耐热钢的选用.doc

耐 热 钢 的 选 用一 什么是耐热钢耐热钢是指在高于450条件下工作，并具有足够的强度、抗氧化、耐腐蚀性能和长期的组织稳定性的钢种。耐热钢从性能上分为热强钢和抗氧化钢（不起皮钢）。含Ni量很高的耐热钢称为高温合金。二 耐热钢的分类与适用范围：见附表一【附表一】耐热钢的分类与适用范围钢 种 钢 号使用温度 适 用 范 围马氏体 铬 钢 4Cr9Si2 800不起皮钢,用于小负荷的耐热件。 1Cr13 700不起皮钢，用于小负荷的耐热构件，常用于电热元件的引出棒。减震性良好。铁素体 1Cr17 900不起皮钢，900以下常用于无负荷的、不渗C的电热设备构件。 1Cr25Ti 3Cr25Si3Ni 1Cr28 11001100 1150不起皮钢，抗硫腐蚀性好，常用于小负荷的加热设备构件。奥 氏 体 铬 镍 钢 1Cr18Ni9Ti 900在空气中有优良的抗腐蚀性，不耐盐酸、稀硫酸腐蚀和氯离子应力腐蚀，900用做负荷构件。1Cr14Ni14Mo2WNb 850不起皮钢,热强钢，抗晶间腐蚀性能良好，用作负荷构件。 1Cr23Ni13 1000抗热疲劳性好，980下用做负荷构件 1Cr23Ni18 1050不起皮热强钢,中等负荷适用于850，小负荷用于9001050。 3Cr18Ni25Si2 1100不起皮钢,热强钢,对含硫气氛敏感，用作负荷构件。 1Cr25Ni20Si2 1Cr25Ni20 1200最常用的不起皮钢和热强钢。较高的Si含量可阻止深层氧化。 1Cr20Ni35 1200不起皮钢和热强钢，有较高的综合性能，用作负荷构件。 铬 镍 氮 4Cr22Ni4N 3Cr24Ni7SiNRe 3Cr30Ni11N 1000不起皮钢和热强钢，用作负荷构件。 1050 1100 铬 锰 氮 钢45Cr20Ni5Mn5WMoN 3Cr18Mn12Si2N3Cr22Mn4Ni4Si2N 2Cr20Mn9Ni2Si2N 900常用的不起皮钢和热强钢,有较高的抗硫腐蚀性能和抗渗C性能，用于气氛保护热处理设备。 950 1000 1050 铁 锰 铝 6Mn18Al5Si2Ti 6Mn28Al7TiRe 6Mn28Al9TiRe 950不起皮钢和热强钢,用于中小负荷耐热构件。 1050 1050三 常用耐热钢的化学成分与机械性能：见附表二；附表三【附表二】常用耐热钢的主要化学成分 钢 号 C Si MnCr Ni 其 它4Cr9Si20.350.502.03.0 0.7 8.010.0 0.6 1Cr130.080.150.6 0.812.014.0 0.6 1Cr17 0.120.8 0.816.018.0 1Cr25Ti 0.121.0 0.824.027.0 Ti 0.500.83Cr2Si3Ni 0.352.53.50.723.027.00.71.3 1Cr28 0.151.00.827.030.0 1Cr18Ni9Ti 0.121.0 2.017.019.08.011.0Ti 0.500.81Cr14Ni14Mo2WNb0.090.150.550.51.013.015.013.015.0Mo 1.72.0W1.251.65Nb0.71.21Cr23Ni130.200.102.022.025.012.015.0 1Cr23Ni180.200.102.022.025.017.020.0 3Cr18Ni25Si20.30.41.52.51.517.020.023.026.0 1Cr25Ni20Si20.201.52.51.524.027.018.021.0 1Cr20Ni350.151.02.00.51.015.020.030.035.0 4Cr22Ni4N0.350.451.22.01.021.024.03.55.0N 0.230.303Cr24Ni7SiNRe0.270.371.32.01.023.026.07.08.7N 0.200.30Re0.200.303Cr30Ni11N0.300.400.8 50.629.032.09.013.0N 0.200.3045Cr20Ni5Mn5WMoN0.400.501.22.04.55.519.021.54.55.5W 0.71.1Mo 0.71.13Cr18Mn12Si2N0.220.301.42.210.512.517.019.0 N 0.220.303Cr22Mn4Ni4Si2N0.300.401.52.03.55.520.023.03.55.5N 0.220.282Cr20Mn9Ni2Si2N0.170.261.82.78.511.018.021.02.03.0N 0.200.306Mn18Al5Si2N0.60.71.82.518.020.0 Al 4.55.5Ti 0.150.356Mn28Al7TiRe0.550.750.81.527.530.0 Al 16.018.0Re0.1、Ti0.16Mn28Al9TiRe0.550.750.81.527.530.0 Al 18.020.0Re0.1、Ti0.1四更高使用温度的钢种KanthalAPM:高温耐蚀合金：KF62 。高温耐蚀合金：KY101.最高使用温度：1300 1. 最高使用温度：1260 最高使用温度：13602成分：Cr22Al46 2成分：Ni-Cr-Fe基和金+Ti,Zr,Y 1300长期抗氧化；1360短期抗氧化3蠕变强度: 3应用特点; Fe-Ni-Cr-Al-Re合金10000h ;1300:0.4MPa 优良的高温氧化腐蚀抗力， 适用于高温低氧分压环境和含S,C热腐4表面负荷： 优良的硫化，氯化，碳化抗力 蚀环境的受力构件。1200：22Kw/m2 较高的高温强度与蠕变断裂强度用于耐高温氧化的钢管【附表三】常用耐热钢的室温力学性能 钢 号 抗拉强度 b/MPa 屈服点S/MPa 伸长率S（）断面收缩率（） 冲击韧性K/J24Cr9Si2 900 600 19 50 - 1 Cr13 600 420 20 60 901 Cr17 400 250 20 50 - 1 Cr25Ti 450 300 20 45 - 1 Cr18Ni9Ti 550 200 40 55- 1Cr14Ni14Mo2WNb 400 200 18 35 401Cr23Ni13 550 250 35 50 -1Cr23Ni18 550 250 35 50 -3Cr18Ni25Si2 650 350 25 40 -1Cr25Ni20Si2 600 300 25 50 -4Cr22Ni4N 1000 - 10 19 403Cr18Mn12Si2N 70 40 35 45 -2Cr20Mn9Ni2Si2N 65 40 35 45 -6Mn28Al9TiRe 45 - - - 4【附表四】常用耐热钢的抗氧化性能 钢 号 氧化增重（失重）速度/g（m2h）1 8009001000 1100 12001Cr13（0.45） （2.0） （4.2） 1Cr17（0.2） （0.4） （2.0） 1Cr25Ti （0.85） 1Cr28 （0.12） （0.2） （1.15） 1Cr23Ni18 （0.28） （0.48） （1.65） 3Cr18Ni25Si2 0.126 0.835 1.1254 Cr25Ni20 0.092 0.3360.9994 Cr22Ni4N 0.15 0.25 3Cr24Ni7SiNRe 0.151 0.692 0.9313Cr30Ni11N 0.132 0.451 1.08585045Cr20Ni5Mn5WmoN0.018 0.125 1.860 3Cr18Mn12Si2N0.181 0.238 2.218 3Cr22Mn4Ni4Si2N0.018 0.032 0.229 注：氧化增重是质量指标；（）为失重速度；五。 耐热钢的应用性能 耐热钢的高温腐蚀耐热钢在高温下使用，根据使用温度的高低，环境因素的不同，不同的钢种会受到不同性质、不同程度的腐蚀主要包括：1 高温氧化（狭义）耐热钢的狭义高温氧化是指耐热钢在高温下与氧气反应生成金属氧化物的过程。氧气可以是纯氧，或是含氧的干燥空气。这是最基本、最基础的耐热钢腐蚀现象。其氧化的程度以氧化增重量表示： gcm2h1。该数值愈小，耐热钢的抗氧化性能愈强。水蒸气加速高温氧化过程；外加载荷加速高温氧化过程。常用耐热钢的抗氧化性能比较见附表四。2 高温碳化 高温碳化是指耐热钢在高温下含C及其化合物的还原气氛中与其反应生成碳化物的过程。增重愈小，耐热钢的抗增碳性能力愈强。能力的大小取决于耐热钢表面产生的保护性氧化膜的致密性与稳定性。3 高温硫化高温硫化是指耐热钢在高温下的氧化性或还原性含硫介质中与其反应生成硫化物的过程。耐热钢在含硫介质中经受氧化、还原、和抵抗硫腐蚀三重作用。腐蚀能力以腐蚀速率mmcm2h1表示。4 高温氮化高温氮化是指耐热钢在高温下的氮气或含氮介质中与其反应生成氮化物的过程。耐热钢抵抗高温氮化腐蚀的能力大小取决于钢中元素与氮的亲和力。5 高温卤化耐热钢在卤族（氟、氯、溴、碘）元素介质中会产生强烈的腐蚀（点状腐蚀）称为高温卤化。其中氯尤其严重，合金中的Cr、Ni、Al、Fe与氯都有很强的亲和力，在低温潮湿环境下形成挥发性很强的化合物。因此，耐热钢在卤族元素介质中使用温度通常不超过500。6混合气体氧化 在多种元素或化合物的混合介质中，耐热钢会产生两种以上的氧化，如硫化氧化；硫化碳化等。这是实际应用中最通常的情况。7氢腐蚀 在高温高压的氢气中，氢原子渗入耐热钢中与碳化物发生反应，产生甲烷气体致使钢表面发生气泡或开裂，并且表面脱碳。这种腐蚀称为氢腐蚀。 耐热钢焊接时，焊缝中的氢气排不出来，也造成焊缝的腐蚀。以上所有的腐蚀现象都是从耐热钢表面的保护性氧化膜遭到破坏开始。钢中主要元素的作用及其含量的不同，致使不同的耐热钢具有不同的抗腐蚀能力。 耐热钢中主要元素对耐热钢性能的影响1C:碳的作用是双重的。碳是不可缺的稳定奥氏体的元素。碳含量的提高可增强钢的强度与硬度。但碳与铁、铬的亲和力很强，形成有害的碳化铁、碳化铬。降低碳的含量可提高钢的可焊性与冷变形能力。由于对耐热钢主要应用其抗高温氧化能力，故较低的含C量是有利的。一般的含C量应在0.10.2之间。 2Cr: 铬是耐热钢中抗高温腐蚀的起决定作用的主要元素。其原因之一是铬使铁基固溶体的电极电位提高；吸收铁的电子使其钝化。其原因之二是在钢的表面形成有利的氧化膜Cr2O3;连续的致密的氧化膜可有效的阻止离子通过膜的扩散减缓氧化速度。合金中的Cr含量应达到1520以上。高含铬不锈钢有较强的抗氢腐蚀能力。 3Ni: 镍是耐热钢中与铬形成奥氏体的重要合金化元素，使高铬钢的组织发生变化。提高钢的热强性与耐腐蚀性。其本身也是优良的耐腐蚀材料。 4Al： 铝在耐热钢的热处理中固溶强化作用大。由于与氧的亲和作用强，高温下形成保护性氧化膜Al2O3，可有效的阻止离子通过膜的扩散减缓氧化速度。在渗氮钢中形成坚硬耐蚀的渗氮层。含量多在35之间。过高的含量对钢的力学性能不利。为提高耐热钢的抗高温腐蚀能力，可在表面渗铝，但最多只能镕入7的铝。 5Si: 硅在高温氧化生成SiO2,分布在保护性氧化膜与基体金属之间。组织氧进一步渗入，降低合金的氧化速度，提高耐热钢的耐蚀性。适量的Si调整钢的机械性能，提高弹性极限，其含量不超过2。过量的Si反而提高氧化增重，且影响钢的可焊性能与冷作性能。6. Ti: 钛在耐热钢中可提高抗氧化性与蠕变强度、持久强度。有明显的防止和减轻晶间腐蚀、应力腐蚀的作用。 7Mo: 钼在耐热钢中含量为0.5时，能降低或抑制其它元素导致的回火脆性。在较高回火温度下，能提高钢的热强性和蠕变强度。含量为23钼的耐热钢能抵抗有机酸及还原性介质的腐蚀。钼是贝氏体高强钢的重要元素之一。8Mn: 由于锰氧化后生成MnO并与Cr2O3结合，使氧化速度增加，并降低氧化膜与基体金属的结合能力，使氧化膜易于脱落。降低了耐热钢的抗氧化性能。它的主要作用是替代镍在低合金钢中作为奥氏体钢的奥氏体化元素。 9N: 耐热钢中含有2氮，能稳定钢中的奥氏体。由于氮化物在晶界上析出，提高晶界高温强度，从而增加了钢的蠕变强度。 10Re: 耐热钢中含有0.2Re,可以提高钢的抗氧化性，提高高温强度和蠕变强度。可以较大幅度的提高耐蚀性。含钇的耐热钢高温下形成的Y2O3能与Cr2O3、Al2O3共同形成致密的氧化膜，提高耐热钢抗氢腐蚀能力. 常用耐热钢的高温强度见附表五。【附表五】常用耐热钢的高温强度钢 号 持 久 强 度 蠕 变 强 度2Cr1310001050 油淬720750回火温度b/10000b/100000温度b/1000b/10000b/100000 MPa MPa450330270260450270180470260210190475120500230190160500160110 7053016010075550 70 50 401Cr1310301050 油淬680700回火空冷温度b/10000hb/100000hb/1000h温度1/10000h1/100000h MPa MPa47026022030040012350022019027045010553019016023050095574Cr9Si2104030min 油淬，750油冷。镕铝坩埚专用。40013011650011095600585065027201Cr18Ni9Ti棒材11301160水冷，80010h或70024h时效。温度1/1/1/温度1000h10000h100000hMPaMPa5502402901902401402006001802201301709013065011014060100407070070120507030501Cr23Ni1311001150 水冷温度度b/10000hb/100000hb/1000h温度1/10000h1/1000hMPa MPa60091载荷6491346008110070049载荷70484700344580028载荷7605680012.52390021载荷8162890031111000载荷8712110002.551Cr23Ni18固溶处理600140150100600909860650180 190 9012060807003536243570010050603580013678004060213512139004钢 号持 久 强 度蠕 变 强 度1Cr25Ni20Si211001105水或空冷温度b/10000hb/100000hb/1000h温度1/10000h1/1000h MPaMPa最高使用温度：1200；连续使用温度：1150；连续使用温度：10501100800188800132090073900591000150510004110011001512001200053Cr18Mn12Si2N1100115040Min,空冷较好的抗氧化性，抗硫腐蚀性，抗渗碳性，可长期在950下使用。适用于加热炉传送带，炉底板渗碳炉罐。温度/ MPa断裂时间 h（）9003049044.340261.8238.339.447.75097.797.549.344.06061.442.054.720Cr20Mn9Ni2Si2N11001150水冷。耐急冷急热性能高，适用于盐浴炉坩埚。温度铸 造方 法b/10000b/1000 MPa900普通10111720离心1626六 耐热钢的正确使用1 根据环境介质的不同，选择适用的耐热钢。2 使用中的注意事项1 尽量形成稳定致密的保护性氧化膜预氧化处理耐热钢表面具有稳定致密的保护性氧化膜是设备正常使用的必备条件。因此电加热设备在正式启用前，通电加热至足够高的温度，保温足够长的时间，以便形成理想的氧化膜。正常使用过程不能代替预氧化处理。预氧化处理应在空炉下进行。预氧化温度应高于正常使用温度50（不能超过该材料允许最高使用温度），保温时间46小时。如设备长时间停用，重新使用前也应作预氧化处理。2 设备使用温度不超过该材料允许最高使用温度，整体不过烧。3 设备加热均匀，局部不过热。使用棒状加热元件时，加热元件应与被加热设备保持足够距离。4 焊接部位必须按照正确的焊接工艺施焊。尽量避免与减少焊缝周围母材的氢腐蚀及晶间腐蚀。5 为确保耐热钢的使用寿命及设备的正常使用，正确选材是保证，搞清气相环境是前提。气相环境的各种参数是直接决定和影响耐热钢氧化的根本因素。其中包括： 气相的化学成分是单一的氧气还是含两种以上反应气体的混合气体。 气相的总压力和反应气体组分的分压以及压力的变化。 气体流动状态及流速。 流动气体是否含有易与耐热钢表面反应的粒状物。 环境温度是恒定的还是交变的。 外力作用是恒定的还是交变的。6 工件的正常加热过程中，在设备内放置同材质的试件，以试件的观察评定结果代替对耐热钢设备的评价。 耐热钢设备在加热过程中，尽量避免急冷急热。3 耐热钢的使用场合见附表六。【附表六】耐热钢的使用场合牌 号类 型 用 途1Cr18Ni9Ti奥 氏 体通用性不锈钢。民用、建材、工业一般防腐耐热8501Cr18Ni9通用性不锈钢。民用、建材、工业一般防腐耐热850冷做后性能提高。0Cr18Ni9作为不锈耐热钢使用最广泛，食品用设备。化工、原子能工业用。0Cr25Ni20炉用材料，汽车排气净化装置用材料。00Cr19Ni10用于抗晶间腐蚀性要求高的化学、煤炭、石油产业的野外露天机器、建材、耐热零件及热处理有困难的零件0Cr17Ni12Mo2适用于在海水和其他介质中，主要作耐点蚀材料，照相、食品工业、沿海地区设施、绳索、CD杆、螺杆、螺母0Cr17Ni14Mo2为0Cr17Ni12Mo2的超低碳钢，用于对抗晶间的腐蚀性有特别要求的产品。1Cr18Ni12Mo2Ti用于抗硫酸、磷酸、甲酸、乙酸的设备，有良好的耐晶间腐蚀性。0Cr18Ni12Mo2Ti同上0Cr18Ni10Ti添加Ti提高耐晶间腐蚀，不推荐作装饰部件。0Cr16Ni14无磁不锈钢，作电子原件。0-1Cr20Ni14Si2具有较高的高温强度及抗氧化性，对含硫气氛较敏感，在600800有析出相的脆化倾向，适用于制作承受应力的各种炉用构件。1Cr17Ni7适用于高强度构件，火车客车车厢用材料00Cr18Ni5MoSi2奥氏体铁素体耐应力腐蚀破裂性能良好，具有较高的强度，适用于含氯离子的环境，用于炼油、化肥、造纸、石油、化工等工业，制造热交换器、冷凝器等。0Cr17(Ti)铁素体用于洗衣机内桶冲压件,装饰用1Cr17铁素体耐蚀性良好的通用钢种，建筑内装饰用，重油燃烧器部件，用于家庭用具，家用电器部件。0Cr13铁素体作较高韧性及受冲击负荷的零件，如气轮叶片，结构架，螺栓，螺帽等1Cr13具有良好的耐蚀性，机械加工性，用作一般用途、刀刃机械零件、石油精炼装置、螺栓、螺母、泵杆、餐具等。2Cr13淬火状态下硬度高，耐蚀性良好，作气轮机叶片，餐具4常用典型耐热钢特性与用途见附表七。【附表七】常用典型耐热钢特性与用途SUS304具有良好的耐蚀性、耐热性、低温强度和机械性能、热压弯曲热加工性能。无热处理硬化、无磁性。广泛用于化学、食品、建材、农业、医疗器械、汽车、船舶、生活用具等。SUS304LSUS304的变种，含C量降低，提高了焊接性能。最基本的奥氏体钢种，用途最广泛。综合性能好。SUS304CuSUS304的变种。拔丝及冷压成型性好。抗时效裂纹性能优良SUS304NSUS304的变种，提高了钢的强度。SUS310SUS304的变种，提高了钢的强度。SUS310SSUS310的变种，含C量降低，提高了焊接性能。是使用温度低于1200的优选品种。广泛用于热处理炉等