GB∕T﹢8492-2014《一般用途耐热钢和合金铸件》国家标准解读.pdf

J u l 2 0 1 6V O I - 6 5N 0 7铸造F O U N D R Y 6 7 7 标准化、 ， 一G B 厂r8 4 9 2 - - 2 0 14 一般用途耐热钢和合金铸1 锄国家标准解读张寅1 ，崔兰芳2( 1 沈阳铸造研究所，辽宁沈阳1 1 0 0 2 2 ；2 烟台市产品质量监督检验所，山东烟台2 6 4 0 0 3 )摘要：介绍了G B T8 4 9 2 - - 2 0 1 4 标准中的一般用途耐热钢的牌号、化学成分、力学性能和铸件的热处理以及标准的特点和应用。对标准中涉及的2 6 个牌号材料的化学成分与I S O 标准进行对比表明，国内标准基本参考了国外标准的化学成分，只是在少数几个牌号上，有l 2 个元素稍有差别。标准中规定了2 6 种牌号材料的室温力学性能和最高使用温度，最高使用温度仅适用于牌号间的比较，在实际选用牌号时还应考虑环境、载荷等实际使用条件。制定正确的热处理工艺能够调整合金强化相的形态、数量、尺寸以及分布，可以获得合理的金相组织，获得良好的综合力学性能。关键词：一般用途耐热钢和合金铸件；标准特点；标准应用中图分类号：T G l 4 2文献标识码：A文章编号：1 0 0 1 - 4 9 7 7 ( 2 0 1 6 ) 0 7 0 6 7 7 0 6U n d e r s t a n d in gt h eG B T8 9 4 2 m 2 0 14H E A T - R E S I S T A N TS T E E LA N DA L L O YC A S T I N G SF O RG E N E R A LA P P L I C A T I O N SZ H A N GY in l ，C U IL a n - f 埘( 1 S h e n y a n gR e s e a r chI n s t it u t eo f F o u n d r y ，S h e n y a n g11 0 0 2 2 ，L ia o n in g ，C h in a ；2 Y a n t a iP r o d u ct sQ u a l it yS u p e r v is io na n dT e s t in gI n s t it u t e ，Y a n t a i2 6 4 0 0 3 ，S h a n d o n g ，C h m a )刽b s 嗽t ：T h eb r a n d , ch e m ica lco m p o n e n ta n dm e ch a n ica lp r o p e r t yo ft h eh e a t r e s is t a n ts t e e lf o rg e n e r a la p p l ica t io n s ( G B T8 4 9 2 2 0 1 4 ) a n dt h eh e a tt r e a t m e n to fa l l o yca s t m E ，I a sw e l la st h ech a r a ct e r is t icsa n da p p l ica t io n so ft h es t a n d a r d , w e r ein t r o d u ce d T h eco m p a r is o no ft h ech e m ica lco m p o n e n to ft h ein v o l v e d2 6b r a n d sint h es t a n d a r dw it ht h eI S Os t a n d a r ds h o w st h a tt h ed o m e s t ics t a n d a r d sw e r em o s t l yb a s e do nt h ein t e m a t io n a lo n e s w it has l ig h td if f e r e n ceinlo r2e l e m e n t sinf e wb r a n d s T h ein d o o rt e m p e r a t u r em e ch a n ica lp r o p e r t ya n dt h em a x im u ms e r v icet e m p e r a t u r eo f t h ein v o l v e d2 6b r a n d sa r es e tint h es t a n d a r d T h em a x im u ms e r v icet e m p e r a t u r eiSs u it a b l eo n l yf o rt h eco m p a r is o na m o n gb r a n d s T h ea ct u a ls e r v iceco n d it io n s , s u cha scir cu m s t a n ce s , t h el o a d , e t ch a v et ob eco n s id e r e dinch o o s in gt h eb r a n dt ob eu s e d T h ep r o p e rh e a tt r e a t m e n tca na d j u s tf o r m , a m o u n t s ，s iz e ，a n dd is l r ib u t io no ft h em e t a ls t r e n g t h e n in gp h a s e ，g e tt h ef ig h tm e t a l l o g r a p h ics t r u ct u r e ，a n dg a ing o o dco m p r e h e n s iv em e ch a n ica lp r o p e r t ie s K e yw o r d s ：h e a t - r e s is t a n ts t e e la n da l l o yca s t in g sf o rg e n e r a la p p l ica t io n s ；ch a r a ct e r is t icso ft h es t a n d a r d ；a p p l ica t io n so ft h es t a n d a r d1 标准概况耐热钢及耐热合金从上2 0 世纪2 0 年代发展至今，已有近百年的历史，其使用温度也从最初的2 0 0 至现在的12 0 0 。耐热钢及合金铸件在高温工况条件下( 一般超过6 0 0 ) ，具有良好抗氧化性能和高温强度，其应用于锅炉、汽轮机、动力机械、工业炉和航空、石油化工等工业部门中在高温环境中的零部件，这些部件除要求高温强度和抗高温氧化腐蚀外，根据用途不同还要求有足够的韧性、良好的可加工性和焊接性，以及一定的组织稳定性。本标准主要依据国际标准I S O119 7 3H e a t R e s is t a n tC a s tS t e e l sA n dA l l o y sF o rG e n e r a lA p p l ica t io n s ，在G B T8 4 9 2 - - 2 0 0 2 一般用途耐热钢和合金铸件的基础上修订，并参考相关的国内外技术资料，充分考虑我国现有的生产工艺和检测技术水平，将国内常用的耐热铸钢牌号纳入了标准中。本标准中共包含有2 6 种耐热铸钢及合金，按成分可分四类：C r - S i系( 6 种) 、C r - C o 系( 2 种) 、C r - N i系( 7 种) 、N icr 系( 1 1 种) ；按组织可分为三类：铁素体( 7 种) 、奥氏体+ 少量铁素体( 7 种，两种C r - C o 系高钴耐热铸钢也可归入此类) 、奥氏体( 1 3 种) 。收稿日期：2 0 1 5 1 0 1 7 收到初稿，2 0 1 6 - - 0 4 1 6 收到修订稿。作者简介：张寅( 1 9 6 4 一) ，男，高级工程师，主要从事铸造标准化工作。E m a il ：z y f o u n d r y w o r l d co r n 6 7 8 F O U N D R YJ u l 2 0 1 6V O I 6 5N 0 72 标准的主要内容2 1 适用范围G B T8 4 9 2 2 0 1 4 一般用途耐热钢和合金铸件标准中的2 6 个牌号材料适合于一般用途不同耐热条件下的铸造耐热钢和耐热合金铸件，如果工况条件比较特殊( 如辐照环境) ，则需要参考其他标准。2 2 技术要求2 2 1一般用途耐热钢的牌号和化学成分G B T8 4 9 2 2 0 1 4 一般用途耐热铸钢共有2 6 个牌号，其化学成分与I S O 标准对应的化学成分见表l 。由表1 可知，国内标准参考了国外标准的化学成表l 不同处理条件下消失模铸造A Z 9 1 合金的力学性能T a b l e1M e ch a n ica lp r o p e r t ie so fL F CA Z 9 1a l l o yb yd if f e r e n tt r e a t m e n t s啪2 6丝! 兰塑生! ! 望：! ：竺! ：Q! ：!G C o C r 2 80 0 5 O 2 5O 5 1 51 5注：表中的单个值表示最大值。0 0 4 0 0 32 5 3 00 4 1C 0 4 8 C 5 2F e 余量0 4 8 5 2铸造张寅等：G B T8 4 9 2 - - 2 0 1 4 一般用途耐热钢和合金铸件国家标准解读 6 7 9 分，只在少数几个牌号上，有1 - - 2 个元素稍有差别。2 6 个牌号的材料，铁素体耐热铸钢的抗应力腐蚀性能较好，生产成本较低，应用更广泛，但铁素体耐热铸钢的高温抗蠕变性能较奥氏体耐热铸钢差。铬是耐热钢的基础组元，典型的铁素体形成元素，随着铬含量的增加，耐热钢的抗氧化性和抗腐蚀性逐渐增加；C 、S i、P 、S 含量的降低，可改善耐热铸钢的焊接性和回火脆性；M o 可以提高钢的高温强度和蠕变断裂强度，一般来讲，铁素体耐热铸钢在高温条件下强度较低，作为结构材料使用时需要慎重。与铁素体耐热钢不同，在C r - N i系中，随N i含量增加，其组织转变成奥氏体，但一般含有少量铁素体，这是成分偏析造成的。组织的变化使该类耐热铸钢不但可以在更高的温度上使用，而且具有良好的高温强度，可作为高温结构材料使用。而对于以N iC r 系为合金来讲，其组织由单一的奥氏体组成，其使用温度及强度E L C r - N i系还要高。含C o 的耐热合金，其组织也是由单一奥氏体组成，但是C o 作为一种特别昂贵的金属，一般条件下很少采用。标准规定如需方对其他元素有特殊要求时，元素种类、含量及残余总量，由供需双方商定。耐热钢及合金中合金元素的含量对其抗氧化性、抗腐蚀性和强度有较大影响，通过调整合金元素含量，并通过热处理可以获得不同的组织，以满足铸件不同的工况需求。钢中有害杂质元素对耐热钢及合金的力学性能有不利影响，在设计成分时，主要围绕提高材料抗氧化性、耐蠕变强度、持久强度和持久寿命而进行，应满足对材料的工作温度、承载能力、使用寿命等方面的要求。在选材时，不但要考虑工况条件，还要对材料生产及成本进行综合考虑，这样才能选出性价比较优的材料。我国对耐热钢的研究相对落后，主要是参考国外成熟的材料牌号。目前的牌号，也存在产品性能不高，使用寿命明显低于国外同类产品的情况。所以提高材料认识，优化生产工艺，是国内企业面临的实际问题。2 2 2 力学性能一般用途耐热钢及合金材料的室温力学性能和最高使用温度见表2 ，测试力学性能用的单位试样，是从标准梅花状试块上加工而得到的。高铬耐热铸钢的良好性能只有在高温条件下才能体现出来，常温下的使用性能并不比其他一般不锈钢优越，而且易受环境介质腐蚀。因此本标准中对高铬耐热钢的室温力学性能未作规定。表2 中的硬度是退火态的最大H B W 硬度值。铸件在铸态供货时，硬度值会高于表中的硬度。铸件布氏硬度的数值及其范围、测量部位由供需双方商定。对耐热铸钢及合金的基本要求是：要有良好的高温强度及与之相适应的塑性；要具有足够高的化学稳定性( 如抗氧化性、抗腐蚀性等) 。高温强度的指标有三个：蠕变强度，表示在某一温度下，在规定的时间内达到规定变形( 如0 1 ) 时，所能承受的应力；持久强度，是指在规定的温度下，在规定的时间内断裂所能承受的应力；持久寿命，是指在规定的温度和规定的应力作用下，拉断的时间。对耐热铸钢及合金的高温强度，目前，还缺乏这方面的数据支持，无论是对生产企业还是用户，很多都不具备检测这些性能的条件，故在标准中未规定高温强度指标。耐热铸钢及合金的使用寿命主要是由材质、工况条件以及铸造工艺等因素决定的。表3 中的最高使用温度仅适用于牌号间的比较，在实际选用牌号时还应考虑环境、载荷等实际使用条件。2 。2 3 铸件的热处理Z G 3 0 C r T S i2 、Z G 4 0 C r l 3 S i2 、Z G 4 0 C r l 7 S i2 、Z G 4 0 C r 2 4 S i2 、Z G 4 0 C r 2 8 S i2 、Z G C r 2 9 S i2 等六个牌号的铸件可以在8 0 0 - - 一8 5 0 进行退火处理。Z G 3 0 C r 7 S i2牌号的铸件可以在铸态下供货。其他牌号耐热钢和合金铸件，不需要热处理。若需热处理，则热处理工艺由供需双方商定，并在订货合同中注明。制定正确的热处理工艺能够调整合金强化相的形态、数量、尺寸以及分布，可以获得合理的金相组织，获得良好的综合力学性能。3 标准的特点本标准的前一版G B T8 4 9 2 - - 2 0 0 2 在起草过程中采用了I S O1 1 9 7 3 ：1 9 9 9 ，而I S O1 1 9 7 3 ：1 9 9 9 现正在修订中，2 0 1 4 年底形成I S O D I S1 1 9 7 3 ；I S O D I S1 1 9 7 3 弓l 用了I S O4 9 0 0 2 0 0 3 ，本标准修订时参考了I S O D I S11 9 7 3和I S O4 9 0 0 2 0 0 3 的主要技术内容，在技术指标上完全等同采用，并增加了对铸件外在质量的技术要求，本次修订后的标准在结构上依然沿袭了G B T8 4 9 2 - - 2 0 0 2的结构形式，但因修订后的本标准在结构上和I S O D I S11 9 7 3 、I S O4 9 0 0 2 0 0 3 有很大的差异，故本标准按未采标处理。本次修订所变化的四条内容是根据实际生产及订货时，生产方与订货方易由于规定不细致而发生纠纷，本次修订在征询生产厂家和使用方意见的基础上进行修改的，具有可操作性。目前，我国耐热铸钢及合金的技术水平竞争力与国际先进水平相比，尚有一定差距。高端产品比例偏低，高端耐热铸件的生产不能适应国民经济发展的需要，关键零部件还依赖于进口。铸件在质量和性能上国外先进水平还有一定差距，在铸造和热处理水平上均有差异，质量不稳定，制约了行业的发展。本标准的技术指标等同于同类I S O 标准，本标准的技术水平属于国际一般水平。企业的生产不应当以满足本标准为最高质量目标，因为产品最重要的高温下的使用性能 6 8 0 F O U N D R YJ u l 2 0 1 6V 0 | 6 5N o 7在本标准中并未规定。标准中所列牌号并没有囊括目前所应用的全部牌号，由于技术上的不足，标准验证数据收集困难，标准的更新十分被动，标准影响力也比较小。我国对耐热铸钢及合金的研究相对落后，国内生产能力不足，仅能满足部分低端铸件生产，高端铸件还需要依赖进口。现阶段我国的耐热铸钢的国内研发，基本停留于分析国外已开发新牌号材料性能与成分，摸索其生产工艺及性能，试制或试生产阶段。表2 室温力学性能和最高使用温度T a b l e2M e ch a n ica lp r o p e r t ie sa ta m b ie n tt e m p e r a t u r ea n dm a x im u ma p p l ica t io nt e m p e r a t u r e注：a 为退火态最大硬度。铸造张寅等：G B T8 4 9 2 - - 2 0 1 4 一般用途耐热钢和合金铸件国家标准解读 6 8 1 4 标准的应用耐热钢铸件的发展与电站、锅炉、燃气轮机、内燃机、航空发动机等各工业部门的技术进步密切相关。由于各类机器、装置使用温度和所承受的应力不同，以及所处环境各异，因此所采用钢材种类也各不相同。为了适应各种工作条件不断发展的要求，耐热钢及合金铸件也在不断地发展。从最早期的低碳钢、低合金钢，到成分复杂的、多元合金化的高合金耐热钢及合金。最早在锅炉和加热炉中使用的材料是低碳钢，使用的温度一般在2 0 0 左右，压力仅为0 8M P a 。直到现在使用的锅炉用低碳钢，使用温度也不超过4 5 0 ，工作压力不超过6M P a 。随着各类动力装置的使用温度不断提高，工作压力迅速增加，现代耐热钢的使用温度已高达7 0 0 ，使用的环境也变得更加复杂与苛刻。现在，耐热钢铸件的使温度范围为2 0 013 0 0 ，工作压力为几兆帕到几十兆帕，工作环境从单纯的氧化气氛，发展到硫化气氛、混合气氛以及熔盐电解金属等更复杂的环境。本标准中的各种牌号的耐热钢和合金铸件目前已经得到广泛的应用，除反应堆、电站锅炉、石化工业炉外，耐热钢铸件在冶金、机械、建材、轻工等工业中，广泛用作热交换器、加热炉管、反映罐等多种炉窑中的各种耐热部件，在广泛的实际应用过程中，各型号的耐热钢及合金铸件得到了实际的验证。耐热铸钢及合金在耐热材料领域中占有相当大的比重。由于石油化学工业的飞速发展，在大型合成氨及乙烯装置中采用了大量的高合金耐热铸钢。铁素体表3 耐热铸钢及合金的特性及用途T a b l e3C h a r a ct e r is t icsa n da p p H ca f io no fr e s is t a n t - h e a ts t e e lca s e n g sa n d 枷o yJ u l 2 0 1 6682FOUNDRYV 0 1 6 5N o 7耐热铸钢以其优秀的综合性能和经济成本，成为耐热铸钢中的优势铸钢，在各国得到广泛的应用，具有较好的发展前景。表4 为各国耐热钢及合金的牌号对照。5 结束语由于各类机器、装置使用的温度和所承受的应力不同，以及所处环境各异，所采用的钢材种类也各不相同。耐热铸钢及合金的使用寿命主要是由材质、工况条件以