材料与热处理(项目十一)

1、项目十一项目十一 其他性能钢其他性能钢11.1 不锈钢不锈钢11.2 耐热钢耐热钢11.3 耐磨钢耐磨钢11.1 不锈钢不锈钢不锈钢指耐空气、蒸汽、水等弱腐蚀介质和酸、碱、盐等化学不锈钢指耐空气、蒸汽、水等弱腐蚀介质和酸、碱、盐等化学侵蚀性介质腐蚀的钢，又称不锈耐酸钢。实际应用中，常将耐侵蚀性介质腐蚀的钢，又称不锈耐酸钢。实际应用中，常将耐弱腐蚀介质腐蚀的钢称为不锈钢，而将耐化学介质腐蚀的钢称弱腐蚀介质腐蚀的钢称为不锈钢，而将耐化学介质腐蚀的钢称为耐酸钢。为耐酸钢。下一页返回11.1 不锈钢不锈钢11.1.1金属腐蚀的概念金属腐蚀的概念 腐蚀是指金属腐蚀是指金属(或合金或合金)跟周围接触到的气

2、体跟周围接触到的气体(或液体或液体)反应反应而腐蚀损耗的过程。腐蚀分为化学腐蚀和电化学腐蚀两种。钢而腐蚀损耗的过程。腐蚀分为化学腐蚀和电化学腐蚀两种。钢在高温下的氧化属于典型的化学腐蚀，而钢在常温下的氧化主在高温下的氧化属于典型的化学腐蚀，而钢在常温下的氧化主要是属于电化学腐蚀。金属抵抗高温氧化性气氛腐蚀的能力称要是属于电化学腐蚀。金属抵抗高温氧化性气氛腐蚀的能力称为抗氧化性，含有铝、铬、硅等元素的合金钢在高温时能形成为抗氧化性，含有铝、铬、硅等元素的合金钢在高温时能形成比较致密的氧化铝、氧化铬、氧化硅等氧化膜，能阻挡外界氧比较致密的氧化铝、氧化铬、氧化硅等氧化膜，能阻挡外界氧原子的进一步扩散

3、，提高了钢的抗氧化性。有时利用渗铝、渗原子的进一步扩散，提高了钢的抗氧化性。有时利用渗铝、渗铬等表面化学热处理方法，可使碳钢获得良好的抗氧化性。铬等表面化学热处理方法，可使碳钢获得良好的抗氧化性。上一页 下一页返回11.1 不锈钢不锈钢1.化学腐蚀化学腐蚀 金属与介质金属与介质(干燥气体和非电解质溶液干燥气体和非电解质溶液)发生化学反应而产生发生化学反应而产生的腐蚀。例如的腐蚀。例如:高温氧化、脱碳等。高温氧化、脱碳等。2.电化学腐蚀电化学腐蚀金属在电解质溶液金属在电解质溶液(即酸、碱、盐溶液即酸、碱、盐溶液)中发生电化学反应，中发生电化学反应，形成了原电池或微电池，使金属遭到腐蚀形成了原电池

4、或微电池，使金属遭到腐蚀(如图如图11-1)。 例如，珠光体组织在硝酸酒精溶液中的腐蚀主要就是一种电例如，珠光体组织在硝酸酒精溶液中的腐蚀主要就是一种电化学腐蚀的结果。珠光体中的两个相一铁素体及渗碳体的电极化学腐蚀的结果。珠光体中的两个相一铁素体及渗碳体的电极电位不同。若将它置于硝酸酒精溶液中，铁素体相的电极电位电位不同。若将它置于硝酸酒精溶液中，铁素体相的电极电位较低，成为阳极而被腐蚀较低，成为阳极而被腐蚀;渗碳体相的电极电位较高，成为阴渗碳体相的电极电位较高，成为阴极而不被腐蚀。极而不被腐蚀。上一页 下一页返回11.1 不锈钢不锈钢这样就使原来已经被抛光的磨面变得凹凸不平，如图这样就使原来

5、已经被抛光的磨面变得凹凸不平，如图11-1所所示，图中凸出部分为渗碳体，凹陷部分为铁素体，二者相比，示，图中凸出部分为渗碳体，凹陷部分为铁素体，二者相比，电极电位较高的渗碳体具有较好的耐蚀性。由两相组成的组织电极电位较高的渗碳体具有较好的耐蚀性。由两相组成的组织越细，所能形成的原电池数目就越多，在相同条件发生电化学越细，所能形成的原电池数目就越多，在相同条件发生电化学腐蚀时就越容易被腐蚀，即它的耐蚀性越差腐蚀时就越容易被腐蚀，即它的耐蚀性越差;反之，则耐蚀性反之，则耐蚀性越好。越好。上一页 下一页返回11.1 不锈钢不锈钢11.1.2金属的防腐措施金属的防腐措施 电化学腐蚀是金属腐蚀的主要形式

6、，要提高金属的耐蚀性，电化学腐蚀是金属腐蚀的主要形式，要提高金属的耐蚀性，一方面要尽量使合金在室温下呈单一均匀的组织一方面要尽量使合金在室温下呈单一均匀的组织;另一方面要另一方面要提高材料本身的电极电位。通常采取以下具体措施提高材料本身的电极电位。通常采取以下具体措施:(1)覆盖层保护，涂漆、电镀等工艺。覆盖层保护，涂漆、电镀等工艺。(2)加入合金元素加入合金元素Cr, Al, Si等形成等形成Cr2O3 , SiO2,Al2O3 等等氧化膜，把金属与介质分开，防止进一步腐蚀。氧化膜，把金属与介质分开，防止进一步腐蚀。(3)加入合金元素加入合金元素Cr, Ni, Si等，提高金属基体的电极电位

7、等，提高金属基体的电极电位以保护钢基体不被腐蚀。以保护钢基体不被腐蚀。(4)加入合金元素加入合金元素Mn, Ni, C。等能扩大。等能扩大 区，可在室温获区，可在室温获得奥氏体钢得奥氏体钢;加入合金元素加入合金元素Cr, Mo, W, V, Ti, Si等能扩大。等能扩大。上一页 下一页返回11.1 不锈钢不锈钢 区可在室温获得铁素体钢，这样保持单相组织以减少形成区可在室温获得铁素体钢，这样保持单相组织以减少形成微电池的可能性。微电池的可能性。(5)减少与消除钢中的各种不均匀现象减少与消除钢中的各种不均匀现象:偏析、应力、组织等。偏析、应力、组织等。(6)镶嵌一些比金属或合金基体电极电位更低的

8、金属块，这样镶嵌一些比金属或合金基体电极电位更低的金属块，这样牺牲阳极保护阴极。牺牲阳极保护阴极。上一页 下一页返回11.1 不锈钢不锈钢11.1.3常用不锈钢常用不锈钢1.铬不锈钢铬不锈钢铬不锈钢要有铬不锈钢要有1Cr13, 2Cr13, 3Cr13, 4Cr13, 1Cr17等，等，其化学成分、热处理、力学性能如表其化学成分、热处理、力学性能如表11-1所示。所示。Cr13型不锈钢中得平均含铬量为型不锈钢中得平均含铬量为13%，主要作用是提高钢，主要作用是提高钢的耐蚀性。基体中含铬量不小于的耐蚀性。基体中含铬量不小于11. 7%的含铬不锈钢能在的含铬不锈钢能在阳极阳极(负极负极)区域基体表

9、面上形成一层富铬的氧化物保护膜，区域基体表面上形成一层富铬的氧化物保护膜，用于阻碍阳极区域的反应，并提高电极电位，减缓基体的电化用于阻碍阳极区域的反应，并提高电极电位，减缓基体的电化学腐蚀过程，使含铬不锈钢获得一定的耐蚀性。这种使金属中学腐蚀过程，使含铬不锈钢获得一定的耐蚀性。这种使金属中阳极区域的反应受到阻碍而使金属耐蚀性阳极区域的反应受到阻碍而使金属耐蚀性(抗电化学腐蚀抗电化学腐蚀)提提高的现象称为高的现象称为“钝化钝化”。上一页 下一页返回11.1 不锈钢不锈钢不锈钢主要是在氧化性介质中才有耐蚀作用。例如不锈钢主要是在氧化性介质中才有耐蚀作用。例如1Cr13, 2Cr13钢在大气、水蒸气

10、中具有良好的耐蚀性，在淡水、海钢在大气、水蒸气中具有良好的耐蚀性，在淡水、海水、温度不超过水、温度不超过30的盐水溶、液硝酸、食品介质以及浓度的盐水溶、液硝酸、食品介质以及浓度不高的有机酸中，也具有足够的耐蚀性，但在酸性介质中耐蚀不高的有机酸中，也具有足够的耐蚀性，但在酸性介质中耐蚀性却是很低的。随着钢中碳含量的增加，其耐蚀性将下降，其性却是很低的。随着钢中碳含量的增加，其耐蚀性将下降，其原因是原因是:铬的碳化物铬的碳化物(Cr, Fe)23C6。增多，基体中铬含量减少。增多，基体中铬含量减少;铬碳化物与基体具有不同的电极电位，它们彼此间形成原电池，铬碳化物与基体具有不同的电极电位，它们彼此间

11、形成原电池，随钢中含碳量的增加，所形成的原电池数目相应增多。随钢中含碳量的增加，所形成的原电池数目相应增多。1Cr13, 2Cr13钢常用来制造汽轮机叶片、水压机阀、结构钢常用来制造汽轮机叶片、水压机阀、结构架、螺栓、螺帽等零件，但架、螺栓、螺帽等零件，但2Cr13钢的强度稍高，而耐蚀性钢的强度稍高，而耐蚀性差些。差些。上一页 下一页返回11.1 不锈钢不锈钢1 C r13和和2Cr13钢都是在调质状态下使用的，回火索氏体钢都是在调质状态下使用的，回火索氏体组织具有良好的综合力学性能，其基体组织具有良好的综合力学性能，其基体(铁素体铁素体)含铬在含铬在11. 7%以上，具有良好的耐蚀性。以上，

12、具有良好的耐蚀性。3Cr13钢常用于制造要求弹钢常用于制造要求弹性较好的夹持器械，如各种手术钳及医用镊子等性较好的夹持器械，如各种手术钳及医用镊子等;而而4Cr13钢钢由于其含碳量稍高，适合于制造要求较高硬度和耐磨性的外科由于其含碳量稍高，适合于制造要求较高硬度和耐磨性的外科刃具，如手术剪、手术刀等。刃具，如手术剪、手术刀等。2.镍铬不锈钢镍铬不锈钢 18 -8型镍铬不锈钢相当于我国标准钢号中的型镍铬不锈钢相当于我国标准钢号中的18 -9型铬镍型铬镍不锈钢，在国标中共有不锈钢，在国标中共有5个钢号个钢号:OCr18Ni9, 1Cr18Ni9, 2Cr18Ni9, OCr18Ni9Ti和和1 C

13、r18 Ni9Ti。其化学成分、。其化学成分、热处理，力学性能及用途如表热处理，力学性能及用途如表11-2所示。所示。上一页 下一页返回11.1 不锈钢不锈钢铬镍不锈钢属于奥氏体型不锈钢，其强度、硬度均很低，无磁铬镍不锈钢属于奥氏体型不锈钢，其强度、硬度均很低，无磁性，塑性、韧性及耐蚀性均较性，塑性、韧性及耐蚀性均较Cr13型不锈钢为好型不锈钢为好;适合于冷适合于冷作成型，焊接性较好，一般采取冷加工变形强化措施来提高其作成型，焊接性较好，一般采取冷加工变形强化措施来提高其强度强度;与与C r13型钢比较，切削加工性较差，在一定条件下会型钢比较，切削加工性较差，在一定条件下会产生晶间腐蚀，应力腐

14、蚀倾向较大。产生晶间腐蚀，应力腐蚀倾向较大。 18 -8型不锈钢中碳含量都很低，属于超低碳范围，耐蚀型不锈钢中碳含量都很低，属于超低碳范围，耐蚀性良好。钢中含铬约性良好。钢中含铬约18%，主要作用是产生钝化，提高阳极，主要作用是产生钝化，提高阳极电极电位，增加耐蚀性电极电位，增加耐蚀性;含镍约含镍约9% ,主要作用是扩大奥氏体主要作用是扩大奥氏体区，降低钢的区，降低钢的Ms点点(降低至室温以下降低至室温以下)，使钢在室温下具有单，使钢在室温下具有单相的奥氏体组织相的奥氏体组织;铬和镍在奥氏体中的共同作用，更进一步改铬和镍在奥氏体中的共同作用，更进一步改善了钢的耐蚀性善了钢的耐蚀性;上一页 下一

15、页返回11.1 不锈钢不锈钢 Tl的主要作用是抑制在晶界上析出的主要作用是抑制在晶界上析出(Cr, Fe)23C6 ，消除钢的，消除钢的晶间腐蚀倾向，钛含量一般不大于晶间腐蚀倾向，钛含量一般不大于0. 8%，过多时会使钢出，过多时会使钢出现铁素体和产生现铁素体和产生TiN夹杂，会降低钢的耐蚀性。夹杂，会降低钢的耐蚀性。为了提高为了提高18 -8型不锈钢的性能，常用的热处理工艺有固溶处型不锈钢的性能，常用的热处理工艺有固溶处理、稳定化处理及去应力处理等。理、稳定化处理及去应力处理等。(1)固溶处理固溶处理:18-8型不锈钢在缓冷时，将在奥氏体中析出型不锈钢在缓冷时，将在奥氏体中析出(Cr, Fe

16、)23C6 碳化物，并发生奥氏体向铁素体转变，缓冷至碳化物，并发生奥氏体向铁素体转变，缓冷至室温将获得室温将获得A+F (Cr, Fe)23C6,而并非单相的奥氏体组织。而并非单相的奥氏体组织。为了保证为了保证18 -8型不锈钢具有最为良好的耐蚀性，必须设法使型不锈钢具有最为良好的耐蚀性，必须设法使它获得单相奥氏体组织。在生产上经常对它获得单相奥氏体组织。在生产上经常对18 -8型不锈钢进行型不锈钢进行所谓的固溶处理，即将其加热至所谓的固溶处理，即将其加热至1 0501 150，上一页 下一页返回11.1 不锈钢不锈钢让所有碳化物全部溶于奥氏体，然后采取水淬快冷的方法，使让所有碳化物全部溶于奥

17、氏体，然后采取水淬快冷的方法，使奥氏体在冷却过程中不发生析出或相变，在室温状态下获得单奥氏体在冷却过程中不发生析出或相变，在室温状态下获得单相的奥氏体组织。相的奥氏体组织。(2)稳定化处理稳定化处理:在固溶处理后再进行一次稳定化处理，其目在固溶处理后再进行一次稳定化处理，其目的就在于彻底消除晶间腐蚀倾向。稳定化处理的加热温度应该的就在于彻底消除晶间腐蚀倾向。稳定化处理的加热温度应该高于高于(Cr, Fe)23C6 。完全溶解的温度，低于碳化钛完全溶解。完全溶解的温度，低于碳化钛完全溶解的温度，以使的温度，以使(Cr, Fe)23C6 。完全溶解而碳化钛部分保留。完全溶解而碳化钛部分保留。随后的

18、冷却速度应该缓慢，以便使加热时溶于奥氏体中的那一随后的冷却速度应该缓慢，以便使加热时溶于奥氏体中的那一部分碳化钛在冷却时能够充分析出。这样，碳就几乎全部稳定部分碳化钛在冷却时能够充分析出。这样，碳就几乎全部稳定于碳化钦中于碳化钦中(稳定化处理即由此而得名稳定化处理即由此而得名)，而使，而使(Cr, Fe)23C6 不再析出，从而将固溶体中的含铬量提高。不再析出，从而将固溶体中的含铬量提高。上一页 下一页返回11.1 不锈钢不锈钢1 Cr18 Ni9Ti钢所采用的稳定化处理工艺一般如下钢所采用的稳定化处理工艺一般如下:加热温加热温度为度为850880，保温时间为，保温时间为6h，冷却方式采用空冷

19、或，冷却方式采用空冷或炉冷。炉冷。 (3)去应力处理去应力处理:经过冷加工或焊接的经过冷加工或焊接的18-8型不锈钢都会存型不锈钢都会存在残余应力，如果不设法消除，将引起应力腐蚀，降低性能，在残余应力，如果不设法消除，将引起应力腐蚀，降低性能，并导致早期断裂。所以常采用去应力处理，工艺如下并导致早期断裂。所以常采用去应力处理，工艺如下:对于消对于消除冷加工残余应力，经常加热到除冷加工残余应力，经常加热到30035 0;对于消除焊对于消除焊件残余应力，宜加热至件残余应力，宜加热至850以上，同时起到减轻晶间腐蚀以上，同时起到减轻晶间腐蚀倾向的作用。倾向的作用。上一页返回11.2 耐热钢耐热钢11

20、.2.1耐热钢的一般概念耐热钢的一般概念 金属材料的耐热性是包含高温抗氧化性和高温强度的一个金属材料的耐热性是包含高温抗氧化性和高温强度的一个综合概念。高温抗氧化性是金属材料在高温下对氧化作用的抗综合概念。高温抗氧化性是金属材料在高温下对氧化作用的抗力，而高温强度是金属材料在高温下对机械负荷作用的抗力。力，而高温强度是金属材料在高温下对机械负荷作用的抗力。因此耐热钢就是在高温下不发生氧化，并对机械负荷作用具有因此耐热钢就是在高温下不发生氧化，并对机械负荷作用具有较高抗力的钢。较高抗力的钢。1.金属的抗氧化金属的抗氧化金属的抗氧化性是保证零件长期在高温下工作的重要条件。抗金属的抗氧化性是保证零件

21、长期在高温下工作的重要条件。抗氧化能力的高低主要由材料的成分决定。在钢中加入足够的氧化能力的高低主要由材料的成分决定。在钢中加入足够的Cr, Si, Al等元素，可使钢件表面在高温下与氧接触时，能生等元素，可使钢件表面在高温下与氧接触时，能生成致密的高熔点氧化膜，严密地覆盖住钢的表面，成致密的高熔点氧化膜，严密地覆盖住钢的表面，下一页返回11.2 耐热钢耐热钢保护钢件免于高温气体的继续腐蚀。例如钢中含有保护钢件免于高温气体的继续腐蚀。例如钢中含有15%的铬的铬时，其抗氧化温度可高达时，其抗氧化温度可高达900 ;若含有若含有20%25%的铬，的铬，则抗氧化温度可达则抗氧化温度可达1100。2.

22、金属的高温强度金属的高温强度金属在高温下所表现出的力学性能与室温下的力学性能有很大金属在高温下所表现出的力学性能与室温下的力学性能有很大区别。当温度超过再结晶温度时，除受机械力的作用产生塑性区别。当温度超过再结晶温度时，除受机械力的作用产生塑性变形和加工硬化外，同时还可发生再结晶和软化的过程。当工变形和加工硬化外，同时还可发生再结晶和软化的过程。当工作温度高于金属的再结晶温度、工作应力超过金属在该温度下作温度高于金属的再结晶温度、工作应力超过金属在该温度下的弹性极限时，随着时间的延长，金属将发生极其缓慢的变形，的弹性极限时，随着时间的延长，金属将发生极其缓慢的变形，这种现象称为这种现象称为“蠕

23、变蠕变”。金属的蠕变抗力愈大，即表示金属高。金属的蠕变抗力愈大，即表示金属高温强度愈高。温强度愈高。为了提高钢的高温强度，通常采取下列措施为了提高钢的高温强度，通常采取下列措施:上一页 下一页返回11.2 耐热钢耐热钢(1)固溶强化。在钢加入固溶强化。在钢加入W, Mo, Nb, Ti, V等合金元素形成等合金元素形成单相固溶体，提高再结晶温度，能进一步提高热强度。单相固溶体，提高再结晶温度，能进一步提高热强度。(2)弥散强化。在钢中加入弥散强化。在钢中加入Nb , V , Ti等合金元素形成碳化等合金元素形成碳化物，在晶内弥散析出，阻碍位错的滑移，提高塑变抗力，提高物，在晶内弥散析出，阻碍位

24、错的滑移，提高塑变抗力，提高热强性。热强性。(3)强化晶界。材料在高温下，其晶界强度低于晶内强度，通强化晶界。材料在高温下，其晶界强度低于晶内强度，通过加入过加入Mo,Zr, V等晶界吸附元素，使晶界强化，从而提高等晶界吸附元素，使晶界强化，从而提高钢的热强性。钢的热强性。上一页 下一页返回11.2 耐热钢耐热钢11.2.2常用的耐热钢常用的耐热钢1.抗氧化钢（不起皮钢）抗氧化钢（不起皮钢） 一般钢铁在较高温度下一般钢铁在较高温度下(560以上以上)表面容易氧化，主要是表面容易氧化，主要是由于在高温下生成松脆多孔的由于在高温下生成松脆多孔的FeO，它较易剥落，最终导致，它较易剥落，最终导致零件

25、破坏。实际应用的抗氧化钢，大多数是在铬钢、铬镍钢、零件破坏。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。多用于多，会降低钢的抗氧化性，故一般抗氧化钢为低碳钢。多用于制造炉用零件和热交换器，如燃气轮机燃烧室、锅炉吊挂、加制造炉用零件和热交换器，如燃气轮机燃烧室、锅炉吊挂、加热炉底板和辊道以及炉管等。其抗氧化性取决于表面氧化层稳热炉底板和辊道以及炉管等。其抗氧化性取决于表面氧化层稳定性、致密性及其与基体金属的茹附力，其主要影响因素是化定性、致密

26、性及其与基体金属的茹附力，其主要影响因素是化学成分。学成分。上一页 下一页返回11.2 耐热钢耐热钢(1)铬。铬是一种钝化元素，含铬钢能在其表面形成一层致密铬。铬是一种钝化元素，含铬钢能在其表面形成一层致密的的Cr2O3氧化膜，有效地阻挡外界氧原子的继续扩散。较高温氧化膜，有效地阻挡外界氧原子的继续扩散。较高温度使用的钢材，铬含量多大于度使用的钢材，铬含量多大于20%，可以形成连续而又致密，可以形成连续而又致密的氧化膜。的氧化膜。(2)硅。含硅钢在高温时其表面可形成一层硅。含硅钢在高温时其表面可形成一层SiO2薄膜，能提薄膜，能提高抗氧化性高抗氧化性;但过量的硅会恶化钢的热加工工艺性能。但过量

27、的硅会恶化钢的热加工工艺性能。(3)铝。铝和硅都是比较经济的提高抗氧化牲的元素。含铝钢铝。铝和硅都是比较经济的提高抗氧化牲的元素。含铝钢在其表面形成在其表面形成Al2O3薄膜，与薄膜，与Cr2O3相似，能起很好的保护作相似，能起很好的保护作用。含铝用。含铝6%可使钢在可使钢在980具有较好的抗氧化性具有较好的抗氧化性;含铝含铝5%的铁锰铝奥氏体钢可在的铁锰铝奥氏体钢可在800长期使用长期使用;过高的铝量会使钢的过高的铝量会使钢的冲压性能和焊接性能变坏。冲压性能和焊接性能变坏。上一页 下一页返回11.2 耐热钢耐热钢(4)稀土元素。斓、钵等稀土元素可进一步提高含铬钢的抗氧稀土元素。斓、钵等稀土元

28、素可进一步提高含铬钢的抗氧化性，因为它们会降低化性，因为它们会降低Cr2O3挥发性，改善氧化膜组成，使其挥发性，改善氧化膜组成，使其变为更加稳定的变为更加稳定的(Cr,La) 2 O3，而且可促进铬的扩散，有助，而且可促进铬的扩散，有助于形成于形成Cr2O3。 实际上应用的抗氧化钢大多是在铬钢、铬镍钢或铬锰氮钢基实际上应用的抗氧化钢大多是在铬钢、铬镍钢或铬锰氮钢基础上添加硅或铝而配制成的。常用抗氧化钢如表础上添加硅或铝而配制成的。常用抗氧化钢如表11-3所示。所示。2.热强钢热强钢所谓热强钢是指在高温下具有一定的抗氧化能力、较高的强度所谓热强钢是指在高温下具有一定的抗氧化能力、较高的强度以及良

29、好的组织稳定性的钢。热强钢添加的合金元素，如铬、以及良好的组织稳定性的钢。热强钢添加的合金元素，如铬、镍、钥、钨、硅等，除具有提高高温强度的作用外，还可提高镍、钥、钨、硅等，除具有提高高温强度的作用外，还可提高高温抗氧化性。汽轮机、燃气机的转子和叶片、锅炉高温抗氧化性。汽轮机、燃气机的转子和叶片、锅炉上一页 下一页返回11.2 耐热钢耐热钢过热器、高温工作的螺栓、内燃机进、排气阀等均用此类钢制过热器、高温工作的螺栓、内燃机进、排气阀等均用此类钢制造。常见的钢种有珠光体钢、马氏体钢、奥氏体钢等。造。常见的钢种有珠光体钢、马氏体钢、奥氏体钢等。(1)珠光体型钢。这类钢在珠光体型钢。这类钢在3506

30、00范围使用，所含合范围使用，所含合金元素最少，主要有金元素最少，主要有Cr, Mo, V等，其总量一般不超过等，其总量一般不超过3%5% o Cr主要用以提高钢的抗氧化性，在主要用以提高钢的抗氧化性，在15CrMo, 12Cr1MoV钢中含钢中含1. 0%左右的铬还能提高钢的再结晶温左右的铬还能提高钢的再结晶温度度;V的作用除提高钢的再结晶温度外，通过形成细小弥散的的作用除提高钢的再结晶温度外，通过形成细小弥散的碳化物来提高钢的高温强度。碳化物来提高钢的高温强度。 珠光体钢的热处理，一般是正火珠光体钢的热处理，一般是正火(Ae3 + 50)，以及随，以及随后的高于使用温度后的高于使用温度10

31、0的回火。正火所获得的组织是铁素的回火。正火所获得的组织是铁素体体+索氏体，经过高温回火，可增加组织的稳定性。索氏体，经过高温回火，可增加组织的稳定性。上一页 下一页返回11.2 耐热钢耐热钢使合金元素在铁素体和碳化物之间进行合理化分布，以充分发使合金元素在铁素体和碳化物之间进行合理化分布，以充分发挥合金元素的作用。实践证明，珠光体钢在正火高温回火状态挥合金元素的作用。实践证明，珠光体钢在正火高温回火状态比退火或淬火回火状态具有较高的蠕变抗力。比退火或淬火回火状态具有较高的蠕变抗力。 常用的珠光体钢有常用的珠光体钢有15CrMo, 12Cr1MoV等，广泛用于等，广泛用于高、中压蒸汽锅炉的受热

32、管，过热器等材料。其化学成分、热高、中压蒸汽锅炉的受热管，过热器等材料。其化学成分、热处理、力学性能及用途见表处理、力学性能及用途见表11-4。 (2)马氏体型钢这类钢在低于马氏体型钢这类钢在低于620范围内使用。范围内使用。1Cr13钢钢的碳含量较低，其热强性比的碳含量较低，其热强性比2Cr13钢稍高，常用作汽轮机叶钢稍高，常用作汽轮机叶片。片。1Cr13可在可在450475使用，而使用，而2Cr13只能用到只能用到400450。上一页 下一页返回11.2 耐热钢耐热钢1Cr11MoV和和1 Cr12 WMoV钢是在钢是在1 C r13和和2Cr13钢钢基础上发展起来的马氏体钢，这类热强钢具

33、有较好的热强性、基础上发展起来的马氏体钢，这类热强钢具有较好的热强性、组织稳定性及工艺性。组织稳定性及工艺性。1Cr11MoV钢适宜于制造钢适宜于制造540以下以下汽轮机叶片、燃气轮机叶片、增压器叶片汽轮机叶片、燃气轮机叶片、增压器叶片;1Cr12WtnoV钢钢适宜于制造适宜于制造680以下汽轮机叶片、燃气轮机叶片。以下汽轮机叶片、燃气轮机叶片。 Cr, Mo, V在马氏体钢中的作用与在珠光体钢中的作用相在马氏体钢中的作用与在珠光体钢中的作用相同，而同，而W也是铁素体形成元素，它是通过显著提高钢的再结也是铁素体形成元素，它是通过显著提高钢的再结晶温度，以及析出较稳定的第二相来提高钢的热强性。由

34、于晶温度，以及析出较稳定的第二相来提高钢的热强性。由于Mo, W, V等元素都为铁素体形成元素，加入过多会形成脆等元素都为铁素体形成元素，加入过多会形成脆性相，对加工不利，还使韧性降低，有时反而损害热强性，因性相，对加工不利，还使韧性降低，有时反而损害热强性，因而在马氏体钢中所含这些元素都是少量的。而在马氏体钢中所含这些元素都是少量的。上一页 下一页返回11.2 耐热钢耐热钢马氏体钢都是经过调质热处理后在回火索氏体状态下使用的。马氏体钢都是经过调质热处理后在回火索氏体状态下使用的。1 Cr13和和2Cr13马氏体热强钢的热处理，与不锈钢不同之处，马氏体热强钢的热处理，与不锈钢不同之处，是淬火后

35、采用较高的回火温度是淬火后采用较高的回火温度(650750)以保证在回以保证在回火温度下组织和性能的稳定性。火温度下组织和性能的稳定性。1 Cr11MoV马氏体热强钢马氏体热强钢的调质热处理工艺的调质热处理工艺:1050油冷，油冷，720740高温回火高温回火(空冷或油冷空冷或油冷)。这类钢处理后所得热强性比珠光体热强钢要。这类钢处理后所得热强性比珠光体热强钢要高得多。高得多。 此外，此外，4Cr9Si2 , 4Cr10Si2M。等铬硅钢是另一类马氏。等铬硅钢是另一类马氏体热强钢。它们属于中碳高合金钢。钢中碳含量提高到体热强钢。它们属于中碳高合金钢。钢中碳含量提高到0. 40，主要是为了获得高

36、的耐磨性主要是为了获得高的耐磨性;钢中加入铬和硅，使其具有高的钢中加入铬和硅，使其具有高的抗氧化性和抵抗燃烧气体腐蚀的能力抗氧化性和抵抗燃烧气体腐蚀的能力;上一页 下一页返回11.2 耐热钢耐热钢加入少量的加入少量的Mo,有利于减小钢的回火脆性，并提高热强性。这有利于减小钢的回火脆性，并提高热强性。这两种钢经适当的调质处理后，具有高的热强性、组织稳定性以两种钢经适当的调质处理后，具有高的热强性、组织稳定性以及耐磨性。及耐磨性。4Cr9Si2钢主要用来制造工作温度在钢主要用来制造工作温度在650以下以下的内燃机排气阀，也可用来制造工作温度在的内燃机排气阀，也可用来制造工作温度在800以下，受以下

37、，受力较小的构件，如过热器吊架等。力较小的构件，如过热器吊架等。4Cr10Si2Mo钢比钢比4Cr9Si2钢含有较多的铬和钥，其性能比较好，而且使回火钢含有较多的铬和钥，其性能比较好，而且使回火脆性倾向有所减弱，常用来制造某些航空发动机的排气阀，亦脆性倾向有所减弱，常用来制造某些航空发动机的排气阀，亦可用来制造加热炉构件。常见马氏体型热强钢的化学成分、热可用来制造加热炉构件。常见马氏体型热强钢的化学成分、热处理及力学性能见表处理及力学性能见表11-5。上一页 下一页返回11.2 耐热钢耐热钢 (3)奥氏体型钢。这类热强钢在奥氏体型钢。这类热强钢在600700温度范围内温度范围内使用，含大量的合

38、金元素，尤其是含有较多的使用，含大量的合金元素，尤其是含有较多的Cr和和Ni元素，元素，其总量大大超过其总量大大超过10%。广泛应用于汽轮机、燃气轮机、航空、。广泛应用于汽轮机、燃气轮机、航空、舰艇、火箭、电炉石油及化工等工业部门中，常用的奥氏体钢舰艇、火箭、电炉石油及化工等工业部门中，常用的奥氏体钢有有1Cr18Ni9Ti, 4Cr14Ni14W2M。等。等。 1 Cr18Ni9Ti既是奥氏体不锈钢，又是一种广泛应用的奥既是奥氏体不锈钢，又是一种广泛应用的奥氏体热强钢，其抗氧化性可达氏体热强钢，其抗氧化性可达700900 0C , 600左左右有足够的热强性，在锅炉及汽轮机制造方面常用来生产

39、右有足够的热强性，在锅炉及汽轮机制造方面常用来生产610以下的过热器管道及构件等。钢中约含以下的过热器管道及构件等。钢中约含18%的铬，主的铬，主要用于提高钢的抗氧化性和热强性要用于提高钢的抗氧化性和热强性;约含约含9%的镍，主要用以的镍，主要用以形成稳定的奥氏体组织。铬镍奥氏体钢组织稳定，高温下形成稳定的奥氏体组织。铬镍奥氏体钢组织稳定，高温下上一页 下一页返回11.2 耐热钢耐热钢长期使用也不会脆化。钦形成碳化物的能力很强烈，与钒有类似长期使用也不会脆化。钦形成碳化物的能力很强烈，与钒有类似的作用，通过形成细小弥散的碳化物来提高钢的高温强度。的作用，通过形成细小弥散的碳化物来提高钢的高温强

40、度。 奥氏体钢的热处理主要是固溶处理，即加热至奥氏体钢的热处理主要是固溶处理，即加热至1 000以上，以上，保温一定时间，随后水冷或空冷。随着合金元素含量的提高，固保温一定时间，随后水冷或空冷。随着合金元素含量的提高，固溶处理的加热温度也须适当提高。作为耐热钢使用时，固溶处理溶处理的加热温度也须适当提高。作为耐热钢使用时，固溶处理后，还要进行高于使用温度约后，还要进行高于使用温度约60100的时效处理，以进的时效处理，以进一步稳定组织一步稳定组织;有时还通过强化相的沉淀析出，提高钢的强度。有时还通过强化相的沉淀析出，提高钢的强度。 4Cr14Ni14W2Mo是是14-14-2型奥氏体钢，其化学

41、成分型奥氏体钢，其化学成分为为: wc = 0. 40%0. 50%， wCr =13. 0%15.0%， wNi =13. 0%15.0%， wW =2. 0%2. 75%， wMo = 0. 25%0. 40%。由于钢中合金元素的影响，使其热强。由于钢中合金元素的影响，使其热强性、性、上一页 下一页返回11.2 耐热钢耐热钢 组织稳定性及抗氧化性均比组织稳定性及抗氧化性均比4Cr9Si2和和4 Cr10 Sit Mo等马氏体热强钢要高，主要用于制造工作温度高于等马氏体热强钢要高，主要用于制造工作温度高于650的的航空、船舶、载重汽车的内燃机排气阀。常见奥氏体型热强钢航空、船舶、载重汽车的内

42、燃机排气阀。常见奥氏体型热强钢的化学成分、热处理及力学性能见表的化学成分、热处理及力学性能见表11-6。 以上介绍的耐热钢仅适用于以上介绍的耐热钢仅适用于650700以下的工作温度。以下的工作温度。如果零件的工作温度超过如果零件的工作温度超过700 ，则应考虑选用镍基、钻基，则应考虑选用镍基、钻基等耐热合金等耐热合金;工作温度超过工作温度超过900可考虑选用妮基、钥基、陶可考虑选用妮基、钥基、陶瓷合金等。瓷合金等。上一页返回11.3 耐磨钢耐磨钢耐磨钢主要指在冲击载荷和摩擦条件下产生冲击硬化而具有高耐磨钢主要指在冲击载荷和摩擦条件下产生冲击硬化而具有高耐磨性的高锰钢。耐磨性的高锰钢。下一页返回

43、11.3 耐磨钢耐磨钢13.3.1耐磨钢的化学成分耐磨钢的化学成分其主要化学成分是其主要化学成分是 wc =1. 0%1. 3%， wMn =11% 14%， wS 0.05 %， wD 0. 12%，常见的牌号为常见的牌号为ZGMn13。由于高锰钢铸件的铸态组织中存在。由于高锰钢铸件的铸态组织中存在着大量的碳化物，因而表现出硬而脆、耐磨性差的特性，只能着大量的碳化物，因而表现出硬而脆、耐磨性差的特性，只能铸造成型后使用。铸造成型后使用。上一页 下一页返回11.3 耐磨钢耐磨钢11.3.2 耐磨钢的热处理特点耐磨钢的热处理特点 实践证明，高锰钢只有在全部获得奥氏体组织时才呈现出实践证明，高锰钢

44、只有在全部获得奥氏体组织时才呈现出最为良好的韧性和耐磨性。为了使高锰钢全部获得奥氏体组织，最为良好的韧性和耐磨性。为了使高锰钢全部获得奥氏体组织，经常对高锰钢进行经常对高锰钢进行“水韧处理水韧处理”，其方法是把钢加热至临界点，其方法是把钢加热至临界点温度以上温度以上(在在1 0501 100 )，保温一定的时间，使钢，保温一定的时间，使钢中碳化物全部溶入奥氏体，然后迅速地把钢浸淬于水中进行冷中碳化物全部溶入奥氏体，然后迅速地把钢浸淬于水中进行冷却。由于冷却速度非常快，碳化物来不及从奥氏体中析出，因却。由于冷却速度非常快，碳化物来不及从奥氏体中析出，因而保持了均匀的奥氏体状态。水韧处理后，高锰钢的组织为单而保持了均匀的奥氏体状态。水韧处理后，高锰钢的组织为单一的奥氏体，其硬度并不高，为一的奥氏体，其硬度并不高，为180 HBS 220HBS左右。左右。当它在受到剧烈的冲击或较大压力作用时，表面层的奥氏体将当