高强度紧固件的材料选择与热处理

1 高强度紧固件的材料选择与热处理高强度紧固件的材料选择与热处理 一 一 12 9 级高强度螺栓级高强度螺栓 1 12 9 级高强度螺栓的国家标准 我国 12 9 级高强度螺栓生产量很少 因为我国的材料牌号及钢铁冶炼体系发展滞后 没有相匹配的材料牌号 只有比较接近的材料品种 在 GB T 3098 1 2000 标准中的表 2 可以看出端倪 认真解读 12 9 级螺栓的注解 6 8 9 可以得出一些信息 注解 6 材料要有良好的淬透性 保证紧固件截面在淬火后 回火前获得 90 的马氏 体组织 注意是在淬火后获得 90 马氏体组织 8 12 9 级金相组织不能检出白色磷聚焦层 冷脆 9 该等级的回火温度及化学成份尚在调研中 热处理和材料在讨论研究中 从中可以看出我国对 12 9 级高强度螺栓生产没有充分把握 不提倡积极地生产 据了解 我国工程上采用的 12 9 级的螺栓 以进口居多 2 42CrMo 类型的几种材料分析对比 普通 42CrMo 能够达到 12 9 级的强度要求 在机械性能四项指标的测量中 强度类指 标容易达标 断后伸长率 8 断面收缩率 44 达到标准 有一定难度 主要是强度与韧性 的配合问题 如果 12 9 级有冲击韧性要求 更难达到要求 12 9 级产品对材料要求很高 普通的 42CrMo 的材料难以达到 一般可采用 42CrMo B7 42CrMoA 的材料 我们认真 对着照分析了 42CrMo 几种公司采用的不同的材料 其中的化学成分的组成 见图表一 材料牌号 CSiMnSPCrMo 试样 42CrMo0 410 270 630 080 011 060 16 试样一 42CrMo B7 0 410 310 80 0140 0090 960 18 试样二 42CrMoA0 400 280 780 0030 0080 980 20 试样三 图表一 42CrMo 类型化学成分的组成 1 42CrMo 与 B7 的对比分析 B7 是美国牌号的钢材 与我国的 42CrMo 的化学组成相类似 但是存在着微小差别 这 些微小的差别 却影响了产品的性能 钼钼的含量的含量 2 我国钢材 42CrMo 与 B7 材料 标准规定的含 Mo 量都是在 0 15 0 25 范围内 但美国 B7 钢材一般的材料 含 Mo 量基本上在 0 18 0 20 的数值范围内 中间偏下的范围 我国 的钢铁企业为了追求利润最大化 一般将 42CrMo 材料的含 Mo 量定在 0 15 0 17 范围内 属于下限范围 钼元素能提高钢的淬透性 细化晶粒 并能有效地阻止钢材的第二类回火脆性的产生 尤其是低温状态下 钼含量的增加对提高冲击值起到积极作用 目前 我国许多高强度紧固件制造企业也逐步地认知钼元素的重要作用 因此要求钢铁 公司将钼含量提高到 0 18 0 20 左右的范围 从而有效地提高了材料的性能 在 42CrMo 的 基础上产生了中国改进型的牌号 42CrMo B7 见上面表格的数值 锰的含量 锰是添加的常用合金元素 因为经济适用 常用来代替铬 钼 钒贵重合金元素 锰 元素能有效地提高钢材的淬透性 提高材料的强度 并且能减少硫对钢材产生的热脆性 锰钢经过加工后能提高钢的耐磨性 但含锰量增加到一定的量后 会促使晶粒长大 降低 材料的塑性和韧性 并增加第二类回火脆性的倾向 从理论上说 普通 42 CrMo 材料锰元 素的含量应该控制在 0 8 范围内 考虑到以上锰的优缺点 我国把 42CrMo 的含锰量定位 0 5 0 8 而美国 B7 把锰含量 定为 0 65 1 1 锰含量的增加 对提高淬透性起了积极的作用 美国 B7 材料含钼量通常 比我国的普通 42CrMo 材料高 钼元素含量的提高 对抑制锰的缺陷起到积极的作用 钼元 素含量地提高 还能够对降低回火脆性起积极作用 这是在钢材中多种添加元素的作用 会起互相弥补 互相提高的功能 克服了单一添加元素在材料中的不足 2 42CrMoA 与 42CrMo 的对比分析 试样三的材料我公司是选用了宝钢的材料 众所周知 材料后加 A 是高级优质钢 其 硫磷含量在优质钢 0 035 的基础进行了降低 标准为 0 025 目前我国钢材一般都能 达到这一标准 但是有 A 符号的特级优质钢 在钢铁的冶炼过程中增加了脱磷 脱硫的过 程中 不但硫磷杂质元素大幅度下降 其他的杂质元素 钢中的气泡及缺陷也在冶练的过 程中相应地减少 提高了钢材的纯净度 使材料的综合性能大幅度提高 其中 材料的韧 性的提高尤为显著 40 C 的低温冲击值能够达轻松地到 40J 以上 个别达到 60J 甚至 80J 远远大于平均值 27J 的要求 增加产品的可靠性 上面三种 42CrMo 三种类型的材料 在拉力试验数据基本相同的条件下 钼含量的增加 能有效地提高材料的韧性 而杂质元素的减少对提高材料的性能的提高同样很显著 因此 3 对性能要求高的产品 必须严格地控制材料各种合金元素的含量 镍 钒 钼等稀有金属 元素的含量 稀有金属元素的微量增减 都会影响产品的技术性能 例一 不同材料制成的产品经过拉伸试验后 得出的试验结果 有比较大的差别 具 体见下面的报告的数据 图表二 图表二 A 普通 42CrMo 材料制成产品的拉伸试验报告 4 图表二 B B7 材料制成产品的拉伸试验报告 从上面实例中可以看出 不同的材料品种对拉伸试验产生的数值有些差异 经过二种 不同的材料的元素分析 可以更加明显地看出合金成分差异对性能的影响 见图表三 元素 品种 CCrMoSiMnSP 规范要求0 38 0 450 90 1 200 15 0 250 17 0 37 普 0 5 0 8 B7 0 65 1 1 0 04 0 035 B7 材料0 391 040 190 250 750 040 011 42CrMo 0 381 040 160 210 590 040 058 图表三 二种材料的化学元素分析 从上面二个图表中可以看出几点 1 同一家公司热处理后的螺栓双头 抗拉强度 屈服强度比较相近 B7 材料产品检测 数值略微高一些 但是断面收缩率相差比较大 B7 材料生产的双头螺栓断面收缩率数值 比较高 全部达到并且超过技术要求 而普通 42CrMo 材料生产的双头螺栓数值比较低 并 且其中的一个产品的断面收缩率数值不合格 这批产品试验判断为不合格 2 从化学元素组成来看 最主要的区别在于 Mo 元素的含量 B7 材料的含 Mo 量达到 5 0 19 而普通 42CrMo 材料含 Mo 量仅为 0 16 刚刚达到材料的要求 钼元素的增加 主 要功能是细化晶粒 增加了韧性 在上面实例的数值中 可以充分地说明上面的理论分析 断面收缩率是机械性能四项指标中 是最容易出差错的指标 3 Mn 元素略微增加 对提高强度性能起到积极的作用 Mn 元素的不足之处 由于 Mo 元素的含量的增加 起到弥补作用 4 S P 元素 杂质元素的减少能够提高材料的韧性 B7 材料 P 元素含量的减少 对 提高材料的塑性起到积极地作用 3 12 9 级螺栓材料选择 12 9 级的螺栓 如果有冲击韧性要求的 建议改用三元素合金材料 这样性能比较稳 定 例如我国牌号 40CrMoMn 40CrNiMo 等等比较适合 12 9 级的螺栓 材料选择余地比较小 如果不偏重考虑到韧性及低温冲击值 那么用 42CrMo 类型材料即可 但目前采用 12 9 级的产品的要求均很高 许多产品有低温冲击的要 求 以风机配件为例 12 9 级的紧固件 在 40 C 低温下 冲击值必须 27J 因此必须 采用了多种合金元素的结构钢 目前我国采用的只是 40CrNiMo 而国外使用的 CrNiMo 类 型的多合金元素的材料有许多种 可以有效地进行选择 下列是国内外常用的几种牌号 图见表四 国别材料牌号CSiMnSPCrMoNi 德国36CrNiMo40 32 0 40 0 40 0 50 0 80 0 03 5 0 035 0 90 1 20 0 15 0 30 0 90 1 20 德国34CrNiMo60 30 0 38 0 40 0 50 0 80 0 03 5 0 035 1 30 1 70 0 15 0 30 1 30 1 70 美国43400 38 0 430 15 0 350 60 0 80 0 04 0 0 035 0 70 0 90 0 20 0 30 1 65 2 00 美国43370 35 0 400 20 0 350 60 80 0 04 0 0 04 0 70 0 90 0 20 0 30 1 65 2 00 中国40CrNiMo0 37 0 440 17 0 370 50 0 80 0 02 5 0 025 0 60 0 90 0 15 0 25 1 20 1 65 图表四 国内外常用 CrNiMo 类的材料 从上面一组类似成分的材料组成来说 德国材料含铬量比较高一些 美国材料的含镍 量略高 其他元素的组成的成分区域基本相近 但在材料使用过程中要注意四个方面 1 国外的铬 镍元素含量略多 这样 有效地提高了材料整体的强韧性 尤其是对低 温冲击值的提高起到了积极作用 由于 Cr 和 Ni 元素价格贵 资源稀缺 我国一般控制 在下限 因此 在性能上存在一定的差异 Ni Mo 元素下限值会影响低温冲击韧性的数 6 值 2 美标 CrNiMo 类的材料有一系列牌号 针对不同的技术要求 不同规格的杆径可以有 效地进行针对性的选择 而我国 CrNiMo 的材料牌号比较单一 仅仅只有两种 选择余地 较小 3 Mo 元素的范围 美国 德国的上差范围比我国的材料有了提高 而且美国 德国从 实际需要出发 材料中 Mo 元素的含量都制定在中间数值范围 我们国家大部分的钢铁企 业 为了效益的最大化 Mo 元素控制在下差的范围 4 由于我国 CrNiMo 的材料的使用很少 这种材料不仅市场上难买 而且每批材料成分 差别比较大 低倍组织也不理想 因此对产品达标率带来一定的问题 5 由于很少使用 CrNiMo 的材料 一般热处理厂家对 40CrNiMo 材料热处理工艺实践少 多种合金元素的相互作用及怎样能够充分发挥各种合金元素的作用理解不深 因此 热处理工艺难以掌握 由于材料批次不同 材料的成分差别 引起热处理后产品性能 的波动 会直接影响到紧固件的性能 因此 如果以强度为主的产品 12 9 的产品完 全能够做到 但要求强度 韧性综合性能高的紧固件产品 难度较大 建议慎用 12 9 级 例二 客户要求我们公司生产的 M27X340 的 12 9 的双头螺栓 经过各项性能测试 数 据已经出来 情况如下 一 检测情况 1 机械性能 合格 Rm 1280 1280 1280 Rp0 2 1220 1200 1210 A 12 12 12 Z 48 5 49 5 48 2 20 低温冲击 20J 24J 25J 平均 22J 3 硬度 检测了 12 点 最高值 HRC41 5 最低值 HRC39 5 平均值 HRC40 二 性能数值指标分析 机械性能指标来看 达到了技术要求 由于强度要求高 韧性必然会降低 20 平均低温冲击值只有 22J 7 根据材料与机械性能分析 在客户技术图审核中 我明确写上 不能有低温冲击要 求 然后再签字 经过实际试验证明我的判断完全正确 因此今后在类似问题上 大 家必须注意客户提出的条件 进行综合分析 再作出判断 去承接客户定单 4 热处理设备的选择 网带炉的局限性 适应于大批量 小规格 普通等级的产品 不适应于高等级大规格 的产品 主要是加热方式存在一定的问题 12 9 级螺栓 可以采用丰东或者德国易卜生的箱形可控气氛的多用炉生产 这款炉子 的加热方式作了很大改进 能够对有效直径比较大的产品 在热处理加热时 心部组织热 量进行有效传递 有利于材料内部充分地加热和组织成份的转变与均匀化 5 制造工艺 先热处理后滚丝 容易产生缺陷 要先热处理 表面磨削 滚丝 质量可靠 原因 表面容易产生脱碳与增碳 对螺纹强度产生严重影响 尤其在成品安装后 应 力状态多变 影响螺纹间的结合强度 严重的会产生断裂 二 热处理工艺 1 热处理加热淬火 1 奥氏体化的原理 产品加热 奥氏体初始 形核 组织开始转变 及条件 温度 合金碳化物开始溶解 温度 成份 奥氏体组织转变完成 均匀化 组织与合 金元素 开始长大 时间选择是淬火质量的关键 一般来说是在是均匀化中期淬火冷却 过早淬火冷却 组织转变不充分 尤其是合金元素没有充分溶解到材料各个区域 影响性能 如果组织与 成分均匀化完成 奥氏体组织粗大 也会影响性能 2 淬火冷却 完成奥氏体到马氏体的组织转变是瞬时的 如果瞬时冷却不充分 就会 存在非马氏体组织 严重影响产品性能 冷却介质 冷却温度 冷却均匀性 这些很容易 忽视的问题 但是忽视了任何一方面 都会带来一定的隐患 国家标准中规定心部区域马氏体组织必须 90 其实高强度紧固件来说 非马氏体组 织的存在会导致性能急剧下降 在一次性能测量中 螺栓的低温冲击韧性 断面收缩率 延伸率都没有达到标准要求 我们进行了各项分析 从金相图片分析中可以看出热处理工 艺不当存在的明显缺陷 例三 热处理不当引起的组织性能严重区别 某公司产品供应使用单位后 产生质量问 题 一部分 10 9 级的高强度六角螺栓 在安装后发现断裂 从分析报告中可以看出 螺栓 8 质量问题 主要是热处理不当所引起的 断裂螺栓的金相分析照片中看出存在组织没有达 到技术标准的要求 产品的心部存在贝氏体组织 这是由于热处理工艺存在严重的偏差 影响了热处理后的组织状况 边缘组织热处理后晶粒粗大 降低了产品的性能 见图表五 b 而心部组织粗大的针叶分布在中轴左右 呈现羽毛状的组织 是典型的上贝氏体组织 见图表五 a 这二种组织状况 均属于组织状况不良 从图片上清晰可见 这充分说明是 热处理工艺不当 是导致性能测量不合格原因 形成贝氏体组织的原因 除了材料的原因外 热处理不当是主要原因 见图表五 a 在淬火冷却时 马氏体组织转变是瞬间 冷却速度太慢 而会造成局部区域来不及散热 形成相对温度偏高的等温区 由于冷却温度比较慢 心部组织来不及散热 冷却后得到的 是贝氏体组织 因此 贝氏体组织往往产生在心部区域 图表五 a 的贝氏体组织就是出现 在心部区域 图表五 a 心部组织 图表五 b 边缘组织 图表五 热处理后的组织状态 500X 图五 b 是边缘组织的状况 尽管基本上是马氏体组织 但是马氏体组织比较粗大 而 且可以看到在马氏体组织中 存在少量铁素体块 这种情况 是由于材料的先天不足 在 加上淬火时工艺不当 形成马氏体组织粗大 导致性能下降 因此可以看出热处理工艺参数对产品性能影响很大 这个高强度螺栓性能不合格的案 例 主要是淬火时工艺不当 冷却不当 所造成的 2 碳势的控制 碳势的控制 一般是指渗碳时 炉内气氛的控制 各种渗碳剂 如煤油 甲醇 丙烷 等 在热处理中产生分解 分解后的炉内气氛一般由 CO 2 H 2 CO 2 H O 4 CH 2 O 等多种混合气体组成 C 2 N 这些气体中 CO 是起渗碳作用的 是起脱碳作用的 4 CH 2 O 2 CO 2 H O 2 H 9 是中性气体 它们的作用有强有弱 相互之间还会产生相互反应与化合 情况比较复杂 2 N 综合在一起 要进行分析 目前控制技术比较先进 一般来说 碳势是各种气体综合效果 后得出的结果 测量碳势的方法与仪器主要有氯化锂露点仪 CO 与红外线分析仪 氧探头及电热 2 CO 丝电阻探头 由于探测技术的发展 目前各项仪器分析测量由微机控制 得出综合的碳势 数值 保护气氛 碳势控制执行的几个原则 1 保护热处理炉内产品 力争做到不脱碳 不增碳 表面与心部硬度要求 2 不同热处理炉碳势控制状况不同 例如 网带炉碳势控制要略高一些 比箱式炉密 封 多用炉 丰东炉子 要高 3 具体气氛控制主要是根据产品的含碳量多少来确定渗碳气氛中的碳势 例子 42CrMo 与 20MnTiB 3 回火的组织转变与作用 1 回火 回火工艺往往是容易忽视的环节 一般工程师认为硬度回下来即完成回火过程 实质 上回火和淬火 同样是热处理的重要环节 回火有三重功能 i 消除热应力 防止在工作状态应力扩张引起裂纹扩展 这点比较容易理解 ii 消除组织应力 一些在瞬时没有转变为马氏体的残余奥氏体 得到动力后会转变成 马氏体 组织转变完成后 位向差异也会同时达到缓解和完成 如果组织应力没有消 除 奥氏体组织在运动转变为马氏体中 由于组织结构不同 存在位向差异 尤其是 晶体主轴的不同 结构上存在疏密的区别 这种组织位差 通过充分回火 会得到调 整 组织结构趋向均匀 这样就会消除组织转变而产生的应力 如果不及时充分回火 位向差 发展成微裂纹 进而造成裂纹 造成开裂 组织应力不消除 一般讲韧性值会降低 具体反映在性能测试上 断面收缩率 延 伸率较低 甚至不能达到标准要求 同时由于组织应力存在 低温冲击试验测试中 低 温冲击值不到的可能性极大 碳化物的转变 一些在高温状态下熔化的合金与碳化物 通过回火重新析出 这时合金 元素与碳化物分布更加均匀 更加细小 更加弥散 使合金元素在晶体中的各个部位分 布趋向合理 消除合金元素不均匀所造成的薄弱环节 有利于组织的改善 10 一些碳化物 2 回火的种类 低温回火 150 250 减少应力 稳定产品几何尺寸 防止产品在使用中变形 与开裂 同时要保持高的硬度和强度 中温回火 300 450 保持较高的硬度 使产品在高强度的前提下 具有一定 的韧性 例如弹簧 高温回火 500 650 强度与韧性综合性能良好 一般高强度紧固件的高温回 火选择在这个区域范围 时效回火 100 160 保持高的硬度 稳定产品的几何尺寸 代替自然时效 去氢回火 190 230 硬度保持基本不变 消除氢脆影响 3 回火脆性及其防止 回火脆性有两种 低温回火脆性 温度区间 250 400 性质 不可逆的 跳过这个区间 提高回火温度 脆性会消失 再重新在这一区间回火 不会重新出现回火脆性 因此称为不可逆的 造成原因 马氏体分解时 碳化物的薄片沿马氏体条片状析出 这种薄的碳化物片又硬又 脆 降低马氏体断裂强度 形成脆性 高温回火脆性 温度区间 500 650 根据钢材合金元素构成的种类及数量 脆性区域有 差别 性质 具有可逆性 如果出现 可以重新加热回火 采用快速冷却的方法进行消除 造成原因 在这一区间 P Sb Sn As 等微量元素及 Cr Ni Mn Si 等合金元素会在组 织中析出 并且通过不断地加热 会向晶界处移动 降低了晶界间的结合强度 严重的会造成晶间微裂纹的产生 甚至会造成高强度紧固件使用中断裂 高温回火脆性恰巧是在高强度紧固件调质回火的区间 必须予以重视 在回火后可以 采取快速冷却方法 避免或减少这些元素聚集的时间 从而有效地防止高温回火脆性的产 生 三 常用高强度紧固件用钢的性能 见图表六 材料牌号性能特点性能不足适用范围 45 最常用的高强度紧固件材料 材料调 质后 中小规格的紧固件 能达到抗 淬透性比较差 淬 火不当易产生开裂 8 8 级 M20 以下螺栓 六角螺 母 垫片 11 拉强度和硬度要求 40Cr 最普通的合金结构钢 淬透性较 45 钢好 塑性变形 韧性等指标优于 45 钢 一般高强度螺栓常用材料 难以满足有低温冲 击要求的高强度螺 栓 8 8 级 M20 以上螺栓及一般性 能要求 10 9 级螺栓 大规格六 角螺母 20MnTiB 良好的机械加工的工艺性能 是细晶 钢 在高温加热时晶粒不易长大 适 用于表面渗碳淬火 钢材淬透性较差 只适用小规格的产 品 钢结构高强度用六角螺栓推荐 材料 适用于 10 9 级 M 24mm 的螺栓 35VB 钒能细化晶粒 提高钢材的强度与韧 性 硼加入金属材料后 淬火强度 淬透性得到提高 是较大规格钢结构 螺栓推荐材料 大于 M30 的螺栓综 合性能难以达到要 求 适用于 M 30 钢结构大六角螺 栓 由于合金成分比较少 不 适应大于 M30 规格的紧固件 35CrMo 冲击韧性 疲劳强度 抗拉强度等综 合机械性能均好于 40Cr 螺栓在 400 以下温度下工作时性能良好 焊接性能差 热处 理不当会产生第一 类回火脆性 适用于制作 8 8 级大规格及 10 9 级中等规格的螺栓 42CrMo 特性与用途与 35CrMo 基本相似 但 强度与淬透性强于 35CrMo 能制作 大规格 10 9 级的产品 有白点敏感性 10 9 级大规格紧固 件 韧性要求高的 建议慎用 适用于较大规格 10 9 级的螺栓 40CrNiMo 有较高的强度 韧性和良好的淬透性 淬油时临界直径能达到 55mm 低温 冲击性能比较良好 处理不当会有回火 脆性 白点敏感性 较强 焊接性能较 差 适用于 10 9 级大规格 M39 并且有低温冲击要求 及 12 9 级的螺栓 图表六 常用高强度用钢的性能与适用范围 四 耐热钢及热处理 1 耐热钢的性质与分类 在高温下具有较高的强度和良好的化学稳定性的合金钢 它包括抗氧化钢 或称高温不 起皮钢 和热强钢两类 抗氧化钢一般要求较好的化学稳定性 但承受的载荷较低 热强钢 则要求较高的高温强度和相应的抗氧化性 耐热钢常用于制造锅炉 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下工作的零部件 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 目前 还发展出一些新的低铬镍抗氧化钢种 抗氧化钢中加入合金元素铬 硅 铝等 他们与氧亲和力大 故优先被氧化 形成一 层致密的 高熔点的并牢固覆盖于钢表面的氧化膜 Cr2O3 SiO2 Al2O3 可将金属与外 界高温氧化性气体隔绝 从而避免进一步氧化 实际应用的抗氧化钢 大多数是在铬钢 铬镍钢 铬锰氮钢基础上添加硅 铝制成的 和不锈钢一样 含碳量增多 会降低钢的抗 氧化性 故一般抗氧化钢为低碳钢 12 热强钢材料在高温下的强度有两个特点 一是温度升高 金属原子间结合力减弱 强 度下降 二是在再结晶温度上即使金属受的应力不超过该温度下的弹性极限 它也会缓慢 地发生塑性变形 且变形量随时间的增长而增大 最后导致金属破坏 这种现象称为蠕变 产生蠕变的原因是 在高温下金属原子扩散能力增大 使那些在低温下起强化作用的因素 逐渐减弱或消失 例如 可促使回复与再结晶 使加工硬化效果减弱或消失 促使过饱和 固溶体 如马氏体 发生分解及弥散的硬化质点聚集 使淬火硬化效果减弱或消失等 所 有这些过程都导致金属逐渐软化而产生蠕变 显然 其过程与温度 时间有关 耐热钢按 照组织特性分为奥氏体型 铁素体型 马氏体型和沉淀硬化型等四种类型 耐热钢又称不锈耐热钢 一些性能特点与不锈钢基本类似 耐热钢的另一大特点 是 材料能够在 600 700 环境下长期使用 而其他钢材在高温下性能会大幅度的衰减 根据 耐热钢的四种类型 热处理工艺有区别 奥氏体型耐热钢 固溶处理 目的是让材料内的各种合金元素均匀分布在各个区域 达到材料不锈与耐高温的特性 含有较多的镍 锰 氮等奥氏体形成元素 在 600 以 上时 有较好的高温强度和组织稳定性 焊接性能良好 通常用作在 600 以上工作 的热强材料 典型钢种有 1Cr18Ni9Ti 1Cr23Ni13 1Cr25Ni20Si2 2Cr20Mn9Ni2Si2N 4Cr14Ni14W2Mo 等 铁素体型耐热钢 由于线材轧制与改制 产生加工冷作 因此为了便于加工 材料在 加工产品前 需要退火 降低硬度 去除应力 便于产品加工 铁素体型耐热钢含有较多 的铬 铝 硅等元素 形成单相铁素体组织 有良好的抗氧化性和耐高温气体腐蚀的能 力 但高温强度较低 室温脆性较大 焊接性较差 如 1Cr13SiAl 1Cr25Si2 等 一般 用于制作承受载荷较低而要求有高温抗氧化性的部件 马氏体型耐热钢 可以与其他合金材料一样进行热处理 这类钢通过热处理强度与硬 度大幅度地提高 同时又具有耐热的性能 含铬量一般为 7 13 在 650 以下有较高的高 温强度 抗氧化性和耐水汽腐蚀的能力 但焊接性较差 是在含铬 12 左右的 1Cr13 2Cr13 以及在此基础上发展而来的 如 1Cr11MoV 1Cr12WMoV 2Cr12WMoNbVB 等 此外 作为制造内燃机排气阀用的 4Cr9Si2 4Cr10Si2Mo 等也属于马氏体耐热钢 沉淀硬化不锈钢 热处理比较特殊 首先要通过固溶处理 将材料中各种合金元素能 够均匀地分布在各个区域 然后通过时效回火处理 将一些沉淀相析出 增加材料的强度 和性能 因此除了铬 镍元素外 还有钒 钛 铌 铝等合金元素 这些元素在时效回火 13 处理的过程中 能够作为沉淀相析出 起到材料组织的硬化作用 大幅度地提高产品的抗 拉强度及各项性能 为了充分析出沉淀相 时效处理的过程比较长 每个材料牌号时效处 理的时间不同 主要是考虑沉淀相的充分析出 改善和提高产品的性能 典型钢种有 0Cr17Ni4MCu4Nb 0Cr17Ni7Al 0Cr15Ni25Ti2MoAlVB 此外还有珠光体耐热钢 这类钢组织形态是 珠光体为主 添加元素 以铬 钼合金 元素为主 合金元素总量一般不超过5 组织中除珠光体 铁素体外 还有一些贝 氏体 这类钢在 500 600 有良好的高温强度及工艺性能 价格较低 广泛用于制作 600 以下的耐热部件 如 锅炉钢管 汽轮机叶轮 转子 紧固件及高压容器 管道 等 这类钢耐热性能与前面几类耐热钢相似 但是防止腐蚀性能比较差