电厂金属材料 第5章 耐热钢
耐热钢

耐热钢
耐热钢即在高温下不发生氧化,并对机械负荷作用具有较高抗力的钢。
钢中加入足够的Cr、Si、Al等元素,使钢在高温下与氧气接触时,表面能生成致密的高熔点氧化膜,严密的覆盖在钢的表面,保护钢免于高温气体的继续腐蚀。
当温度超过再结晶温度时,除受机械力的作用产生塑性变形和加工硬化外,同时还可发生再结晶和软化的过程。
当工作温度高于金属的再结晶温度,工作应力超过金属在该温度下的弹性极限时,随着时间的延长金属发生及其缓慢的变形,这种现象称为“蠕变”。
金属的蠕变抗力愈大,则其高温强度愈高。
加入能提高钢的再结晶温度的合金元素来提高钢的高温强度。
马氏体钢中的W通过提高钢的再结晶温度,以及析出较稳定的第二相来提高钢的热强性;Cr和Si可提高钢的抗氧化性和抵抗燃烧气体腐蚀的性能,加入少量的Mo有利于减小钢的回火脆性并提高热强性。
奥氏体钢中的Ni不能提高铁素体的蠕变抗力,也不是有效的抗氧化元素;Ti形成碳化物的能力很强烈,通过形成细小弥散的碳化物来提高钢的高温强度。
随着合金元素含量的提高,固溶处理温度也须适当提高。
作为耐热钢使用时,在固溶处理后要采用高于使用温度约60~100℃的时效处理,使组织进一步稳定,有时通过强化相的进一步析出而提高钢的强度。
电厂金属材料第5章

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(四)苛性脆化
• 锅炉泡包等设备的铆接(或胀接)缝隙处,由于介质的不断浓缩,产生高浓度的 碱性溶液,在钢材处于一定内应力状态下(铆接或胀接的残余应力、蒸汽压力等) 即导致碱性腐蚀脆化,如图5-12及图5-13所示。
• 钢在常温下和高温下的断裂形式不同,说明温度对晶内强度和晶界强度的 影响不同,这也意味着晶粒的大小对刚才强度的影响与温度密切相关。在 常温下细晶粒对强度有利,而高温时(超过等强度温度)晶粒粗一些对强 度有利。
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二、蠕变
(一)蠕变的概念
金属在一定的温度和应力的作用下,随着时间的增加,缓慢地发生塑性变形的现象,称 为蠕变。某些低熔点的金属(如铅,锡等)在室温下也会发生蠕变。碳钢当温度超过 350℃,低合金钢当温度超过350-400℃,在应力的长期作用下都有蠕变现象。
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(二)蠕变曲线
描述金属蠕变整个形变过程的曲线,叫做蠕变曲线。典型的蠕变曲线如图5-3 所示。
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• 蠕变的变形过程分为三的阶段:
• oa——开始部分。这是加上载荷所引起的瞬间变形。如果所加的应力值超 过了该温度下的弹性极限,这种变形实际上包括弹性变形和塑性变形两部 分。这一变形还不标志蠕变现象,而是外力家上后所引起的一般变形现象。
• 电化学腐蚀是最普遍的腐蚀损坏现象。
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(三)腐蚀损杯的形式
• 腐蚀损坏的形式—般可分均匀腐蚀和局部腐蚀。图5-8为几种腐蚀形式的示意图。
耐热钢

直线 氧化增量 抛物线 对数
时间
氧化增量与时间的关系
3、提高钢抗氧化性能的途径——合金化 Cr、 Al、Si
一些元素的原子半径和离子半径(埃)
原子 符号
原子 半径
O
0.6
Al
1.43
Si
1.18
Ti
1.49
Cr
1.25
Mn
1.29
Fe
1.26
Fe
1.26
Ni
1.25
离子 半径
1.4
0.5
0.41
≤0.0 35
≤0.0 30
13~ 15
13~ 15
0.25 ~ 0.40
W2. 00~ 2.75
退火 820~ 850快 冷
315
705
≤24 8
有较高的耐 热性,用于 内燃机重负 荷排气阀
1Cr18Ni 9Ti
≤0.1 2
≤1.0 0
≤2.0 0
≤0.0 35
≤0.0 30
8~ 11
17~ 19
≤0.03 5
≤0.03 0
≤0.6 0
11.5 ~ 13.5 12~ 14
淬火950~ 1000油冷 回火700~ 750快冷 淬火920~ 980油冷 回火600~ 750快冷
345
540
2Cr13
0.16 ~ 0.25
≤1.00
≤1.0 0
≤0.03 5
≤0.03 0
≤0.6 0
440
635
≥192H B
奥
2Cr21Ni12 N
0.15 ~ 0.28
0.75 ~ 1.25
1.0~ 1.6
≤0.0 35
耐热钢与耐热合金

钛基合金
01
钛基合金是以钛为主要成分的合金,具有轻质、高强、耐腐蚀等优点。
02
钛基合金广泛应用于航空航天、船舶、化工等领域。
03
钛基合金的优点包括优良的高温强度、蠕变强度、抗疲劳性能和耐腐 蚀性能,密度低,减轻设备重量。
04
钛基合金的缺点是加工困难,成本较高,但其使用寿命长,适用于高 温和腐蚀环境。
应用
广泛应用于发动机、涡轮机、热力管道等需要承受交变载荷的设 备。
03 耐热合金的种类与特性
高温合金
01
02
03
04
高温合金是指在高温下具有优 良力学性能和抗氧化、抗腐蚀
能力的合金。
高温合金主要应用于航空航天 、能源、化工等领域,用于制
造高温部件和设备。
高温合金的优点包括良好的高 温强度、蠕变强度、抗疲劳性 能和抗氧化、抗腐蚀能力。
化学性能比较
抗氧化性
耐热合金的抗氧化性通常优于耐热钢,因为合金元素可以形成更 稳定的氧化膜。
抗腐蚀性
耐热合金的抗腐蚀性也优于耐热钢,因为合金元素可以增强钢的钝 化性能。
高温稳定性
在高温环境下,耐热合金的化学稳定性通常优于耐热钢。
机械性能比较
1 2
强度
耐热合金的强度通常高于耐热钢,因为合金元素 可以细化钢的晶粒,从而提高强度。
韧性
在低温环境下,耐热钢的韧性通常优于耐热合金。 但在高温环境下,耐热合金的韧性可能会降低。
3
疲劳强度
耐热合金的疲劳强度通常高于耐热钢,特别是在 循环载荷下。
06 耐热钢与耐热合金的未来 发展与挑战
新材料的研发与应用
研发新型耐热钢与耐热合金,以满足更高温度和更复杂环境下的应用需求。 探索新型的合金元素和制备工艺,以提高材料的抗氧化、抗蠕变和抗腐蚀性能。
耐热钢

铁素体钢
含有较多的铬、铝、硅等元素,形成单相铁素体组织,有良好的抗氧化性和耐高温气体腐蚀的能力,但高温 强度较低,室温脆性较大,焊接性较差。如1Cr13SiAl,1Cr25Si2等。一般用于制作承受载荷较低而要求有高温抗 氧化性的部件。
奥氏体钢
奥氏体钢含有较多的镍、锰、氮等奥氏体形成元素,在 600℃以上时,有较好的高温强度和组织稳定性,焊 接性能良好。通常用作在 600℃以上工作的热强材料。
硼、稀土均为耐热钢中的微量元素。硼溶入固溶体中使晶体点阵发生畸变,晶界上的硼又能阻止元素扩散和 晶界迁移,从而提高钢的高温强度;稀土元素能显著提高钢的抗氧化性,改善热塑性。
分类
珠光体钢 马氏体钢
铁素体钢 奥氏体钢
珠光体钢
耐热钢合金元素以铬、钼为主,总量一般不超过5%。其组织除珠光体、铁素体外,还有贝氏体。这类钢在 500~600℃有良好的高温强度及工艺性能,价格较低,广泛用于制作 600℃以下的耐热部件。如锅炉钢管、汽轮 机叶轮、转子、紧固件及高压容器、管道等。
基本信息
简介
类别
常用于
简介
耐热钢(heat-resisting steels) 在高温条件下,具有抗氧化性和足够的高温强度以及良化钢和热强钢两类。抗氧化钢又简称不起皮钢。热强钢是指在高温下具有 良好的抗氧化性能并具有较高的高温强度的钢。
奥氏体抗氧化钢大多采用高温固溶热处理,以获得良好的冷变形性。奥氏体热强钢则先用高温固溶处理,然 后在高于使用温度60~100℃条件下进行时效处理,使组织稳定化,同时析出第二相,以强化基体。耐热铸钢多在 铸态下使用,也有根据耐热钢的种类采用相应的热处理的。
用途
用途
耐热钢图册 耐热钢
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典型钢种有:16Mo,15CrMo,12Cr1MoV, 12Cr2MoWVTiB,10Cr2Mo1,25Cr2Mo1V,20Cr3MoWV等。
耐热钢标准

耐热钢标准耐热钢是一种具有良好耐高温性能的特殊钢材,广泛应用于航空航天、能源、化工等领域。
本文将从耐热钢的定义、特性、分类、应用领域和发展趋势等方面进行详细介绍。
一、耐热钢的定义耐热钢是一种能够在高温环境下保持良好力学性能和抗氧化性能的特殊钢材。
它具有较高的耐高温稳定性、抗氧化性能和抗蠕变性能,能够在高温下保持较高的强度和硬度,不易软化和变形。
二、耐热钢的特性1. 耐高温稳定性:耐热钢在高温下能够保持较高的强度和硬度,不会发生明显的软化和变形。
2. 抗氧化性能:耐热钢表面形成一层致密的氧化膜,能够有效防止氧化反应,延缓材料的氧化速度。
3. 抗蠕变性能:耐热钢在高温下能够抵抗塑性变形和蠕变现象,保持较好的形状稳定性和尺寸精度。
4. 良好的加工性能:耐热钢具有较好的可塑性和可焊性,可以方便地进行热加工和焊接。
三、耐热钢的分类根据耐热钢的化学成分和性能特点,可以将其分为几个主要类别:1. 铁基耐热钢:主要由铁、铬、镍等元素组成,具有较高的耐高温稳定性和抗氧化性能。
2. 镍基耐热合金:主要由镍、铬、钼等元素组成,具有较高的耐高温稳定性、抗氧化性能和抗蠕变性能。
3. 钨基耐热合金:主要由钨、铼、铬等元素组成,具有极高的耐高温稳定性和抗氧化性能,广泛应用于高温环境中。
4. 铸造耐热钢:主要由铁、铬、镍等元素组成,具有较好的耐高温稳定性和抗氧化性能,适用于大型铸件的制造。
四、耐热钢的应用领域耐热钢广泛应用于航空航天、能源、化工等领域,主要包括以下几个方面:1. 航空航天领域:耐热钢用于制造航空发动机的涡轮叶片、涡轮盘、燃烧室等部件,以及航空航天器的隔热材料。
2. 能源领域:耐热钢用于制造火电站锅炉的超临界和超超临界锅炉管道和受热面,以及核电站的核反应堆压力容器和燃料元件。
3. 化工领域:耐热钢用于制造化工设备的反应器、分离器、石油裂化炉管道等,能够承受高温、高压和腐蚀介质的作用。
4. 其他领域:耐热钢还广泛应用于冶金、机械、汽车等领域,用于制造高温工作环境下的各种零部件和工具。
耐热钢的比热容

耐热钢的比热容一、介绍耐热钢耐热钢是一种高温合金材料,具有优异的高温性能,主要用于制造高温工作环境下的零部件。
它具有良好的耐腐蚀性、抗氧化性和机械强度,能够承受高温下的重载荷。
耐热钢通常被用于航空发动机、石油化工设备、核反应堆等领域。
二、比热容的定义比热容是指物质单位质量在吸收或释放一定量热量时所需要的温度变化。
它是描述物体对热能响应能力的物理量,通常用J/(kg·K)来表示。
三、耐热钢的比热容耐热钢由于其材料特性,其比热容通常较低。
比如INCOLOY 800HT 这种高温合金材料,其比热容为0.46 J/(g·K),而普通碳素钢的比热容则为0.46-0.51 J/(g·K)。
四、影响耐热钢比热容的因素1.组成成分:不同成分的合金材料其比热容也会有所不同。
例如,镍基合金的比热容通常较低,而钼基合金的比热容则较高。
2.温度:温度对于耐热钢的比热容也有一定影响。
随着温度的升高,耐热钢的比热容通常会减小。
3.晶体结构:晶体结构也是影响耐热钢比热容的因素之一。
不同晶体结构的材料其比热容也会有所不同。
五、应用了解耐热钢的比热容对于其在高温环境下的应用具有重要意义。
在制造高温工作环境下零部件时,需要考虑到材料在高温下承受重载荷时所产生的能量释放和吸收问题,而这些问题都与材料的比热容密切相关。
六、总结耐热钢是一种非常重要的材料,在高温工作环境下具有优异性能。
了解其比热容对于设计和制造高温零部件具有重要意义。
影响耐热钢比热容的因素包括组成成分、温度和晶体结构等。
在应用中需要考虑到材料对热能的响应能力,以确保其正常工作。
耐热钢的选用

耐热钢的选用一.什么是耐热钢耐热钢是指在高于450℃条件下工作,并具有足够的强度、抗氧化、耐腐蚀性能和长期的组织稳定性的钢种。
耐热钢从性能上分为热强钢和抗氧化钢(不起皮钢)。
含Ni量很高的耐热钢称为高温合金。
二.耐热钢的分类与适用范围:见附表一【附表一】耐热钢的分类与适用范围三.常用耐热钢的化学成分与机械性能:见附表二;附表三【附表二】常用耐热钢的主要化学成分%.KY10 ㈢。
高温耐蚀合金:四.更高使用温度的钢种㈡.高温耐蚀合金:KF62 KanthalAPM:㈠.【附表三】常用耐热钢的室温力学性能【附表四】常用耐热钢的抗氧化性能注:氧化增重是质量指标;()为失重速度;五。
耐热钢的应用性能㈠.耐热钢的高温腐蚀耐热钢在高温下使用,根据使用温度的高低,环境因素的不同,不同的钢种会受到不同性质、不同程度的腐蚀·主要包括:1.高温氧化(狭义)3耐热钢的狭义高温氧化是指耐热钢在高温下与氧气反应生成金属氧化物的过程。
氧气可以是纯氧,或是含氧的干燥空气。
这是最基本、最基础的耐热钢腐蚀21﹣﹣。
该数值愈小,耐热钢的h·cm·现象。
其氧化的程度以氧化增重量表示:g抗氧化性能愈强。
水蒸气加速高温氧化过程;外加载荷加速高温氧化过程。
常用耐热钢的抗氧化性能比较见附表四。
2.高温碳化高温碳化是指耐热钢在高温下含C及其化合物的还原气氛中与其反应生成碳化物的过程。
增重愈小,耐热钢的抗增碳性能力愈强。
能力的大小取决于耐热钢表面产生的保护性氧化膜的致密性与稳定性。
3.高温硫化高温硫化是指耐热钢在高温下的氧化性或还原性含硫介质中与其反应生成硫化物的过程。
耐热钢在含硫介质中经受氧化、还原、和抵抗硫腐蚀三重作用。
腐21–表示。
–cm ·hmm蚀能力以腐蚀速率·4.高温氮化高温氮化是指耐热钢在高温下的氮气或含氮介质中与其反应生成氮化物的过程。
耐热钢抵抗高温氮化腐蚀的能力大小取决于钢中元素与氮的亲和力。
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锅炉管子材料是以105h断裂的应力值作为持久强度,并以
t 105
表示,单位是
MPa。
• 持久强度表示钢材在高温和应力长期作用下抵抗断裂的能力,其数值越大, 说明使之断裂所需的外力越大,即钢材在高温时能够承受外力的能力越大。 持久强度是耐热钢高温强度计算的依据,也是选用锅炉和汽轮机零部件用钢 的重要技术指标。
• 钢在常温下和高温下的断裂形式不同,说明温度对晶内强度和晶界强度的 影响不同,这也意味着晶粒的大小对刚才强度的影响与温度密切相关。在 常温下细晶粒对强度有利,而高温时(超过等强度温度)晶粒粗一些对强 度有利。
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二、蠕变
(一)蠕变的概念
金属在一定的温度和应力的作用下,随着时间的增加,缓慢地发生塑性变形的现象,称 为蠕变。某些低熔点的金属(如铅,锡等)在室温下也会发生蠕变。碳钢当温度超过 350℃,低合金钢当温度超过350-400℃,在应力的长期作用下都有蠕变现象。
温度越高,应力越大,蠕变的速度也就越快。蠕变的形变量,叫做蠕胀。
蠕变现象严重会造成管壁的减薄,甚至会引起爆管,因此,抗蠕变能力的饿大小(蠕 变极限)是衡量耐热钢高温机械性能的一个重要技术指标。
高压锅炉和气轮机设备,可能引起蠕变的零部件很多,例如蒸汽过热器的蛇形管及其出口联箱, 过热蒸汽管道和紧固件等。
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• 不同的金属材料进行实验时,得到的蠕变曲线是不同,同一种金属材料的 蠕变曲线也随着实验条件(温度,应力)的不同而不同。应力和温度对蠕 变曲线的影响,如图5-4,图5-5所示。
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(三)蠕变强度
• 工程上用蠕变极限作为蠕变抗力的技术指标。
• ab——蠕变第一阶段。这是蠕变的不稳定阶段,金属以逐渐减慢的的变形 速度积累着塑性变形。这一阶段的蠕变速度是很大的。
• bc——蠕变第二阶段。这是金属以恒定的蠕变速度产生塑性变形的阶段, 这一阶段蠕变速度很小,bc近似直线,角a的正切表示蠕变速度。
• cd——蠕变第三阶段。这是蠕变的最后阶段,金属以逐渐增加的变形速度 积累着塑性变形量,直至d点发生断裂。
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• 另一种方法是以一定的工作温度下,规定的工作时间内,钢材发生一定的
总变形量时的应力值来表示。热力设备零部件用钢中规定工作时间为h(约
12a),总变形量1%蠕变极限就写成 在温度t时的蠕变极限。
t 1
105
。有时也以
t 110-5
表示
三、持久强度
• 钢材在高温下进行长时间的拉伸试验,其断裂时的应力值,叫做持久强度。
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• 晶内强度与晶界强度相等的温度,称为等强度温度(等强度)。如果工作 温度超过等强度温度,刚才的破坏形式就开始转为晶粒之间的破坏(沿晶 破坏),即在晶界处因晶粒之间的相对滑移而产生裂纹,然后裂纹沿晶界 扩展,导致脆性断裂。
• 等强度温度与载荷速度(形变速度)等因素有关。等强度温度随着载荷速 度的降低而下降。在热力设备中,有些零部件实在高温和应力的长期作用 下(相当与载荷速度很小的情况下)工作的,刚才的破坏往往属于晶粒间 的脆性断裂,在高速载荷下,如短期超温爆管(相当与冲击或短时拉伸), 等强度温度就比较高,又会产生晶内(穿晶)塑性断裂的形式。
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• 金属的强度是由晶内强度(晶粒内原子的引力)和晶界强度(晶界的结合力) 两部分所组成。
• 常温下晶界强度大于晶界强度,这是因为晶界的原子排列不规则,而且晶体 缺陷又较多,从而具有较大的抗变形能力,金属的破坏总是带有金属内破坏 (穿晶破坏)的特点。
• 随着温度的升高,晶内强度和晶界强度都将下降。但晶界的原子比晶内的原 子更不稳定,晶界的缺点又比晶内的多,在较高温度下原子的扩散速度就大, 因此晶界强度的下降速度就快。到达某一温度后,晶界强度就底于晶内强度, 如图5-2所示。
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(二)蠕变曲线
描述金属蠕变整个形变过程的曲线,叫做蠕变曲线。典型的蠕变曲线如图5-3 所示。
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• 蠕变的变形过程分为三的阶段:
• oa——开始部分。这是加上载荷所引起的瞬间变形。如果所加的应力值超 过了该温度下的弹性极限,这种变形实际上包括弹性变形和塑性变形两部 分。这一变形还不标志蠕变现象,而是外力家上后所引起的一般变形现象。
电厂金属材料
第五章 高温下能够保持化学稳定性(耐腐蚀、不起皮)得品质, 叫做钢的热稳定性;钢在高温下具有足够强度的品质,叫做 钢的热强性。具有热稳定性和热强性的钢,称为耐热钢。
•火电厂热力设备中很多零部件是在高温、高压和腐蚀介质中长期工作的。因此,这些零部件需 用耐热钢制造。此外,耐热钢还用来制造汽车和飞机发动机的排气阀,化学热处理设备中的耐 热构件等。
• 蠕变强度通常有两种表示方法。一种方法是以一定的工作温度下引起规定的 第二阶段蠕变速度的应力值来表示。
• 热力设备零部件用钢中规定的蠕变速度,一般是
1 10 4 % V
h
1 10 5 % V
h
或
•蠕变极限就相应写成 110-5 或
。有时也以 或 110-4
t 10-5
t 10-4
表示在温度t时的蠕变极限,单位是MPa。
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第一节 耐热钢的高温性能
一、高温对钢材强度的影响
• 钢材的工作温度超过某一温度后,钢的抗拉强度Rm要降低;钢材在高温下使 用的时间越长,其强度极限也会越低。
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电厂金属材料 • 机械性能温度和实践的关系,可用强度极限与温度的关系曲线表示,如图5-1所示。
• 铁及其合金在200~300℃时的强度比室温时高,其脆性也比室温时大,这种现象称为 兰脆。
• 从5-1中还可以看出,350℃以上时抗拉强度逐渐下降,强度曲线分为两根,上面的一 根为快速试验时的强度曲线,下面的一根为缓慢试验时的强度曲线。
应力超过上面的曲线时,试样就断裂; 应力低于下面的曲线时,一般认为试样 不会发生断裂;应力位于两根曲线之间 时,试样断裂需经过一定的时间。应力 越接近上面的曲线,试样断裂所经历的 时间越短。