马氏体沉淀硬化钢
马氏体沉淀硬化不锈钢是超高强度钢，其合金化特点是在Cr13的基础上，加入钼、钨、钛、铌等强化元素，这些元素能够形成一系列金属间化合物，如Fe2Mo、Fe2Ti、Fe2Nb、x相（Fe36Cr12Mo10）等，在400~650°范围时效时，在马氏体基体上析出这些金属间化合物，产生沉淀硬化，从而提高了钢的力学性能。而加入的钼、钨、钛、铌等强化元素是铁素体形成元素，必然出现高温铁素体，为了在高温获得单一的奥氏体组织，必须加入奥氏体形成元素，如钴和镍，但是为了不使Ms点过分降低，一般镍控制在4%左右，钴控制在10~20%范围。钴和钼同时加入钢中，能够使沉淀硬化效应特别强烈，因此，一般钴和钼是同时加入钢中的。
马氏体沉淀硬化不锈钢经过固溶处理冷却到室温，组织中除了马氏体外还有大量的残余奥氏体，经过冷处理后可使残余奥氏体大大减少，这时形成的合金马氏体具有较低的硬度和较高的塑性和韧性，加工硬化倾向较小，便于进行各种加工，然后经过时效处理，在时效过程中析出弥散的碳化物，起到了第二相强化作用，加上固溶处理形成的马氏体强化，从而使得硬度强度得到大幅度提高，从而具备了良好的力学性能。
马氏体耐热钢的性能和制造工艺
马氏体耐热钢的性能和制造工艺 摘要：马氏体耐热钢是一种具有热强性耐热钢，其中C和Cr含量较高，通常含铬量为10-13%，可以通过弥散强化机理假如第二相获得蠕变强度高的马氏体耐热钢，少量的镍、钼、钒等合金元素来进行合金化处理，铬、硅主要提高钢的抗氧化性，而镍、钼、钨、钒、锰等则用以提高钢的高温强度。因此，马氏体耐热钢具有高的蠕变强度、耐蚀性和热强性，是火力发电厂设备制造的主要材料。 本文从马氏体耐热钢的性能、成分、热处理工艺、脆性等方面做了简单介绍。关键字：马氏体耐热钢、火力发电厂、高温脆性. Abstract: The martensitic steel is a kind of intensity of heat resistant steel, in which C and Cr content is high, usually chromium content of 10-13%, dispersion strengthening mechanism can be obtained if the creep strength of the second phase high martensitic steel, a small amount of nickel, molybdenum, vanadium alloys for alloying elements, chromium, silicon, mainly to improve the oxidation resistance of steel, and nickel, molybdenum, tungsten, vanadium, manganese, etc. are used to improve high temperature strength of steel. Therefore, the martensitic steel has high creep strength, corrosion resistance and thermal strength, and is a major power plant equipment manufacturing materials. In this paper, the performance of martensitic steel, composition, heat treatment, brittle and so do a brief introduction. Keywords: martensitic steel, power plants, high temperature brittleness. 目录
马氏体不锈钢性能介绍
马氏体不锈钢 马氏体不锈钢、马氏体和半奥氏体（或半马氏体）沉淀硬化不锈钢以及马氏体时效不锈钢等。 马氏体不锈钢是一类可以通过热处理（淬火、回火）对其性能进行调整的不锈钢，通俗地讲，是一类可硬化的不锈钢。这种特性决定了这类钢必须具备两个基本条件：一是在平衡相图中必须有奥氏体相区存在，在该区域温度范围内进行长时间加热，使碳化物固溶到钢中之后，进行淬火形成马氏体，也就是化学成分必须控制在γ或γ+α相区，二是要使合金形成耐腐蚀和氧化的钝化膜，铬含量必须在10.5%以上。按合金元素的差别，可分为马氏体铬不锈钢和马氏体铬镍不锈钢。 马氏体铬不锈钢的主要合金元素是铁、铬和碳。图1-4是Fe-Cr系相图富铁部分，如Cr大于13%时，不存在γ相，此类合金为单相铁素体合金，在任何热处理制度下也不能产生马氏体，为此必须在内Fe-Cr二元合金中加入奥氏体形成元素，以扩大γ相区，对于马氏体铬不锈钢来说，C、N是有效元素，C、N元素添加使得合金允许更高的铬含量。在马氏体铬不锈钢中，除铬外，C是另一个最重要的必备元素，事实上，马氏体铬不锈耐热钢是一类铁、铬、碳三元合金。当然，还有其他元素，利用这些元素，可根据Schaeffler图确定大致的组织。 铬是马氏体铬不锈钢最重要的合金元素。铬是铁素体形成元素，足够的铬可使钢变成单一的铁素体不锈钢，铬和碳的相互作用使钢在高温时具有稳定的γ 或γ+α相区，铬可以降低奥氏体向铁素体和碳化物的转变速度，从而提高淬透性；在大气H2S及氧化性酸介质中。它能提高钢的耐蚀性能，这与铬能促使生成一层铬的氧化物保护膜有关，但在还原介质中，随着铬含量的提高，钢的耐蚀性下降；铬含量的提高，钢的抗氧化性能也明显提高。 碳是马氏体铬不锈钢另一重要的合金元素。为了产生马氏体相变，碳含量要视钢中的铬含量而定，一般充分考虑碳、铬两者相互关系及碳的溶解极限(见图1-5)。在给定的铬量下，碳含理提高，强度、硬度提高，塑性降低，耐蚀性下降。
耐热钢基础知识总览
耐热钢相关基础知识总览 耐热钢是指在高温下工作的钢材。耐热钢的发展与电站、锅炉、燃气轮机、内燃机、航空发动机等各工业部门的技术进步密切相关。由于各类机器、装置使用的温度和所承受的应力不同，以及所处环境各异，因此所采用的钢材种类也各不相同。这里所谈的温度是个相对的概念。最早在锅炉和加热炉中使用的材料是低碳钢，使用的温度一般在200℃左右，压力仅为0.8MPa。直到现在使用的锅炉用低碳钢，如20g，使用温度也不超过450℃，工作压力不超过6MPa。随着各类动力装置的使用温度不断提高，工作压力迅速增加，现代耐热钢的使用温度已高达700℃，使用的环境也变得更加复杂与苛刻。现在，耐热钢的使用温度范围为200～1300℃，工作压力为几兆帕到几十兆帕，工作环境从单纯的氧化气氛，发展到硫化气氛、混合气氛以及熔盐和液金属等更复杂的环境。 为了适应各种工作条件不断发展的要求，耐热钢也在不断地发展。从最早期的低碳钢、低合金钢，到成分复杂的、多元合金化的高合金耐热钢。 现按珠光体型低合金热强钢、马氏体型热强钢、阀门钢、铁素体型耐热钢、奥氏体型耐热钢、等分别介绍如下。 1）珠光体型低合金热强钢 该种钢的代表：12Cr1MoV此种钢组织稳定性较好，当温度高达580℃时仍具有良好的热强性。 2）马氏体型热强钢 该种钢的代表：Cr12型马氏体热强钢，有优良的综合力学性能、较好的热强性、耐蚀性及振动衰减性，广泛用于制造汽轮机叶片而形成独特的叶片钢系列，并广泛用作气缸密封环、高温螺栓、转子和锅炉过热器、在热器管、燃气轮机涡轮盘、叶片、压缩机及航空发动机压气机叶片、轮盘、水轮机叶片及宇航导弹部件等。Cr12型耐热钢的开发与应用已有60多年历史，至少已有300余种牌号。但其成分的差别不大，都是以Cr12钢为基础在添加钨、钼、钒、镍、铌、硼、氮、钛、钴等元素含量上做些变化。 3）阀门钢 阀门钢是耐热钢的一个重要分支，该种钢的代表：21Cr-9Mn-4Ni-N钢（21-4N），与21Cr-12NiN、14Cr-14Ni2W-Mox相比，性能优越较经济，在汽油机排气阀门上迅速得到广泛应用。在21-4N钢基础上添加硫改善切削性能形成了21-4NS。添加铌、钼、钨和钒，提高了高温强度、疲劳强度和耐磨性，开发了21-4WNbN，X60CrMnMoVNbN2110钢。 4）铁素体型耐热钢 在室温和使用温度条件下这类钢的组织为铁素体。这类钢铬含量高于12%，不含镍，只含有少量的硅、钛、钼、铍等元素。 5）奥氏体型耐热钢 该种钢的代表：18Cr-8Ni、25Cr-20Ni及Cr-Mn-N、Fe-Mn-Al等钢。这类钢在高温下具有较高的热强性，及优异的抗氧化性。一般制作用于600℃以上承受较高应力的部件，其抗氧化性温度可达850～1250℃。这类钢基本上是和不锈钢同时发展起来的，有些钢同时就是优异的奥氏体型不锈钢。 我国在奥氏体型钢方面，除仿制和生产了大量国外耐热钢牌号外，多年来还开发了Cr-Mn-N、Cr-Mn-Ni-N、Cr-Ni-N及Fe-Al-Mn和Cr-Mn-Al-Si系耐热钢。Cr18Mn12Si2N、Cr20Mn9Ni2Si2N及 3Cr24Ni7SiNRe列入国家标准推广应用。 铸造耐热钢在耐热钢领域中占有相当大的比重。20世纪70～80年代以来，由于石油化学工业的飞速发展，在大型合成氨及乙烯装置中采用了大量的高合金耐热铸钢，其使用温度可达1150℃，开发了一系列Fe-Cr-Ni基耐热钢及耐热合金。如4Cr25Ni35Co15W、4Cr25Ni35WNb、5Cr28Ni48W5等。一些发达国家早在20世纪30年代就制定了耐热铸钢标准。1987年，我国建立了第一个耐热铸钢国家标准。 6）沉淀硬化型耐热钢 沉淀硬化型耐热钢按其组织可分成马氏体沉淀硬化耐热钢（如0Cr17Ni4Cu4Nb）、（半奥氏体-马氏体过滤型）沉淀硬化耐热钢（如0Cr17Ni7Al和0Cr15Ni7Mo2Al）和奥氏体沉淀硬化耐热钢（如0Cr15Ni25Ti2MoVB）等。2、耐热钢的分类 2.1按合金元素含量分类 a）低碳钢：在此类钢中部含或很少含有其他合金元素，其碳含量一般不超过0.2%。 b）低合金耐热钢：在此类钢中都含有一种或几种合金元素，但含量不高，一般钢中所含合金元素的总量不超过5%，碳含量不超过0.2%. c）高合金耐热钢：在此类钢中合金元素多，合金元素含量一般在10%以上，甚至高达30%以上。 2.2按钢的特性分类
沉淀硬化
1、沉淀硬化 沉淀硬化（析出强化）：指金属在过饱和固溶体中溶质原子偏聚区和（或）由之脱溶出微粒弥散分布于基体中而导致硬化的一种热处理工艺。如奥氏体沉淀不锈钢在固溶处理后或经冷加工后，在400～500℃或700～800℃进行沉淀硬化处理，可获得很高的强度。即某些合金的过饱和固溶体在室温下放置或者将它加热到一定温度，溶质原子会在固溶点阵的一定区域内聚集或组成第二相，从而导致合金的硬度升高的现象。 产业过程中都需要将空气作为直接或间接的冷却媒介。空调是一种常用的空气处理过程，用于一间房屋或是整栋建筑中，可以冷却空气以
便使居住者处于舒适的环境中。通常空气用急冷水或盐水冷却，然后以媒介将热量传到室外，通常用风扇驱动的水气换热器将热排放到大气中。身边也有常见的例子，如部分高塔式建筑发电站就大规模地使用了风冷技术。 3、固溶退火 固溶退火亦即碳化物固溶退火, 一种将成品件加热至1850 deg F(摄氏1010度)以上而脱除碳化物沉淀(即从不锈钢固体溶液中逃逸的碳)的工艺, 此后将其迅速降温,通常是用水淬火, 所含碳化物返回不锈钢固体溶 液中. 固溶退火处理可应用于一系列的合金钢与不锈钢成分中. 对于300 系列不锈钢铸件的固溶处理能产生一种没有碳化物杂质的均一的显微结构. 对于沉淀硬化合金铸件及锻件的固溶退火能产生较软的显微结构,更适于精密公差的机加工.这些合金在以最小畸变的精密公差机加工之后, 有着时效硬化的潜在倾向.这些材料及工艺对有中等强度要求的车削或螺旋机件上有着普遍的应用. 这种热处理可以依照部件所需的尺寸,几何形状与表面条件,成批的在大气炉,非常压炉或真空炉中进行.小型部件也可以在连续氢气带式炉中热加工. 固溶退火与时效硬化也可用于铝合金的冲压件和铸件. 通常是在非常压批式炉进行热处理,在固溶退火之后用水对部件淬火.时效硬化则在大气中用电炉或燃气炉成批操作. 4、固溶处理 固溶处理（solution treatment）：指将合金加热到高温单相区恒温保持，使过剩相充分溶解到固溶体中后快速冷却，以得到过饱和固溶体的热处理工艺。
1高强度钢中马氏体时效钢的综述
上海大学2010～2011学年冬季学期研究生课程考试 小论文 课程名称：汽车刚强度钢板研究课程编号：101101909 论文题目: 高强度钢中马氏体时效钢的综述 研究生姓名: 尹学号: 10721 论文评语: 成绩: 任课教师: 评阅日期:
高强度钢中马氏体时效钢的综述 摘要马氏体时效钢是以无碳( 或超低碳) 铁镍马氏体为基体的经时效生产金属间化合物沉淀硬化的。超高强度钢。该钢在高强度时效处理前具有良好的成形性，时效处理几乎不变形，时效处理后有高强韧性。文中论述了典型Ni2Co2Mo2Ti2Al 马氏体时效钢和Ni2Mo2Ti(2Cr2Al) 无钴马氏体时效钢的化学成分和力 学性能，阐述了马氏体时效钢在400～500 ℃时效时马氏体基体内产生大量强化效果极高、韧性损失极小的金属间化合物沉淀相的时效结构和强化机制，以及Ni、Co、Mo、Cr、Mn、Ti 等元素在马氏体时效钢中的合金化作用。概述了马氏体时效钢的生产工艺，应用和发展趋向。 关键词马氏体时效钢；沉淀析出；强化机制；力学性能 The description of ultrahigh strength steel -Maraging steel Abstract Maraging steel is a kind of ultrahigh strength steel strengthened by ageing precipitation hardening of intermetallics in carbon2free or extra2low carbon ferronickel martensite matrix. It has excellent formability before ageing treatment and almost non2deforming during ageing , after ageing the steel has high strength and toughness. The chemical compositions and mechanical properties of typical Ni2Co2Mo2Ti2Al maraging steel and Ni-Mo-Ti (-Cr-Al) cobalt-free maraging steel are reviewed，and the ageing structure and strengthening mechanism of mass intermetallics precipitation phases produced in martensite matrix of maraging steel ageing at 400-500℃ which has high strengthening effect and minimal toughness loss and the alloying effect of alloy elements such as Ni ,Co ,Mo ,Cr ,Mn and Ti in maraging steel are presented in this article.The production process, application and developing trend of maraging steel are also summarized. Keyword：Maraging Steel; Precipitation; Strengthening Mechanism;Mechanical Properties 一、引言 1.1超高强度钢的背景 超高强度钢一般是指屈服强度大于1380MPa的高强度结构钢。20世纪40年代中期，美国用AISI4340结构钢通过降低回火温度，使钢的抗拉强度达到1600-1900MPa。马氏体时效钢强化作用是通过马氏体相变和等温时效析出金属间化合物Ni3Mo来达到的。马氏体时效钢的基本化学成分是18％Ni-8％Co-5％Mo。随着钛含量从0.20％提高到1.4％，屈服强度可以在1375-2410MPa之间变化。为了获得高韧性，应尽量降低钢中的磷、硫、碳和氮含量。 除了广泛应用的AF1410等二次硬化超高强度钢之外，为了获得更高的强度和韧性配合，美国SRG在二次硬化钢的物理冶金学研究基础上，开发了高洁净度的AerMet钢。高洁净度保证Aer-Metl00钢(0.23％C-3％Cr-11.1％Ni-13.4％Co-1.2％Mo)具备目前最佳的强度和韧性配合。AerMet310(0.25％C-2.4％Cr-11％Ni-15％Co-1.4％Mo)是最近Carpenter公司在AerMetl00的基础上开发的高强高韧钢。与AerMetl00相同，AerMet310也是双真空冶炼的含镍钴钢，它具有良好的韧性和塑性。AerMet310的抗拉强度是2172MPa，比AerMetl00高出200MPa。与Marage300相比，AerMet310的屈强比较小，因而可在断裂前吸收较多的塑
马氏体不锈钢简介
马氏体不锈钢 1、什么是不锈钢 不锈钢(Stainless Steel)是不锈耐酸钢的简称，耐空气、蒸汽、水等弱腐蚀介质或具有不锈性的钢种称为不锈钢;而将耐化学介质腐蚀(酸、碱、盐等化学浸蚀)的钢种称为耐酸钢。由于两者在化学成分上的差异而使他们的耐蚀性不同，普通不锈钢一般不耐化学介质腐蚀，而耐酸钢则一般均具有不锈性。 2、分类 不锈钢常按组织状态分为：马氏体钢、铁素体钢、奥氏体钢、奥氏体-铁素体（双相）不锈钢及沉淀硬化不锈钢等。另外，可按成分分为：铬不锈钢、铬镍不锈钢和铬锰氮不锈钢等。 1、铁素体不锈钢：含铬12%～30%。其耐蚀性、韧性和可焊性随含铬量的增加而提高，耐氯化物应力腐蚀性能优于其他种类不锈钢。属于这一类的有Crl7、Cr17Mo2Ti、Cr25，Cr25Mo3Ti、Cr28等。铁素体不锈钢因为含铬量高，耐腐蚀性能与抗氧化性能均比较好，但机械性能与工艺性能较差，多用于受力不大的耐酸结构及作抗氧化钢使用。这类钢能抵抗大气、硝酸及盐水溶液的腐蚀，并具有高温抗氧化性能好、热膨胀系数小等特点，用于硝酸及食品工厂设备，也可制作在高温下工作的零件，如燃气轮机零件等。 2、奥氏体不锈钢：含铬大于18%，还含有8%左右的镍及少量钼、钛、氮等元素。综合性能好，可耐多种介质腐蚀。奥氏体不锈钢的常用牌号有1Cr18Ni9、0Cr19Ni9等。0Cr19Ni9钢的Wc<0.08%，
钢号中标记为“0”。这类钢中含有大量的Ni和Cr，使钢在室温下呈奥氏体状态。这类钢具有良好的塑性、韧性、焊接性和耐蚀性能，在氧化性和还原性介质中耐蚀性均较好，用来制作耐酸设备，如耐蚀容器及设备衬里、输送管道、耐硝酸的设备零件等。奥氏体不锈钢一般采用固溶处理，即将钢加热至1050～1150℃，然后水冷，以获得单相奥氏体组织。 3、奥氏体- 铁素体双相不锈钢：兼有奥氏体和铁素体不锈钢的优点，并具有超塑性。奥氏体和铁素体组织各约占一半的不锈钢。在含C较低的情况下，Cr含量在18%~28%，Ni含量在3%~10%。有些钢还含有Mo、Cu、Si、Nb、Ti，N等合金元素。该类钢兼有奥氏体和铁素体不锈钢的特点，与铁素体相比，塑性、韧性更高，无室温脆性，耐晶间腐蚀性能和焊接性能均显著提高，同时还保持有铁素体不锈钢的475℃脆性以及导热系数高，具有超塑性等特点。与奥氏体不锈钢相比，强度高且耐晶间腐蚀和耐氯化物应力腐蚀有明显提高。双相不锈钢具有优良的耐孔蚀性能，也是一种节镍不锈钢。 4、马氏体不锈钢：强度高，但塑性和可焊性较差。马氏体不锈钢的常用牌号有1Cr13、3Cr13等，因含碳较高，故具有较高的强度、硬度和耐磨性，但耐蚀性稍差，用于力学性能要求较高、耐蚀性能要求一般的一些零件上，如弹簧、汽轮机叶片、水压机阀等。这类钢是在淬火、回火处理后使用的。 5、沉淀硬化不锈钢：基体为奥氏体或马氏体组织，沉淀硬化不锈钢的常用牌号有04Cr13Ni8Mo2Al等。其能通过沉淀硬化（又称
耐热钢
耐热钢总论 1.耐热钢是指在高温下工作的钢材。耐热钢的发展与电站、锅炉、燃气轮机、内燃机、航空发动机等各工业部门的技术进步密切相关。由于各类机器、装置使用的温度和所承受的应力不同，以及所处环境各异，因此所采用的钢材种类也各不相同。这里所谈的温度是个相对的概念。最早在锅炉和加热炉中使用的材料是低碳钢，使用的温度一般在200℃左右，压力仅为0.8MPa。直到现在使用的锅炉用低碳钢，如20g，使用温度也不超过450℃，工作压力不超过6MPa。随着各类动力装置的使用温度不断提高，工作压力迅速增加，现代耐热钢的使用温度已高达700℃，使用的环境也变得更加复杂与苛刻。现在，耐热钢的使用温度范围为200～1300℃，工作压力为几兆帕到几十兆帕，工作环境从单纯的氧化气氛，发展到硫化气氛、混合气氛以及熔盐和液金属等更复杂的环境。 为了适应各种工作条件不断发展的要求，耐热钢也在不断地发展。从最早期的低碳钢、低合金钢，到成分复杂的、多元合金化的高合金耐热钢。 现按珠光体型低合金热强钢、马氏体型热强钢、阀门钢、铁素体型耐热钢、奥氏体型耐热钢、等分别介绍如下。 1）珠光体型低合金热强钢 该种钢的代表：12Cr1MoV此种钢组织稳定性较好，当温度高达580℃时仍具有良好的热强性。 2）马氏体型热强钢 该种钢的代表：Cr12型马氏体热强钢，有优良的综合力学性能、较好的热强性、耐蚀性及振动衰减性，广泛用于制造汽轮机叶片而形成独特的叶片钢系列，并广泛用作气缸密封环、高温螺栓、转子和锅炉过热器、在热器管、燃气轮机涡轮盘、叶片、压缩机及航空发动机压气机叶片、轮盘、水轮机叶片及宇航导弹部件等。Cr12型耐热钢的开发与应用已有60多年历史，至少已有300余种牌号。但其成分的差别不大，都是以Cr12钢为基础在添加钨、钼、钒、镍、铌、硼、氮、钛、钴等元素含量上做些变化。 3）阀门钢 阀门钢是耐热钢的一个重要分支，该种钢的代表：21Cr-9Mn-4Ni-N钢（21-4N），与21Cr-12NiN、 14Cr-14Ni2W-Mox相比，性能优越较经济，在汽油机排气阀门上迅速得到广泛应用。在21-4N钢基础上添
沉淀硬化不锈钢
沉淀硬化不锈钢 沉淀硬化不锈钢（也有称析出强化不锈钢）常用于核电宇航等工业，主要特点是一类具有超高强度的不锈钢。一般按其组织形态可分为三类:沉淀硬化马氏体不锈钢，沉淀硬化半奥氏体不锈钢，沉淀硬化奥氏体不锈钢，也有的把第一类归到马氏体不锈钢，第二类、第三类归到奥氏体不锈钢。 马氏体时效不锈钢是固溶处理后，冷至室温时总是以马氏体组织存在，由固溶态再进行时效处理产生析了相而强化。也有资料把这类钢分为马氏体沉淀硬化不锈钢和马氏体时效不锈钢，在固溶态下，前者在马氏体基体中含少量的铁素体（10%左右）和少量残余奥氏体，后者为马氏体基体中只有少量的残余奥氏体，后者的韧性相对较高。沉淀硬化半奥氏体不锈钢是固溶热处理后，冷至室温时，以奥氏体组织存在，而且含有5%-20铁素体组织，但奥氏体组织不是十分稳定，通过一系列热冷处理或机械变形处理后，奥氏体转变成马氏体，再通过时效而强化。 奥氏体沉淀硬化不锈钢，其组织为稳定奥氏体组织，热处
理是不能改变组织，为此，只能通过加入析出强化元素，通过时效处理而强化。沉淀硬化不锈钢力学性能除对化学成分敏感外，对热处理制度也很敏感，因而在实际生产中这类钢必须严格按照热处理工艺规程操作。常用的热处理工艺有如下几种。 均匀化处理：一般指铸、锻件，在1150OC左右进行加热，促使合金元素和组织均匀化。 高温固溶处理：通常在10000C以上析出相分解，使钢进行再结晶软化。 调整处理：处理温度为760-10000C，调整钢中合金元素的分布，控制马氏体的相变温度。 时效处理：处理温度为460-6200C。处理温度与时间对组织和力学性能影响较大，若希望获得较好的韧性，可采用较高的时效温度处理。 冰变冷却处理：在一定时间内却到某一温度并保持一段时间的处理，以确定下一步进行强化或时效处理。
如何选用马氏体耐热钢的焊条
如何正确选用马氏体耐热钢的焊条 张佩良 0、前言 近几年来，我国兴建了一大批超临界、超超临界大型火电机组，大量选用了P91、P92、P122等新型马氏体耐热钢，用于电站锅炉的主蒸汽管道、再热器管道、过热器管道、过热器集箱和再热器集箱等等。 我国在上个世纪90年代中期就开始焊接P91钢主蒸汽管道，由于缺乏焊接技术资料，没有焊接技术相关标准和焊接生产经验，焊接生产过程中出现了许多焊接质量问题。笔者组织并参加了电力行业标准“DLS007-92”和“DL/T869-2004火力发电厂焊接技术规程”的起草和修订工作，也多次赴现场调查并解决焊接质量问题，深刻体会到“焊接技术规程”和认真执行“焊接技术规程”的重要性，它是提高焊接质量、保证焊接工作顺利进行的重要保证，是电厂安全可靠运行的重要依据。 目前，在电建安装和检修焊接工作中，仍以钨极氩弧焊和焊条电弧焊为主，尤其是现场安装焊接工作量比较大，而且主要是采用电焊条，因此充分掌握电焊条的特性，优化焊接工艺和焊工操作技能水平，对于提高焊接质量极为重要。为了保证P91钢的焊接质量和电站设备长期安全、可靠运行，选用合适的焊接材料、焊接工艺和焊后热处理工艺至关重要。 1、首先谈谈如何选用P91钢的电焊条 1.1 相关规程与标准的规定 DL/T869-2004规程内3.3.2.2条款中规定：焊接电站设备耐热钢时，对焊接材料的选用应符合以下基本条件： 1）焊缝金属的化学成份和力学性能应与母材相当 2）焊接材料熔敷金属的下临界点（Ac1）应与母材相当（不低于10℃） 3）焊接工艺性能良好 其中2、3 两款规定大家都很容易理解，但对1款应该有更深入的理解。 高温合金钢焊材不仅常温力学性能和化学成份与母材相当，特别是电站锅炉受压件强度设计时，要综合考虑高温性能、蠕变性能、抗腐蚀性能，其中包括持久强度、蠕变强度、抗氧化性能、抗高温蒸汽腐蚀性能和抗烟气腐蚀等性能，这些性能都是保证电站锅炉安全运行的重要性能，更要与母材相匹配，这样才能保证焊接接头与管道同寿命，有利于电站锅炉长期在高温、高压条件下安全运行，有利于焊接接头不会发生早期失效。 1.2 优选电焊条 1）目前，P91焊材主要是由国外进口，经过筛选，多数电建单位和电厂选用德国伯合乐焊接技术 公司蒂伯品牌的Thermanit Chromo 9V（E9015-B9）电焊条（以下简称9V焊条）。 2）9V焊条的化学成份和机械性能完全符合标准要求，见表1、表2。 表1 P91钢材和9V焊条典型化学成份 表2 P91钢材和9V焊条的机械性能
沉淀硬化不锈钢
沉淀硬化不锈钢 1.固溶处理 经固溶处理(1000～1050℃，1h，空冷)获得的组织是奥氏体加少量铁素体，在随后500～800℃进行调整处理时，由于原子在铁素体中扩散速度要比在奥氏体中快，且铁素体内含铬量高，碳化物(Cr23C6)易沿着α(δ)和r的相界面析出，又降低了奥氏体中碳及合金元素的含量，从而提高这类钢的Ms点，使之获得更多的马氏体。α(δ)铁素体量不能过多，否则不利于热加工，也不参与马氏体转变，会降低钢的强度。 2. 沉淀硬化不锈钢的调整处理 固溶处理后进行的中间处理，一般又称调整处理，目的是获得一定数量的马氏体，从而使钢强化，常用以下三种方法： (1)中间时效法(简称T处理法)固溶处理后再加热至(760±15)℃，保温90min，因有Cr23C6碳化物从奥氏体中析出，降低了奥氏体中的碳及合金元素含量，使Ms点升高到70℃，随后冷却到室温便得到马氏体+α铁素体+残余奥氏体组织，残余奥氏体在随后510℃时效才分解完。 (2)高温调整及深冷处理法(R处理法)固溶后，行先加热到950℃保温90min。由于升高了Ms点，冷却到室温，可得到少量马氏体；之后再经-70℃冷处理，保温8h，就可获得一定数量的马氏体。 (3)冷变形法(C处理法)固溶处理后，在室温下冷变形，冷变形时形成马氏体的数量与变形量及不锈钢的成分有关。一般变形量在15%～20%就能获得必要数量的马氏体，过大的变形量会使马氏体发生加工硬化，使塑性显著下降。 3.时效处理(H处理) 调整处理后，均须进行时效处理。时效处理是这类钢进行强化的另一途径。当时效温度高于400℃，会从马氏体中析出金属间化合物(如Ni3Ti等)，呈高度弥散分布，起沉淀硬化作用。一般在约500℃进行时效，可获得高的强度及硬度。
耐热钢的分类与用途资料
一、不锈钢： 按成分可分为Cr系（400系列）、Cr－Ni系（300系列）、Cr－Mn－Ni（200系列）及析出硬化系（600系列）。200 系列—铬-镍-锰奥氏体不锈钢300 系列—铬-镍奥氏体不锈钢301—延展性好，用于成型产品。也可通过机械加工使其迅速硬化。焊接性好。抗磨性和疲劳强度优于304不锈钢。302—耐腐蚀性同304，由于含碳相对要高因而强度更好。303—通过添加少量的硫、磷使其较304更易切削加工。304—即18/8不锈钢。GB牌号为0Cr18Ni9。309—较之304有更好的耐温性。316—继304之后，第二个得到最广泛应用的钢种，主要用于食品工业、制药行业和外科手术器材，添加钼元素使其获得一种抗腐蚀的特殊结构。由于较之304其具有更好的抗氯化物腐蚀能力因而也作“船用钢”来使用。SS316则通常用于核燃料回收装置。18/10级不锈钢通常也符合这个应用级别。[1] 不锈钢水桶 型号321—除了因为添加了钛元素降低了材料焊缝锈蚀的风险之外其他性能类似304。400 系列—铁素体和马氏体不锈钢。408—耐热性好，弱抗腐蚀性，11%的Cr，8%的Ni。409—最廉价的型号（英美），通常用作汽车排气管，属铁素体不锈钢（铬钢）。410—马氏体（高强度铬钢），耐磨性好，抗腐蚀性较差。416—添加了硫改善了材料的加工性能。420—“刃具级”马氏体钢，类似布氏高铬钢这种最早的不锈钢。也用于外科手术刀具，可以做的非常光亮。430—铁素体不锈钢，装饰用，例如用于汽车饰品。良好的成型性，但耐温性和抗腐蚀性要差。440—高强度刃具钢，含碳稍高，经过适当的热处理后可以获得较高屈服强度，硬度可以达到58HRC，属于最硬的不锈钢之列。最常见的应用例子就是“剃须刀片”。常用型号有三种：440A、440B、440C，另外还有440F（易加工型）。500 系列—耐热铬合金钢。600 系列—马氏体沉淀硬化不锈钢。不锈钢 630—最常用的沉淀硬化不锈钢型号，通常也叫17-4；17%Cr，4%Ni。 “不锈钢”一词不仅仅是单纯指一种不锈钢，而是表示一百多种工业不锈钢，所开发的每种不锈钢都在其特定的应用领域具有良好的性能。成功的关键首先是要弄清用途，然后再确定正确的钢种。有关不锈钢的进一步详细情况可参见由NiDI 编制的"不锈钢指南"软盘。幸而和建筑构造应用领域有关的钢种通常只有六种。它们都含有17～22％的铬，较好的钢种还含有镍。添加钼可进一步改善大气腐蚀性，特别是耐含氯化物大气的腐蚀。 二耐热钢： 耐热钢是指在高温下工作的钢材。耐热钢的发展与电站、锅炉、燃气轮机、内燃机、航空发动机等各工业部门的技术进步密切相关。由于各类机器、装置使用的温度和所承受的应力不同，以及所处环境各异，因此所采用的钢材种类也各不相同。这里所谈的温度是个相对的概念。最早在锅炉和加热炉中使用的材料是低碳钢，使用的温度一般在200℃左右，压力仅为0.8MPa。知道现在使用的锅炉用低碳钢，如20g，使用温度也不超过450℃，工作压力不超过6MPa。随着各类动力装置的使用温度不断提高，工作压力迅速增加，现代耐热钢的使用温度已高达700℃，使用的环境也变得更加复杂与苛刻。现在，耐热钢的使用温度范围为200～800℃，工作压力为几兆帕到几十兆帕，工作环境从单纯的氧化气氛，发展到硫化气氛、混合气氛以及熔盐和液金属等更复杂的环境。
耐热钢知识
耐热钢的基础知识 介绍耐热钢的概念，分类，牌号表示方法，主要合金元素在耐热钢中的作用，基本性能、加工工艺性、工艺性能，耐热钢的的生产 耐热钢是指在高温下工作的钢材。耐热钢的发展与电站、锅炉、燃气轮机、内燃机、航空发动机等各工业部门的技术进步密切相关。由于各类机器、装置使用的温度和所承受的应力不同，以及所处环境各异，因此所采用的钢材种类也各不相同。这里所谈的温度是个相对的概念。最早在锅炉和加热炉中使用的材料是低碳钢，使用的温度一般在200℃左右，压力仅为0.8MPa。直到现在使用的锅炉用低碳钢，如20g，使用温度也不超过450℃，工作压力不超过6MPa。随着各类动力装置的使用温度不断提高，工作压力迅速增加，现代耐热钢的使用温度已高达700℃，使用的环境也变得更加复杂与苛刻。现在，耐热钢的使用温度范围为200～1300℃，工作压力为几兆帕到几十兆帕，工作环境从单纯的氧化气氛，发展到硫化气氛、混合气氛以及熔盐和液金属等更复杂的环境。 为了适应各种工作条件不断发展的要求，耐热钢也在不断地发展。从最早期的低碳钢、低合金钢，到成分复杂的、多元合金化的高合金耐热钢。 现按珠光体型低合金热强钢、马氏体型热强钢、阀门钢、铁素体型耐热钢、奥氏体型耐热钢、等分别介绍如下。 1）珠光体型低合金热强钢 该种钢的代表：12Cr1MoV此种钢组织稳定性较好，当温度高达580℃时仍具有良好的热强性。 2）马氏体型热强钢 该种钢的代表：Cr12型马氏体热强钢，有优良的综合力学性能、较好的热强性、耐蚀性及振动衰减性，广泛用于制造汽轮机叶片而形成独特的叶片钢系列，并广泛用作气缸密封环、高温螺栓、转子和锅炉过热器、在热器管、燃气轮机涡轮盘、叶片、压缩机及航空发动机压气机叶片、轮盘、水轮机叶片及宇航导弹部件等。Cr12型耐热钢的开发与应用已有60多年历史，至少已有300余种牌号。但其成分的差别不大，都是以Cr12钢为基础在添加钨、钼、钒、镍、铌、硼、氮、钛、钴等元素含量上做些变化。 3）阀门钢 阀门钢是耐热钢的一个重要分支，该种钢的代表：21Cr-9Mn-4Ni-N钢（21-4N），与 21Cr-12NiN、14Cr-14Ni2W-Mox相比，性能优越较经济，在汽油机排气阀门上迅速得到广泛应用。在21-4N钢基础上添加硫改善切削性能形成了21-4NS。添加铌、钼、钨和钒，提高了高温强度、疲劳强度和耐磨性，开发了21-4WNbN，X60CrMnMoVNbN2110钢。 4）铁素体型耐热钢 在室温和使用温度条件下这类钢的组织为铁素体。这类钢铬含量高于12%，不含镍，只含有少量的硅、钛、钼、铍等元素。 5）奥氏体型耐热钢 该种钢的代表：18Cr-8Ni、25Cr-20Ni及Cr-Mn-N、Fe-Mn-Al等钢。这类钢在高温下具有较
第八章 耐热钢和高温合金
第八章耐热钢和高温合金
耐热钢是在高温下具有较高强度和良好抗氧化性能的合金钢。高温合金是指，在高温下（600-1100o C）能承受一定应力并具有抗氧化性、耐腐蚀且合金元素含量很高的金属材料。 高温合金的性能要求和耐热钢相同，但对热强性和组织稳定性以及抗高温氧化性能的要求比耐热钢更高、 更严格。 耐热钢和高温合金对航天、航空和核工业的发展起着重要的推动作用。 核电站的回路管道、蒸发器传热管、元件格架和活性区托架等，都是由耐热、耐蚀合金制作的，所以它的质量和性能直接关系到反应堆的安全和寿命。
8.1 耐热钢 1. 耐热钢的性能要求 1)由于高温要引起表面的剧烈氧化、腐蚀，所以要有抗氧 化性(耐热不起皮性)。 2)由于高温应力及高温强化机制变化，钢材会发生蠕变。 所以要有高温下抗蠕变性，长期和短期的热强性，小的 缺口敏感性，抗热松弛和热疲劳性等。 3)由于高温引起组织不断变化，所以要有高温下的组织稳 定性的有效性。 4)在高温温度场中要有大的传导性，小的膨胀性。 5)好的铸造性、锻造性、焊接性，好的成批生产和经济性。
理想的耐热合金应具备： （1）高的再结晶温度、析出相聚积长倾向小；（2）较高的蠕变极限和持久强度； （3）良好的抗氧化和抗蚀性能； （4）容易冶炼和加工及铸、锻、焊性能好；（5）成本低廉。
2. 耐热钢的合金化措施 1）提高热强性的途径 (1)固溶强化：提高合金基体的原子问结合力，强化基体。金属的原子结合力越强，则熔点越高，耐热钢的使用温度越高，因此就要选择熔点越高的金属作基体。工业上铁基、镍基、钴基耐热合金的熔点依次升高。金属或合金的晶格类型与晶体中原子结合力有关，铁基合金中，面心立方点阵比体心立方点阵原子间结合力强。奥氏体型耐热钢比铁素体型、马氏体型、珠光体型耐热钢的蠕变抗力高。对已选定基体的耐热钢可以通过固溶强化提高原于间结合力，提高蠕变极限。同时，由于固溶元素与整体元素原子尺寸不同，在晶体中造成局部的点阵畸变和应力场，导致溶质原于在位错附近形成“气团”，从而增加了位错运动阻力，提高了蠕变抗力。合金元素使固溶体中原子间结合力提高，往往也使原子的扩散激活能提高，导致再结晶温度提高，提高蠕变抗力。
沉淀硬化不锈钢
沉淀硬化不锈钢 该钢是一种马氏体沉淀硬化不锈钢它的强度是通过马氏体相变和时效处理的沉淀硬化来达到的。由于此钢低碳，高铬，且含铜，故其耐蚀性较Cr13型及9Cr18，1Cr17Ni2等马氏体钢为好。但较难进行深度的冷成型。多用作既要求有不锈性及耐弱酸，碱，盐腐蚀又要求高强度的部件。 化学成分： 0Cr17Ni4Cu4Nb钢的化学成分： C Si Mn Cr Ni Cu Nb S P <=0.07 <=1.0 <=1.0 15.5~17.5 3.0~5.0 3.0~5.0 0.15~0.45 <=0.030 <=0.035 力学性能： 该钢的室温力学性能见下表 热处理制度 ób MPa ós MPa e5 % ￠ % 硬度 HRC 附注 1040oC水冷或空冷（A状态）HB<=363 (1) 1040oC水冷或空冷，480oC回火 4h空冷（H900） >=1314 >=1177 >=10 >=40 >=40 (1) 1040oC水冷或空冷，495oC回火 4h空冷（H925） >=1177 >=1070 >=10 >=44 >=38 (1) 1040oC水冷或空冷，550oC回火 4h空冷（H1025） >=1070 >=1000 >=12 >=45 >=35 (1) 1040oC水冷或空冷，580oC回火 4h空冷（H1075） >=1000 >=863 >=13 >=45 >=31 (1) 1040oC水冷或空冷，620oC回火 4h空冷（H1150） >=932 >=725 >=16 >=50 >=28 (1) 1040oC水冷（A状态）1030 755 12 45 HB363 (2) 1040oC水冷，480oC回火4h空冷 （H900） 1373 1275 14 50 44 (2) 1040oC水冷，495oC回火4h空冷 （H925） 1304 1207 14 54 42 (2) 1040oC水冷，550oC回火4h空冷 （H1025） 1167 1138 15 56 38 (2) 1040oC水冷，580oC回火4h空冷 （H1075） 1138 1030 16 58 36 (2) 1040oC水冷，620oC回火4h空冷 （H1150） 1000 862 19 60 33 (2) (1)------摘自GB1220 (2)------实际检验值 耐腐蚀性：见下表0Cr17Ni4Cu4Nb钢的耐蚀性能[腐蚀速率g/(m2h)] 介质条件5%H2SO4 沸腾8h 10%H2SO4 沸腾48h 40%HNO3 沸腾8h 10%HCl 沸腾8h 80%CH3COOH 沸腾8h 退火态 178 178 4.58 4.69 0.25 0.28 0.51 0.50 0.83 0.79
20.10.8-01耐热钢材料分类及适用温度
耐热钢材料分类及适用温度20.10.8 李明雷 （北京创利通达科技有限公司） 工业上最常用的是按钢的组织状态分类： ①珠光体型耐热钢：使用温度为450～620℃，在室温和使用温度下，此类钢的组织主要为珠光体；合金元素含量一般小于5%；代表材质：16Mo，15CrMo，12CrMoV、12Cr1MoV；在蒸汽轮机和锅炉制造中应用广泛。 ②马氏体型耐热钢：使用温度≤650℃，在室温时组织为马氏体；一般含铬7%～13%；代表材质：1Cr13、2Cr13、3Cr13；在蒸汽轮机制造中广泛应用；这类钢有较大的淬硬倾向，焊接性能较差；650℃具有良好的抗氧化性，600℃以下具有较好的热强性，并有良好的减震性和导热性。 ③铁素体型耐热钢：使用温度一般≤600℃，在室温和使用温度下，此类钢的组织为铁素体；在600～800℃间有析出相的脆化的倾向；代表材质：0Cr13、1Cr17、1Cr18、1Cr13SiAl，1Cr25Si2；在动力、石油化工等工业中得到极为广泛的应用；这类钢的可焊性较差，强度较低，脆性较大；具有优异的抗氧化性能和耐水溶液腐蚀性能。 ④奥氏体型耐热钢：按材质不同，最高使用温度在800～1250℃间，在室温和使用温度下，此类钢的组织为奥氏体；代表材质：304、316L、310S；一般用于制作600℃以上承受较高应力的部件；此类钢在高温下具有较高的热强性和优异的抗氧化性；
1）304：新牌号06Cr19Ni10、旧牌号0Cr18Ni9、ISO标准X5CrNi18-10；通用耐氧化钢，可承受870℃以下反复加热；冲压折弯件、输送管道、容器和结构件。 2）316L：新牌号022Cr17Ni12Mo2、旧牌号00Cr17Ni14Mo2、ISO 标准X2CrNiMo17-12-2；使用温度≤1000℃；高温具有优良的蠕变强度，作热交换用部件，高温耐蚀螺栓；耐晶间腐蚀，可做耐海水腐蚀设备。 3）310S：新牌号06Cr25Ni20、旧牌号0Cr25N20、ISO标准X12CrNi23-12；空气中使用温度≤1150℃，可承受1035℃以下反复加热；燃烧炉用材料、汽车排气净化装置。 ⑤沉淀硬化型耐热钢：使用温度540～750℃，在室温和使用温度下，此类钢的组织为马氏体或奥氏体；此类钢有三种类型：1）马氏体沉淀硬化型耐热钢，在室温和使用温度下，此类钢的组织为马氏体组织。 2）半奥氏体沉淀硬化型耐热钢，在室温下为奥氏体组织，经沉淀硬化处理，奥氏体转变过渡为马氏体，因此在使用温度下为马氏体组织。 3）奥氏体沉淀硬化型耐热钢，使用温度600～750℃，在室温和使用温度下，此类钢的组织为奥氏体组织。常用牌号：GH132钢、中国GH135。 这三类沉淀硬化型耐热钢，在540～750℃间，具有较高的热强性和较好的抗氧化性；航空发动机、火箭发动机。
0Cr17Ni4Cu4Nb是比较成熟和稳定的沉淀硬化不锈钢
0Cr17Ni4Cu4Nb是比较成熟和稳定的沉淀硬化不锈钢 0Cr17Ni4Cu4Nb是比较成熟和稳定的沉淀硬化不锈钢，一般情况下采用固溶后时效处理就能满足使用要求，但有的情况下需要用调整处理来提高热处理质量。 有的零件要求组织更均匀、性能更优良，并严格控制残留奥氏体量，这时，可以在固溶处理后进行一次调整处理再时效。这可保证材料获得最大量的马氏体，消除残留奥氏体，经时效处理后，沉淀析出相更均匀，强化效果更好。 再比如，材料由于前期热加工不正确或某些成分的影响，降低了马氏体转变点温度，而采用正常的固溶、时效处理，得不到正常的处理效果。这时，也可以考虑在固溶处理后加一次调整处理。 曾经处理过一批外厂供料的0Cr17Ni4Cu4Nb泵轴。按正常工艺规范，加热1040℃保温2h后油冷，微信公众号：hcsteel再经520℃保温4h 的时效处理，在检测轴料硬度时，只有230HBS，远远低于预想的和过去经常达到的360HBS的目标。对于这个意外的结果，最初考虑可能是工人产生操作时未遵守工艺所致。便又取同批轴料按工艺进行固溶处理，然后检测硬度，结果是170HBS，看来，固溶处理就未达到应该达到的340HB左右的硬度目标。在复检轴料化学成分的等待期间，约24h后，又检测轴料硬度，发现从原170HBS升高到了280HBS。对这种放置后硬度升高的现象进行分析推断，可能是由于这批轴料非控制成分或前期的热加工不当导致这批轴料的Ms、Mf点下降，且低
于0Cr17Ni4Cu4Nb正常状态的相变点，从而使得按正常处理工艺都得不到正常效果，在后来的放置期间，经历了晚上－15℃的温度区间（当时是十二月份，沈阳地区晚间气温较低），而这个温度可能低于该批轴料材料的实际Ms点温度，促使奥氏体向马氏体转变，使轴料在固溶处理后增加了一次750℃保温2h后空冷的调整处理，轴料硬度达到330HBS，再经一次520℃保温4h的时效处理，轴料硬度达360HBS。经力学性能检测，Rm，1230 N/mm2；Rp0.2，1130 N/mm2；A，12.5%，Z，44.5%。可见，调整处理作为马氏体类沉淀埂化不锈钢的补充处理，其作用是明显的。 0Cr17Ni4Cu4Nb时效后，对耐腐蚀性能有一定的影响。特别是由于富铜相的析出，降低了在氧化性酸中的耐腐蚀性。0Cr17Ni4Cu4Nb固溶经550℃时效的金相组织。