在高溫下具有較高的強度和良好的化學(xué)穩(wěn)定性的合金鋼。它包括抗氧化鋼(或稱高溫不起皮鋼)和熱強鋼兩類�？寡趸撘话阋筝^好的化學(xué)穩(wěn)定性﹐但承受的載荷較低。熱強鋼則要求較高的高溫強度和相應(yīng)的抗氧化性。耐熱鋼常用於製造鍋爐﹑汽輪機﹑動力機械﹑工業(yè)爐和航空﹑石油化工等工業(yè)部門中在高溫下工作的零部件。這些部件除要求高溫強度和抗高溫氧化腐蝕外﹐根據(jù)用途不同還要求有足夠的韌性﹑良好的可加工性和焊接性﹐以及一定的組織穩(wěn)定性。中國自1952年開始生產(chǎn)耐熱鋼。以后研製出一些新型的低合金熱強鋼﹐從而使珠光體熱強鋼的工作溫度提高到600～620﹔此外﹐還發(fā)展出一些新的低鉻鎳抗氧化鋼種。
耐熱鋼和不銹耐酸鋼在使用范圍上互有交叉﹐一些不銹鋼兼具耐熱鋼特性﹐既可用作為不銹耐酸鋼﹐也可作為耐熱鋼使用。
合金元素的作用
鉻﹑鋁﹑硅 這些鐵素體形成的元素﹐在高溫下能促使金屬表面生成緻密的氧化膜﹐防止繼續(xù)氧化﹐是提高鋼的抗氧化性和抗高溫氣體腐蝕的主要元素。但鋁和硅含量過高會使室溫塑性和熱塑性嚴重惡化。鉻能顯著提高低合金鋼的再結(jié)晶溫度﹐含量為2％時﹐強化效果最好。
鎳﹑錳 可以形成和穩(wěn)定奧氏體。鎳能提高奧氏體鋼的高溫強度和改善抗?jié)B碳性。錳雖然可以代鎳形成奧氏體﹐但損害了耐熱鋼的抗氧化性。
釩﹑鈦﹑鈮 是強碳化物形成元素﹐能形成細小彌散的碳化物﹐提高鋼的高溫強度。鈦﹑鈮與碳結(jié)合還可防止奧氏體鋼在高溫下或焊后產(chǎn)生晶間腐蝕。
碳﹑氮 可擴大和穩(wěn)定奧氏體﹐從而提高耐熱鋼的高溫強度。鋼中含鉻﹑錳較多時﹐可顯著提高氮的溶解度﹐并可利用氮合金化以代替價格較貴的鎳。
硼﹑稀土 均為耐熱鋼中的微量元素。硼溶入固溶體中使晶體點陣發(fā)生畸變﹐晶界上的硼又能阻止元素擴散和晶界遷移﹐從而提高鋼的高溫強度﹔稀土元素能顯著提高鋼的抗氧化性﹐改善熱塑性。
類別 耐熱鋼按其組織可分為四類﹕
珠光體鋼 合金元素以鉻﹑鉬為主﹐總量一般不超過5％。其組織除珠光體﹑鐵素體外﹐還有貝氏體。這類鋼在500～600有良好的高溫強度及工藝性能﹐價格較低﹐廣泛用於製作 600以下的耐熱部件。如鍋爐鋼管﹑汽輪機葉輪﹑轉(zhuǎn)子﹑緊固件及高壓容器﹑管道等。典型鋼種有﹕16Mo﹐15CrMo﹐12Cr1MoV﹐12Cr2MoWVTiB﹐10Cr2Mo1﹐25Cr2Mo1V﹐20Cr3MoWV等。
馬氏體鋼 含鉻量一般為7～13%﹐在650以下有較高的高溫強度﹑抗氧化性和耐水汽腐蝕的能力﹐但焊接性較差﹐含鉻12%左右的1Cr13﹑2Cr13﹐以及在此基礎(chǔ)上發(fā)展出來的鋼號如1Cr11MoV﹐1Cr12WMoV﹐2Cr12WMoNbVB等﹐通常用來製作汽輪機葉片﹑輪盤﹑軸﹑緊固件等﹐此外﹐作為製造內(nèi)燃機排氣閥用的4Cr9Si2﹐4Cr10Si2Mo等也屬於馬氏體耐熱鋼。
鐵素體鋼 含有較多的鉻﹑鋁﹑硅等元素﹐形成單相鐵素體組織﹐有良好的抗氧化性和耐高溫氣體腐蝕的能力﹐但高溫強度較低﹐室溫脆性較大﹐焊接性較差。如1Cr13SiAl﹐1Cr25Si2等。一般用於製作承受載荷較低而要求有高溫抗氧化性的部件。
奧氏體鋼 含有較多的鎳﹑錳﹑氮等奧氏體形成元素﹐在 600以上時﹐有較好的高溫強度和組織穩(wěn)定性﹐焊接性能良好。通常用作在 600以上工作的熱強材料。典型鋼種有 1Cr18Ni9Ti﹐1Cr23Ni13﹐1Cr25Ni20Si2﹐2Cr20Mn9Ni2Si2N﹐4Cr14Ni14W2Mo等。
生產(chǎn)工藝
冶煉 耐熱鋼一般在電弧爐或感應(yīng)爐中熔煉。質(zhì)量要求高的往往採用真空精煉和爐外精煉工藝。
鑄造 某些高合金耐熱鋼難以加工變形﹐生產(chǎn)鑄件不僅比軋材合算﹐而且鑄件還有較高的持久強度。所以在耐熱鋼中耐熱鑄鋼佔有相當大的比例。鑄造方法除採用砂型鑄造外﹐還可用精密鑄造工藝以獲得表面光滑﹑尺寸精確的產(chǎn)品。對合成氨和乙烯裂解用的高溫爐管往往採用離心鑄造的方法。
熱處理 珠光體熱強鋼通常經(jīng)正火或調(diào)質(zhì)后使用﹔馬氏體耐熱鋼用調(diào)質(zhì)處理﹐以穩(wěn)定組織﹐得到良好的綜合力學(xué)性能和高溫強度。
鐵素體鋼不能通過熱處理強化。為消除因冷塑性變形加工和焊接所導(dǎo)致的內(nèi)應(yīng)力﹐可在650～830進行退火處理﹐退火后快速冷卻﹐以便迅速地經(jīng)過475脆性溫度范圍。
奧氏體抗氧化鋼大多採用高溫固溶熱處理﹐以獲得良好的冷變形性。奧氏體熱強鋼則先用高溫固溶處理﹐然后在高於使用溫度60～100條件下進行時效處理﹐使組織穩(wěn)定化﹐同時析出第二相﹐以強化基體。耐熱鑄鋼多在鑄態(tài)下使用﹐也有根據(jù)耐熱鋼的種類採用相應(yīng)的熱處理的。
