ppt耐热钢.ppt

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1、第一节第一节 概述概述一、耐热钢的工作条件、失效方式和性能要求耐热钢的工作条件、失效方式和性能要求工作条件：工作条件：在在300300以上的温度下长期工作。以上的温度下长期工作。失效方式：失效方式：剧烈氧化，形成氧化皮，承载截面不断缩剧烈氧化，形成氧化皮，承载截面不断缩小；高温强度急剧下降而破坏。小；高温强度急剧下降而破坏。性能要求：性能要求：高的抗氧化性；高的抗氧化性；高的高的高温力学性能高温力学性能；组织稳定性高；组织稳定性高；膨胀系数小，导热性好；膨胀系数小，导热性好；工艺工艺性及经济性好。性及经济性好。 抗氧化钢：有较强抗高温氧化性能抗氧化钢：有较强抗高温氧化性能, 不承受较大载荷不承

2、受较大载荷热强钢：在高温下工作热强钢：在高温下工作, 承受较大载荷承受较大载荷二、钢的抗氧化性二、钢的抗氧化性 1、氧化膜、氧化膜 室温：室温：Fe3O4、Fe2O3 570：FeO 、Fe3O4、Fe2O3 (100:10:1)Fe离子在各氧化物中的扩散激活能和扩散系数离子在各氧化物中的扩散激活能和扩散系数FeOFe3O4Fe2O3Q（千卡（千卡/克原子）克原子）30.255112D0（厘米（厘米2/秒）秒）0.0145.240000氧化膜的特性：氧化膜的特性：（1）VFeO：VFe=1.77 VFe3O4：VFe=2.09 VFe2O3：VFe=2.14 比体积差较大，层中及层间有应力，容

3、易破比体积差较大，层中及层间有应力，容易破裂起皮。裂起皮。（2）氧化物结晶结构和致密性：）氧化物结晶结构和致密性： FeO立方点阵（岩石富氏体），疏松；立方点阵（岩石富氏体），疏松； Fe3O4立方点阵（尖晶石磁铁体），致密立方点阵（尖晶石磁铁体），致密 ；Fe2O3菱形点菱形点阵（刚玉赤铁体），致密。阵（刚玉赤铁体），致密。 （3）和基体金属的结合：点阵适应性）和基体金属的结合：点阵适应性2、氧化速度：、氧化速度：时间时间氧化增量氧化增量直线直线抛物线抛物线对数对数氧化增量与时间的关系氧化增量与时间的关系不生成完整的连续的氧化膜，不生成完整的连续的氧化膜，K、Na、Ca、Ba、Mg可生成完整

4、的膜，膜中可进行离子扩散，可生成完整的膜，膜中可进行离子扩散，Fe、Co、Ni、Cu、Mn可生成完整的膜，膜中离子扩散困难可生成完整的膜，膜中离子扩散困难Cr、Al、Si3、提高钢抗氧化性能的途径、提高钢抗氧化性能的途径合金化合金化 Cr、 Al、Si 一些元素的原子半径和离子半径（埃）一些元素的原子半径和离子半径（埃）原子原子符号符号OAlSiTiCrMnFeFeNi原子原子半径半径0.61.431.181.491.251.291.261.261.25离子离子半径半径1.40.50.410.680.650.80.75二价二价0.67三价三价0.78（1） 提高钢氧化膜的稳定性提高钢氧化膜的稳

5、定性, 使使FeO的形成温度高；的形成温度高；合金成分合金成分纯铁纯铁1.03Cr1.5Cr1.14Si0.4Si1.1Al0.5Si2.2Al氧化皮中出现氧化皮中出现FeO的下限温度的下限温度575600650750800850（2）形成致密的）形成致密的合金氧化膜。合金氧化膜。Cr、Si、Al含量对钢在高温下氧化速度的影响含量对钢在高温下氧化速度的影响Cr、Al、Si复合复合加入加入Cr：抗氧化钢的主要合金化元素：抗氧化钢的主要合金化元素Al、Si：恶化工艺性能，不单独加入：恶化工艺性能，不单独加入Ni、Mn：影响较弱，（：影响较弱，（Ni3S2Ni）共晶温度）共晶温度645C、N：降低抗

6、氧化性：降低抗氧化性Mo、V：MoO3（ 795） 、V2O5（ 658）镧系稀土元素镧系稀土元素三、钢的热强性能三、钢的热强性能1、温度和、温度和时间时间对机械性能的影响对机械性能的影响 瞬时高温强度瞬时高温强度2. 温度和温度和时间时间对断裂形式的影响对断裂形式的影响3. 热强性指标的表达方式热强性指标的表达方式蠕变蠕变极限：极限： 屈服强度屈服强度 持久强度：持久强度： 断裂强度断裂强度4. 提高热强性的途径提高热强性的途径（1）提高合金基体的原子间结合力，）提高合金基体的原子间结合力，强化基体强化基体u 选用高熔点金属作基体，铁基、镍基选用高熔点金属作基体，铁基、镍基u 晶格类型：晶格

7、类型：fccbcc奥氏体热强钢蠕变抗力高奥氏体热强钢蠕变抗力高u 固溶强化基体固溶强化基体 / tT T合金合金成分成分工业纯工业纯铁铁Fe+0.5%CoFe+0.5%NiFe+0.5%SiFe+0.5%CrFe+0.5%MnFe+0.5%Mo再结晶再结晶温度温度480450500570650570670合金元素对纯铁再结晶温度的影响合金元素对纯铁再结晶温度的影响（3 3）弥散相强化弥散相强化 u时效析出弥散相强化：钼钢、钒钢中加时效析出弥散相强化：钼钢、钒钢中加NbNb、TaTa 镍基耐热合金中加镍基耐热合金中加CoCou加入难熔弥散相：氧化物、硼化物、碳化物、氮化加入难熔弥散相：氧化物、硼

8、化物、碳化物、氮化物物（2 2）晶界强化晶界强化 u适当适当粗化粗化晶粒金属晶粒金属u净化晶界：用净化晶界：用B B、稀土等活泼元素消除、稀土等活泼元素消除P P、S S的影响的影响u填充晶界空位：填充晶界空位：B B、TiTi、ZrZru定向结晶（单晶体）：消除与外力垂直的晶界定向结晶（单晶体）：消除与外力垂直的晶界第二节第二节 影响不锈钢的组织和性影响不锈钢的组织和性能的因素能的因素 一、低碳珠光体型热强钢一、低碳珠光体型热强钢1.1.用途：锅炉的炉管、过热器、石油热裂装用途：锅炉的炉管、过热器、石油热裂装置等工作温度低于置等工作温度低于600600的构件。的构件。2.2.成分特点：成分特

9、点：低碳低碳、CrCr、MoMo、V V、TiTi合金化合金化3.3.常用牌号：常用牌号：15CrMo15CrMog g、12Cr1MoV12Cr1MoVg g。3.3.热处理：正火（热处理：正火（9801020） + +高温回高温回火（火（720720740740），组织为细珠光体或索氏），组织为细珠光体或索氏体加部分铁素体。体加部分铁素体。 二、中碳珠光体型热强钢二、中碳珠光体型热强钢1.1.用途：汽轮机耐热紧固件、转子、主轴、用途：汽轮机耐热紧固件、转子、主轴、叶轮。叶轮。2.2.成分特点：成分特点：中碳中碳、CrCr、MoMo、W W、V V合金化合金化3.3.常用牌号：常用牌号：25

10、Cr2Mo1V25Cr2Mo1V、35CrMoV35CrMoV 第三节第三节 铁素体不锈钢铁素体不锈钢一、铁素体型抗氧化钢一、铁素体型抗氧化钢: Cr13型型 ： 0Cr13Al、 0Cr11Ti （800850 ） Cr17型型 ： Cr18Si2、 1Cr19Al3 （小于（小于1000 ） Cr25型型 ： 1Cr25N、Cr25Si2 （10501100 ） 第四节第四节 马氏体不锈钢马氏体不锈钢 一、叶片用钢一、叶片用钢1.1.用途：用途： 制造制造620以下受力较大的零件，以下受力较大的零件，如汽轮机叶片等。如汽轮机叶片等。2.2.成分特点：成分特点：Cr13Cr13型不锈钢为基础

11、，添加型不锈钢为基础，添加MoMo、W W、V V、NbNb、TiTi、B B合金化合金化3.3.常用牌号：常用牌号：1Cr11MoV1Cr11MoV3.3.热处理：热处理：淬火淬火+高温回火高温回火，组织为，组织为回火马回火马氏体氏体。 二、排气阀用钢二、排气阀用钢1.用途：用途： 制造制造700850工作的排气阀。工作的排气阀。2.成分特点：成分特点：更高碳含量、更高的更高碳含量、更高的Si等抗氧化等抗氧化和提高耐热性的元素和提高耐热性的元素3.常用牌号：常用牌号： 4Cr9Si2、4Cr10Si2Mo（低于（低于750 ） 淬火淬火+高温回火，组织为回火马氏体。高温回火，组织为回火马氏体

12、。5Cr21Mn9Ni4N（LV21- 4N）（低于）（低于850 ）奥氏体型热强钢，固溶时效奥氏体型热强钢，固溶时效 类类 别别 钢号钢号 化学成分化学成分 w/% 热处理热处理 温度温度/ 部分力学性能部分力学性能 用用 途途 C Si Mn P S Ni Cr Mo 其它其它 0.2 /MPa b /MPa HB 马马 氏氏 体体 型型 4Cr9Si2 0.35 0.50 2.00 3.00 0.70 0.035 0.030 0.60 810 淬火淬火10201040油冷油冷 回火回火700780油冷油冷 590 885 有较高的热强有较高的热强性，作内燃机性，作内燃机进气阀，轻负进气阀

13、，轻负荷发动机的排荷发动机的排气阀气阀 4Cr10Si2Mo 0.35 0.45 1.90 2.60 0.70 0.035 0.030 0.60 9.010.5 0.70 0.90 淬火淬火10101040油冷油冷 回火回火720760空冷空冷 685 885 有较高的热强有较高的热强性，作内燃机性，作内燃机进气阀，轻负进气阀，轻负荷发动机的排荷发动机的排气阀气阀 1Cr11MoV 0.11 0.18 0.50 0.60 0.035 0.030 0.60 10.011.5 0.50 0.70 V0.25 0.40 淬火淬火10501100油冷油冷 回火回火720740空冷空冷 490 685

14、有较高的热强有较高的热强性，良好的减性，良好的减震性及组织稳震性及组织稳定性，用于透定性，用于透平叶片及导向平叶片及导向叶片叶片 1Cr12WMoV 0.12 0.18 0.50 0.50 0.90 0.035 0.030 0.40 0.80 1113 0.50 0.70 V0.18 0.30 W0.70 1.10 淬火淬火10001050油冷油冷 回火回火680700空冷空冷 585 735 有较高的热强有较高的热强性、良好的减性、良好的减震性及组织稳震性及组织稳定性。用于透定性。用于透平叶片、紧固平叶片、紧固件、转子及轮件、转子及轮盘盘 1Cr13 0.15 1.00 1.00 0.035

15、 0.030 0.60 11.513.5 淬火淬火9501000油冷油冷 回火回火700750快冷快冷 345 540 159HB 作作800以下耐以下耐氧化用部件氧化用部件 2Cr13 0.16 0.25 1.00 1.00 0.035 0.030 0.60 1214 淬火淬火920980油冷油冷 回火回火600750快冷快冷 440 635 192HB 淬火状态下硬淬火状态下硬度高，耐蚀性度高，耐蚀性良好。汽轮机良好。汽轮机叶片叶片 常用耐热钢的牌号、成分、热处理及用途常用耐热钢的牌号、成分、热处理及用途（摘自（摘自GB/T1221-1992） 第五节第五节 奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢-Fe

16、：T再再 800 -Fe：T再再= 450600好的塑性、韧性，良好的可焊性和冷作成形性好的塑性、韧性，良好的可焊性和冷作成形性一、固溶强化型奥氏体热强钢一、固溶强化型奥氏体热强钢1. 成分特点：以成分特点：以18-8型奥氏体不锈钢为基础，型奥氏体不锈钢为基础，添加添加Mo、W、Nb等。等。2. 典型牌号：典型牌号：1Cr18Ni9Mo、1Cr18Ni11Nb、 1Cr14Ni19W2Nb3. 热处理：固溶处理热处理：固溶处理二、碳化物沉淀强化型奥氏体热强钢二、碳化物沉淀强化型奥氏体热强钢1. 成分特点：较高的成分特点：较高的Cr、Ni含量以形成奥氏含量以形成奥氏体，较高的碳含量和体，较高的碳

17、含量和Mo、W、V、Nb等碳等碳化物形成元素，以形成碳化物强化相。化物形成元素，以形成碳化物强化相。2. 典型牌号：典型牌号： 4Cr13Ni8Mn8MoVNb（GH36）3. 热处理：固溶处理热处理：固溶处理+时效处理时效处理三、金属间化合物沉淀强化型奥氏体热强钢三、金属间化合物沉淀强化型奥氏体热强钢 （铁基高温合金）（铁基高温合金）成分特点：成分特点：含碳量很低含碳量很低（ 0.08%），），较高较高Ni含量含量（2540%），），Al、Ti、Mo、V、B。 强化相：强化相：Ni3（Al，Ti） 典型牌号：典型牌号： 0Cr15Ni26MoTi2AlVB（GH132，A286）3. 热处理

18、：固溶处理热处理：固溶处理+时效处理时效处理常用耐热钢的牌号、成分、热处理及用途常用耐热钢的牌号、成分、热处理及用途（摘自（摘自GB/T1221-1992）类类 别别 钢号钢号 化学成分化学成分 w/% 热处理热处理 温度温度/ 部分力学性能部分力学性能 用用 途途 C Si Mn P S Ni Cr Mo 其它其它 0.2 /MPa b /MPa HB 奥奥 氏氏 体体 型型 5Cr21Mn9Ni4N 0.48 0.58 0.35 8.0 10.0 0.040 0.030 3.25 4.50 2022 N0.35 0.50 固溶固溶11001200快快冷冷 时效时效730780空空冷冷 56

19、0 885 302 以经受高温以经受高温强度为主的强度为主的汽油及柴油汽油及柴油机用排气阀机用排气阀 2Cr21Ni12N 0.15 0.28 0.75 1.25 1.0 1.6 0.035 0.030 10.5012.50 2022 N0.15 0.30 固溶固溶10501150快快冷冷 时效时效750800空空冷冷 430 820 269 以抗氧化为以抗氧化为主的汽油及主的汽油及柴油机用排柴油机用排气阀气阀 2Cr23Ni13 0.20 1.00 2.0 0.035 0.030 1215 2224 固溶固溶10301150快快冷冷 205 560 201 承受承受980以以下反复加热下反复

20、加热的抗氧化钢。的抗氧化钢。加热炉部件，加热炉部件，重油燃烧器重油燃烧器 2Cr25Ni20 0.25 1.50 2.0 0.035 0.030 1922 2426 固溶固溶10301180快快冷冷 205 590 201 承受承受1035以下反复加以下反复加热的抗氧化热的抗氧化钢，炉用部钢，炉用部件、喷嘴、件、喷嘴、燃烧室燃烧室 0Cr18Ni9 0.07 1.00 2.00 0.035 0.030 811 1719 固溶固溶10101150快冷快冷 205 520 187 通用耐氧化通用耐氧化钢，可承受钢，可承受870以下以下反复加热反复加热 4Cr14Ni14- W2Mo 0.40 0.

21、50 0.80 0.70 0.035 0.030 1315 1315 0.25 0.40 W2.00 2.75 退火退火820850快快冷冷 315 705 248 有较高的耐有较高的耐热性，用于热性，用于内燃机重负内燃机重负荷排气阀荷排气阀 1Cr18Ni9Ti 0.12 1.00 2.00 0.035 0.030 811 1719 Ti(5 w (C)- 0.02)0.08 固溶固溶9201150快冷快冷 205 520 187 有良好的耐有良好的耐热性及抗腐热性及抗腐蚀性。作加蚀性。作加热炉管、燃热炉管、燃烧室筒体、烧室筒体、退火炉罩退火炉罩 0Cr18Ni10Ti 0.08 1.00 2.00 0.035 0.030 912 1719 Ti 5 w (C) 固溶固溶9201150快冷快冷 205 520 187 作在作在400900腐蚀腐蚀条件下使用条件下使用的部件，高的部件，高温用焊接结温用焊接结构部件构部件28 结束语结束语