高后 原子扩 少热脆 。 因此高温联接螺栓材质多选用C r- 散能力增强 , 片状 渗碳体就自发形成球状 、 聚M 。, C r 一 M 。一 V 或C r 一 W 一 V 钢等 。 集长大 , 并分布在 晶内和 晶界上 。 球化使机热处理能改变钢的热脆性 , 调质热处理 械性能恶化a b 、 a s、 HB均下降 。 最危俭的能阻止热脆性的出现 , 而退火处理则使热脆 是大大降低高温抗蠕变能力 和持久强 度 , 有性增加 。 一般可通过加热到60 06 5 0 以上 时可降低3 05 0% 。 使高温下工作的压力容随后快冷的热处理来消除已经热脆的零件 。 器突然爆破 。 因此对于高温高压设备 , 在长热脆产生后其它机械性能(冲击值除外)基 期操作使用过程中 , 要经常加强检查 , 一旦 本不变 。 发现母材或焊缝处的珠光体已经球化 , 就必奥氏体耐热钢及耐热合金 , 也会发生热 须采取措施 , 防止事故发生 。 脆 。 出现 这种脆性的温度一般在60 0 一80 0 碳钢易球化 , 含碳量愈高 , 球化速度也范围 内 , 热脆出现后不仅冲击值下降 , 塑性 愈快 , 而 且球化后对蠕变断裂强度 的影响也 指标也 大为下降 , 往往还引起高温持久 强度 很大 。 因此温度较高而应 力不很 高的场合 , 的下降 。 这通常是 由于脆性的第二相 ( a - 最好采用低碳钢 。 因低碳钢 的组织稳定性较 相 、 中间相 、 碳化物 、 氮化物)沿晶界 的析 好 , 不易球化 。 出而引起的 。 加入合金元素C r 、 M O 、 V 等使这 些 元 (3)石 墨化 素 形成比较稳定的碳化物 , 就能阻止渗碳体 这是一种不稳定形式的危俭组织 。 大家 的球化和聚集 。 但M n 含量 大于 1 % 时 , 明显 都知道渗碳体F e3 C是一种不很稳定的碳化 促进球化 。 因此 为保证珠光体耐热钢的高温 物 , 在温度t4 5 。以上的长期 工作 情况 组 织稳定性 , 合金中应 尽量减少C和M n 的含 下 , F e3 C分解成为铁和 石墨. 第1 5卷第 3期 石油 化工设 备 卜 F e3 e全竺旦 生 3F 。+ e(石墨状态) 游离的石墨取代了渗碳体 , 成链状分布 在铁素体晶界上 , 使机械性能恶化 , 强度指 标( ob 、 q : )和塑性指标(诊 、 6)以及高温 持久强度等均剧烈下降 , 最终引起压力容器 和管道的脆性破裂 。 碳钢在4 5 。以上就可能发生渗碳 体 的 石墨化 。 。 . 5%M 。钢可 使石墨化温度提高到 4 8 5 。 焊缝的热影响区是石 墨化倾向最强 裂的部位 。 焊接时的变形或预加冷变形 , 均 能加速0 . 5%M 。钢 的石墨化进程 。 阻止石 墨化最有效的合金元素是C r, 只 有钢中加入约。 . 5%铬 , 便可防止碳钢或碳铝 钢的石 墨化 。 W 、 Ti 、 Nb 、 V 都能阻止或显 著削弱石 墨化倾向 。 如C r 一 M 。钢, Cr 一MO- V钢等 , 就不易发生 石墨化问题 。 促进石 墨化的有害元素为碳 、 硅 、 铝 、 镍 。 (4)时效脆性 由于钢中铁素体含有过饱和的碳 、 氮元 素 , 在高温条件下会随时间的增长而逐渐析 出 , 使铁素体变脆 , 这就是铁素体钢时效的 脆化 。 锅炉用钢管 , 在使用前都要测定人工 时效后的冲击值 , 一般升高温度到10 0 30 0 , 保温。 . 5 2 小时 , 时效作用就剧烈 地 显示出来 。 可用试验钢的脆性转变温度的办 法(测定C , 值) , 来检验钢的时效脆性 。 它 表现为a b 、 a s 增高 , 而塑性和韧性指标降 低 。 为了减少时效倾向 , 除了降低钢 中碳和 氮含量外再加入C r 、 M 。等 合金元素, 来固定 碳和氮 , 使铁素体稳定 , 减少时效脆性的发 生 。 (5)回火脆性 低合金钥长期在3 2 5 5 6 5 范围内工 作 , 或在这个温度区间内缓冷时材料发生脆 化的现象 , 称作回火脆 。 用V形刻槽的却贝 试件求得的冲击值变化 , 可以看 出回 火脆 性 。 图 5 为材料回火脆化前后转变温度的变 化情况 。 由于 回火脆使转变温度曲线向高温 侧移动 , 高阶冲击值降低 。 一般以吸收4oft 一 lb能量的转变温度 , T r 4 0的移动量 , T r 4。 , 作为评价回火脆化程度的标准 。 台 工-乙)暇 彭理曹 渴度() 图 5 回火脆化前后 , T : 4 0的变化 C r 一M。钢 和 Ni 一C r一M。一V 钢等压力 容 器 , 在3 5 。45 0 长期使用 时 , 会产生 明显 的回火脆性 。 如在33 0 43 0 运行三年后的 2 万C r一 IM 。钢 的脱硫反应 器 , 内壁脆化最 严重的地方 , 转变温度(T : )上升达 10 0 左右 。 由2万C r 一 IM 。钢 的断裂 韧 性K :c 来看(由J ,。值换算 得来) , 使用前为 73 2kg /m m 32艺, 而使用 后(1 0)下测得 K :。 值 己降低为3 3 okg/m m 3zZ。 若 按深宽比为允 的表面裂纹为例 , 在垂直裂纹方向加上4 2 kg /m m Z 的应力(相当材料的a s )按线弹性断 裂力学的计算 , 10 0时的临界裂纹深度是 : 使用前为8 7 m m , 而使用后只有1 8 mm , 后 者无损探伤检查就比较困难了 。 其它C r 一 M 。钢也有回火脆化间题, 只是 合金含量少的 Cr 一M。 钢的回火脆化情况要 弱一些 。 如1兄C r 一另 M o 比2%C r一 1M o 要 好一些 , 而 3Cr 一 1Mo 钢则比 2 公C r一IMo 更易脆化 。 含S i量对回火脆的影响是强 烈的 。 如 2万C r一 IM。 钢中若含s i 量由。 。 2 2%降低到 。 . 0 1% , 则转变温度移动量的变化( , T r 40 )能够下降1 7倍,同样3C r一IMo 钢的含S 芍 协 砂 石油叱工议 备 一9 86年 量由0 . 2 6%降低到0 . 0 2 % , 则 , Tr 4O能下 降3 3倍 。 图6为 2 万C r 一 IM 。钢 S i含量与 因 回火脆引起的转变温度 移动 量 , T r 4 0 的 关系 。 化物充分熔解 , 促使冷却时碳化物作有利的 分布 , 故珠光体耐热钢 的正火 温度比一般结 构钢应 稍高一些 。 磅 。 钥板 51且(%) 奋 四 62 八Cr一M。 钢S i 含量与同火脆引起的 么 , T : 切的关系 (M n , 0 。5 0 . 61%;P , 0 . 007一0 。 014仓百; S n , 0 . 00 7一0 . 027%) 对引起C r一MO 钢 回火脆性的原 因 , 一般 认 为是 由于 钢中P 、 S n 、 Sb 、 A s 等杂质沿 原奥氏体晶界偏析引起的 , 有资料证 明 S i 和 M n 这 两种 元素会促使形成偏析 , 因而可 把 (51+M n ) K (P + S n ) 火10 作为从 化 学 成份上估算C r 一 M 。 钢回火脆性倾 向的参数 。 当M n 含量控制在0 . 5%以下时 , 难以保证 材 料的机械性能 , 所以采取降低S i 含量是防止 脆性 倾向最 为有效的方 法 。 焊接区的回火脆性也 是个 应 予重视的 问 题 , 虽然焊缝中S i作为主 要脱氧 元素 , 含 量 不 易 过低 , 但因其它 杂质减少 , 故其脆 性 倾 向反 而比母材 为 小 3 . 压力容器用低 合金耐热钢 在 肠。一58 0 c以下工 作时 , 常用 经 过热 处理 的低合全 珠光 体 耐热 钢 。 这 种钢 的热处 理 , 常用正火 加回火 。 正火 温度为A C 3 十50 , 然后空冷 。 因正火后的片状珠光体组织 是不 稳 定 的 , 所以 , 回火 处理一般要高于使 用温度 , 常在10 0 下进行 。 为使难熔的碳 4 . 奥氏体 耐热 钢 及长期高温下性 能 的 变化 工作温度 在60 0以下时 , 可采用 珠光体 耐热钢 。 当温 度超 过65 0时 , 低合 金珠光体 耐热钢的热强度(主 要指持久强度)将下降 到 很小值 , 高温 下的气体腐蚀 , 如氧腐蚀 , 氢腐蚀急剧 加 速 。 这 样就必须 采 用高合全奥 氏体耐 热钢 。 例如 1C r18K gT , 而热钢 的工 作温度可达6 5 0 7 。 , C r25Ni2 0 (H K - 40)和C rZ二N i32(In 。 o o y8OO) 最高工作 温度分别可 达 95 0和8 5C 。 由于钢中含铬 量很高 , 抗氧化和抗氢性能也很好 。 1 8 一 8 型奥氏体 耐热钢 是 成分最简 单的 一种 。 18%C r 主要是为了使钢 具有热强 性和 抗氧化性 , 镍是 形成奥氏体的 元素 。 要注意 耐热 的 1 8 一 8 型钢 与 耐酸的 1 8 一 8 型 不 锈钢 的异 同处 。 前者为 了耐热 , 含碳量 要适当提 高 , 称 高碳不锈耐热钢 ; 后者为了耐蚀 , 含 碳 量必 须尽可能低一 些 。 在9 0 0以上高温高压下 的奥氏体耐 热 钢 往往使碳含量提到高限值 。 例 如 H K 一 4 0 中 , 碳含量 达0 . 4 0 一0 . 45% , 超热合金 中碳 含量 为0 . 5%等 。 这样钢中较多 的碳含量 就有 可能与钢中的合金元素铬 、 铝 、 钨等形成碳 化物 , 这 些碳化物在奥氏体基 沐中若呈弥散 分 布 , 就能使钢 的高温强度大为提高 。 在大 型氨厂及其它高温高压设备中常用 的奥氏体 耐热钢 的