耐热钢_常用耐热钢

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5．1．4．2 耐热钢

耐热钢是指在高温下有良好的化学稳定性和较高强度，能较好适应高温条件的特殊合金钢。主要用于制造工业加热炉、内燃机、石油及化工机械与设备等高温条件工作的零件。

(1)耐热性的概念

钢的耐热性包括热化学稳定性和高温强度两方面的涵义。

热化学稳定性是指钢在高温下抵抗各类介质的化学腐蚀的能力，其中最基本且最重要的是抗氧化性。热化学稳定性主要由钢的化学成分决定。在钢中加人Cr、Al和Si对提高抗氧化能力有显著的效果，因为Cr、Al和Si在高温氧化时能与氧形成一层完整致密具有保护性的Cr2O3，A12O3或SiO2氧化膜。其中Cr是首选的合金元素，当钢中WCr≈15％时，钢的抗氧化温度可达900℃；WCr≈20％～25％时，钢的抗氧化温度可达1100℃。稀土(少量的钇、铈等)元素也能提高耐热钢的抗高温氧化的能力。这主要是由于稀土氧化物除了能改善氧化膜的抗氧化性能外，还能改善氧化膜与金属表面的结合力。在钢的表面渗铝、渗硅或铬铝、铬硅共渗都有显著的抗氧化能力。

高温强度是指钢在高温下抵抗塑性变形和断裂的能力。常用蠕变极限和持久强度这两个力学性能指标来考核。通过在钢中加入Cr、Ni、W、Mo等元素形成固溶体，强化基体，提高再结晶温度，增加基体组织稳定性；加入V、Ti、Nb、Al等元素，形成硬度高、热稳定性好的碳化物，阻止蠕变的发展，起弥散强化的作用；微量B与稀土(RE)元素，强化晶界等措施可提高钢的高温强度。

(2)常用耐热钢

按使用特性不同，耐热钢分为以抗氧化性为主要使用特性的抗氧化钢和以高温强度为主

要使用特性的热强钢。

①抗氧化钢

抗氧化钢大多数是在碳质量分数较低的高Cr钢、高CrNi钢或高Cr—Mn 钢基础上添加适量Si或Al配制而成的，主要有铁素体型和奥氏体型两类。铁素体型抗氧化钢，如1Crl3SiAl，其最高使用温度900℃，常用作喷嘴、退火炉罩等。奥氏体型抗氧化钢，如2Cr20Mn9Ni2Si2N和3Crl8Mnl2Si2N钢具有良好的抗氧化性能(最高使用温度可达1000℃、抗硫腐蚀和抗渗碳能力，还具有良好的铸造性能，所以常用于制造铸件，还可进行剪切、冷热冲压和焊接。

抗氧化钢主要用于长期在高温下工作，但对力学性能(强度等)要求不高的零件，如燃气轮机的燃烧室、辊道、炉管、热交换器等。

②热强钢

按组织可分为铁素体一珠光体热强钢、马氏体热强钢、奥氏体热强钢三大类。

a．珠光体热强钢其成分特点是：低碳，WC

热处理特点是：正火(950～1050℃)和随后高于使用温度100℃(即600～750℃)下回火。正火的组织为铁素体+珠光体，随后的高温回火是为了增加组织稳定性(由于析出弥散碳化物)，以提高蠕变抗力。

常用钢号是15CrMo、12Cr1MoV、25Cr2MoVA等，属于低碳合金钢。其膨胀系数小，导热性好，具有良好的冷、热塑性加工性能和焊接性能，工作温度在450～550℃，有较高的热强性。此类钢主要用于制造载荷较小的动力装置上的零部件，例如工作温度小于600℃的锅炉及管道、其他管道、压力容器、汽轮机转子等。

b．马氏体热强钢成分特点是：低(中)碳，其WC=0.1％～0.4％；在所含合金元素中，高Cr用以提高钢的抗氧化性；Cr、w、Mo、V、(Ti、Nb)等元素起固溶强化、弥散强化作用；W、Mo还可起减小回火脆性作用。

热处理特点是：调质处理+高于使用温度100℃的高温回火，其使用态的组织为回火铁素体，以保证在使用温度下组织和性能的稳定。

常用钢号有1Crl3、2Cr13、1CrllMoV、1Crl2w．MoV，以及4Cr9Si2、4Crl0Si2Mo等高合金钢。这类钢淬透性好，空冷就能得到马氏体。其工作温度可在550～600℃之间，热强性高于珠光体热强钢。lCrl3、2Crl3、1CrllMoV、1Crl2wMoV等在500℃以下具有较高的蠕变抗力和优良的消振性，适宜于制造汽轮机叶片，故又称叶片钢。4Cr9Si2、4Crl0Si2Mo等主要用于制造使用温度低于750℃的发动机排气阀，故又称气阀钢。

c．奥氏体热强钢

成分特点是：低(中)碳，其WC=0.1％～0.4％；并含高Cr、Ni合金元素。Cr、Ni提高钢的抗氧化性和稳定奥氏体，提高热强性；Cr、W、Mo起固溶强化作用，强化奥氏体；Cr、W、Mo、Ti元素起弥散强化作用等。

热处理特点是：固溶处理(加热至1000℃以上保温后油冷或水冷)+高于使用温度60～100℃进行一次或两次时效处理，沉淀析出强化相，稳定钢的组织，进一步提高钢的热强性。使用态组织为奥氏体(1Crl8Ni9Ti钢)或奥氏体加弥散析出的合金碳化物(4Cr14Nil4W2Mo钢)。

常用牌号为1Crl8Ni9Ti、4Crl4Nil4w2Mo，使用温度为600～700℃范围。此类钢是在奥氏体不锈钢的基础上加入了W、Mo、V、Tl、Ni、Al等元素，用以强化奥氏体，形成稳定碳化物和金属化合物，以提高钢的高温强度。由于奥氏体晶格致密度比铁素体大，原子间结合力大，合金元素在奥氏体中扩散较慢，因此这类钢不仅热强性很高，而且还有较高的塑性、韧性和良好的焊接性、冷成形性，加之是单相奥氏体组织，又有优良的耐腐蚀性能。

1Crl8Ni9Ti钢的抗氧化工作温度可达700～900℃，在600℃左右有足够热强性，可用于制造610℃以下的锅炉过热器管、主蒸汽管等。4Crl4Nil4w2Mo钢具有更高的热强性和组织稳定性，常用作650℃以下的超高参数锅炉、汽轮机的过热器管、主蒸汽管，工作温度在650～750℃范围内的内燃机排气阀、蒸汽或气体管道等。