黄科院金属材料及热处理教案项目11 其他性能钢

项目十一其他性能钢【内容简介】对于像锅炉、化学容器有特殊要求的零件，应选择特殊性能钢。本项目主要介绍不锈钢、耐热钢、耐磨钢的分类、牌号、性能、用途。【学习目标】(1)掌握特殊性能钢的分类、牌号和用途；(2)了解不锈钢、耐热钢、耐磨钢中的添加的主要元素及其作用。§11.1不锈钢一、金属材料的腐蚀1.概念：金属表面受到外部介质作用而逐渐破坏的现象称为腐蚀。2.分类：化学腐蚀：金属－介质，纯化学反应，无电流产生；电化学腐蚀：金属－电介质溶液，原电池(条件：存在电极电位差；液态介质)钢中组织不均匀、成分不均匀→电极电位差，腐蚀严重。二、金属的防腐措施(1)形成致密钝化膜，如Cr2O3；(2)提高金属基体的电极电位，Cr，-0.56V→0.12V(3)形成单相组织。F(WCr>17%)，A(WNi>9%)金属镀层镀锡镀锌镀铬等阴极保护涂漆阳极化发蓝、发黑磷化涂防蚀油膏三、不锈钢牌号数字+元素+数字前面数字表示碳含量的千分之几，若Wc≤0.03%时,在牌号前用“00”表示,当Wc≤0.08%时，用“0”表示；后面的数字和其他合金钢相同。如：3Cr13，0Cr19Ni9，00Cr19Ni11四、常用不锈钢按金相组织特点可分为：马氏体不锈钢、铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢、奥氏体—铁素体不锈钢四种。1.铁素体不锈钢Wc≤0.15%,WCr=12~30%,属于铬不锈钢。单相铁素体组织，具有良好的高温抗氧化性，特别是抗应力腐蚀性能较好，但力学性能较低，主要用于受力不大的耐酸结构和抗氧化钢使用。主要钢种：Cr13型：0Cr13Al、00Cr12，汽车排气阀Cr17型：1Cr17、1Cr17Mo，耐大气、稀硝酸等介质的腐蚀。Cr27-30型：00Cr30Mo、00Cr27Mo，耐强腐蚀介质2.马氏体不锈钢成分：Wc：0.1—1.0%，WCr:12—18%特点：淬透性好，空冷可到马氏体，机械性能好，耐蚀性一般牌号：1Cr13,2Cr13，3Cr13,4Cr13,亚共析钢共析钢过共析钢热处理及应用：1Cr13,2Cr13；调质处理，组织为S回。应用：汽轮机叶片(1Cr13,2Cr13称为叶片钢),蒸汽机管附件。3Cr13,4Cr13淬火+低温回火，组织为M回。应用：医疗器件，不锈钢刃具。3.奥氏体不锈钢(用量最多，占65—70%)典型成分：Wc:<0.12%,WCr=17~19%,WNi=8~11%；(称为18-8不锈钢）属于镍铬钢。组织：单相A固溶处理：加热至A体区快冷(水冷),目的是使碳化物固溶到奥氏体中形成单相奥氏体，从而提高耐蚀性。性能：高塑性、高的低温韧性、高的加工硬化能力、焊接性能好、无磁性及高的耐腐蚀性。主要钢种：1Cr18Ni9Ti、0Cr18Ni9Ti应用：化工行业居多，酸（硝酸、有机酸）、碱、盐工业中的机械零件。4.铁素体-奥氏体不锈钢(双相不锈钢)这类钢是在18-8型钢的基础上，提高铬含量或加入其它铁素体形成元素，其晶间腐蚀和应力腐蚀破坏倾向较小，强度、韧性和焊接性能较好，而且节约Ni，因此得到了广泛的应用。典型成分：WCr=18~26%,WNi=4~7%；微量合金元素：Mn、Mo、Si等。组织：铁素体+奥氏体典型钢种：0Cr26Ni5Mo2等。§11.2耐热钢耐热性是金属材料在高温下抗氧化性和热强性能的统称。高温抗氧化性是指金属材料在高温下对氧化作用的抗力；热强性是指在高温下对机械载荷作用的抗力，即高温强度。一、高温强度及其指标温度升高对金属的抗氧化性和热强性都有较大的影响。当温度升高时，在机械应力作用下金属随时间增长而慢慢发生塑性变形，这种现象称为蠕变。衡量金属材料高温强度的指标是蠕变极限和持久强度极限。1.蠕变极限：指在一定温度及时间内，蠕变总伸长率不超过规定值的最大应力值。如：为了测定方便经常使用测定金属在一定温度和应力作用下，经一定时间所引起的变形量，作为评定蠕变极限的标准。2.持久强度极限：指金属在一定温度下，经过若干时间不发生断裂的最大应力。如：也用测定金属在一定温度和应力作用下发生断裂的时间，作为持久强度极限指标。二、提高高温强度的途径(1)固溶强化：加入W、Mo、Nb、Ti、V等元素强化基体；提高再结晶温度。(2)弥散强化：加入Nb、V、Ti等元素形成碳化物,在晶内弥散析出，阻碍位错的滑移，提高塑变抗力。(3)采用粗晶钢，减少晶界。三、耐热钢1.抗氧化钢（不起皮钢）：一般钢铁在较高温度下(560℃以上)表面容易氧化，主要是由于在高温下生成松脆多孔的FeO，它较易剥落，最终导致零件破坏。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，含碳量增多，会降低钢的抗氧化性。故一般抗氧化钢为低碳钢。2.热强钢：金属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；二是在再结晶温度以上，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。产生的原因是：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。

3.成分特点：C对钢有强化作用，但含量较高时，碳化物容易在高温下聚集，使高温强度显著下降。同时，碳也使钢的塑性、抗氧化性、焊接性能降低。所以，耐热钢的碳质量分数一般都不高。合金元素Cr、Si或Al，特别是Cr是耐热钢中不可缺少的合金元素。用于提高钢的抗氧化性和热强性。微量元素Mo、W、V、Ti形成细小弥散的碳化物，起弥散强化的作用，提高室温和高温强度。根据热处理特点和组织的不同，热强钢分为珠光体、马氏体和奥氏体三种类型。珠光体热强钢：这类钢在450--600℃范围使用，按含碳量及应用特点可分为低碳珠光体热强钢和中碳珠光体热强钢，前者用于制作锅炉，12CrMo、15CrMo、12CrMoV等，后者用来制作耐热紧固件、汽轮机转子、叶轮等，25Cr2MoVA、35CrMoV等。马氏体热强钢：这类钢在450~620℃范围内使用。常用钢种1Cr13、2Cr13、4Cr9Si2、1Cr11MoV等。

用于制造受力较大的零件，如汽轮机叶片、内燃机进气阀、转子、轮盘及紧固件等。奥氏体热强钢：这类钢一般在600--700℃范围内使用。用于制作一些比较重要的零件，如燃气轮机轮盘和叶片，排气阀、炉用部件等。常用钢种：1Cr18Ni9Ti、2Cr21Ni12N、2Cr23Ni13、4Cr14Ni14W2Mo等。§11.3耐磨钢1.用途及性能要求耐磨钢是指在强烈冲击载荷作用下才能产生硬化的高锰钢。主要用于运转过程中承受严重磨损和强烈冲击的零件。如：车辆履带、挖掘机铲斗、破碎机腭板和铁轨分道叉等。对耐磨钢的主要要求是有很高的耐磨性和韧性。2.成分特点(1)高碳保证钢的耐磨性和强度。过高韧性下降且在高温是析出碳化物，一般不超过1.4%。(2)高锰扩大奥氏体区，获得完全的奥氏体组织。锰质量分数为11~14%。(3)一定量的硅改善钢的流动性，固溶强化。过高会导致晶界出现碳化物。质量分数为0.3%~0.8%。3.典型钢种ZGMn13高锰钢由于机械加工困难，故基本上是铸态下使