耐热钢和铁基耐热合金
耐热钢
耐热钢在高温条件下，具有抗氧化性和主够的高温强度以及良好的耐热性能的钢称作耐热钢。
耐热钢包括抗氧化钢和热强钢两类。
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。
耐热钢主要用于在高温下长期使用的零件heat-resisting steels在高温下具有较高的强度和良好的化学稳定性的合金钢。
它包括抗氧化钢(或称高温不起皮钢)和热强钢两类。
抗氧化钢一般要求较好的化学稳定性，但承受的载荷较低。
热强钢则要求较高的高温强度和相应的抗氧化性。
耐热钢常用于制造锅炉、汽轮机、动力机械、工业炉和航空、石油化工等工业部门中在高温下工作的零部件。
这些部件除要求高温强度和抗高温氧化腐蚀外，根据用途不同还要求有足够的韧性、良好的可加工性和焊接性，以及一定的组织稳定性。
中国自1952年开始生产耐热钢。
以后研制出一些新型的低合金热强钢，从而使珠光体热强钢的工作温度提高到600～620℃；此外，还发展出一些新的低铬镍抗氧化钢种。
耐热钢和不锈耐酸钢在使用范围上互有交叉，一些不锈钢兼具耐热钢特性，既可用作为不锈耐酸钢，也可作为耐热钢使用。
合金元素的作用铬、铝、硅这些铁素体形成的元素，在高温下能促使金属表面生成致密的氧化膜，防止继续氧化，是提高钢的抗氧化性和抗高温气体腐蚀的主要元素。
但铝和硅含量过高会使室温塑性和热塑性严重恶化。
铬能显著提高低合金钢的再结晶温度,含量为2％时，强化效果最好。
镍、锰可以形成和稳定奥氏体。
镍能提高奥氏体钢的高温强度和改善抗渗碳性。
锰虽然可以代镍形成奥氏体，但损害了耐热钢的抗氧化性。
钒、钛、铌是强碳化物形成元素，能形成细小弥散的碳化物，提高钢的高温强度。
钛、铌与碳结合还可防止奥氏体钢在高温下或焊后产生晶间腐蚀。
碳、氮可扩大和稳定奥氏体，从而提高耐热钢的高温强度。
钢中含铬、锰较多时，可显著提高氮的溶解度，并可利用氮合金化以代替价格较贵的镍。
硼、稀土均为耐热钢中的微量元素。
耐热钢
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按制备工艺分类，有变形高温合金， 按制备工艺分类，有变形高温合金，铸造 高温合金和粉末冶金高温合金。 高温合金和粉末冶金高温合金。 按强化方式分类，有固溶强化型、 按强化方式分类，有固溶强化型、沉淀强 化型、金属间化合物、 化型、金属间化合物、氧化物弥散强化型 和纤维强化型等。 和纤维强化型等。 铁基、 铁基、钴基和镍基合金的使用温度一般不 超过1000℃，温度再高就必须选用难熔金 超过 ℃ 指熔点高于1650℃的金属）或其合金 属（指熔点高于 ℃的金属）
Chapter 7 耐热钢和高温合金
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• 耐热钢和高温合金是指在高温下工作并具有 一定强度和抗氧化、耐腐蚀能力的金属材料。 一定强度和抗氧化、耐腐蚀能力的金属材料。 • 耐热钢按合金元素多少通常可以分为两类： 耐热钢按合金元素多少通常可以分为两类： 在低合金结构钢基础上发展起来的低合金珠 光体型热强钢； 光体型热强钢； 在不锈钢基础上发展起来的高合金专用耐热 钢。
三、合金元素对化学稳定性的影响
1、Cr、Al、Si改善钢的化学稳定性。 、 、 、 改善钢的化学稳定性 改善钢的化学稳定性。 • Cr、Al、Si提高 提高FeO出现的温度，改善钢的高温 出现的温度， 、 、 提高 出现的温度 化学稳定性。 化学稳定性。 钢表面氧化膜的结构： 外层： 钢表面氧化膜的结构 ： 外层 ： Fe 2 O 3 ； 中间层 Fe 3 O4 ； 内层 内层FeO，当 FeO出现时钢的氧化速度 ， 出现时钢的氧化速度 剧增。 剧增。 • Cr、Al含量较高时， 钢的表面出现致密的 2O3 含量较高时， 、 含量较高时 钢的表面出现致密的Cr 保护膜。 或Al2O3保护膜。 • 含硅钢中生成 2 SiO4 氧化膜 ， 具有良好的保护 含硅钢中生成Fe 氧化膜， 作用。 作用。 10 • Cr是提高抗氧化能力的主要元素，Al也能单独提 是提高抗氧化能力的主要元素， 也能单独提 是提高抗氧化能力的主要元素 耐热钢的工作条件及性能 7.1 高钢的抗氧化能力。 高钢的抗氧化能力。
钢的分类
钢的分类钢的分类钢是以铁、碳为主要成分的合金，它的含碳量一般小于2.11% 。
钢是经济建设中极为重要的金属材料。
钢按化学成分分为碳素钢（简称碳钢）与合金钢两大类。
碳钢是由生铁冶炼获得的合金，除铁、碳为其主要成分外，还含有少量的锰、硅、硫、磷等杂质。
碳钢具有一定的机械性能，又有良好的工艺性能，且价格低廉。
因此，碳钢获得了广泛的应用。
但随着现代工业与科学技术的迅速发展，碳钢的性能已不能完全满足需要，于是人们研制了各种合金钢。
合金钢是在碳钢基础上，有目的地加入某些元素（称为合金元素）而得到的多元合金。
与碳钢比，合金钢的性能有显著的提高，故应用日益广泛。
由于钢材品种繁多，为了便于生产、保管、选用与研究，必须对钢材加以分类。
按钢材的用途、化学成分、质量的不同，可将钢分为许多类：一．按用途分类按钢材的用途可分为结构钢、工具钢、特殊性能钢三大类。
结构钢：1.用作各种机器零件的钢。
它包括渗碳钢、调质钢、弹簧钢及滚动轴承钢。
2．用作工程结构的钢。
它包括碳素钢中的甲、乙、特类钢及普通低合金钢。
工具钢：用来制造各种工具的钢。
根据工具用途不同可分为刃具钢、模具钢与量具钢。
特殊性能钢：是具有特殊物理化学性能的钢。
可分为不锈钢、耐热钢、耐磨钢、磁钢等。
二．按化学成分分类按钢材的化学成分可分为碳素钢和合金钢两大类。
碳素钢：按含碳量又可分为低碳钢（含碳量≤0.25%）；中碳钢（0.25%＜含碳量＜0.6%）；高碳钢（含碳量≥0.6%）。
合金钢：按合金元素含量又可分为低合金钢（合金元素总含量≤5%）；中合金钢（合金元素总含量=5%--10%）；高合金钢（合金元素总含量＞10%）。
此外，根据钢中所含主要合金元素种类不同，也可分为锰钢、铬钢、铬镍钢、铬锰钛钢等。
三．按质量分类按钢材中有害杂质磷、硫的含量可分为普通钢（含磷量≤0.045%、含硫量≤0.055%；或磷、硫含量均≤0.050%）；优质钢（磷、硫含量均≤0.040%）；高级优质钢（含磷量≤0.035%、含硫量≤0.030%）。
耐热钢及高温合金
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§6.1 钢的 热稳定性和 热稳定性钢
牌号 典型钢种 应用 热处理工艺？
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第六章 耐热钢和高温合金
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第六章 耐§热5钢和特高殊温性合能金钢
§6.2 金属的热强性
高温力学性能指标：
①蠕变极限：材料在高温长期载荷下对缓慢
塑性变形（即蠕变）的抗力；以
1、抗蠕变、抗热松弛和热疲劳性能及抗氧化能力 2、介质中抗腐蚀能力和足够韧性 3、良好加工性能和焊接性 4、合理的组织稳定性
用 途：制造工业加热炉、 热工动力机械（如内燃机）、 石油及化工机械与设备等。
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第六章 耐热钢和高温合金
§6.1 钢的热稳定性和热稳定性钢
一、钢的抗氧化性能及其提高途径 失效：高温下强度不足、表面氧化腐蚀 要求：较好的热稳定性 热稳定性：钢在高温下抗氧化或抗高温介质腐蚀
种类：
1、热稳定钢 高温下抗氧化或抗高温介质腐 蚀而不破坏的钢种。
2、热强钢 高温下具有一定抗氧化能力并具 有足够强度而不产生大量变形或断裂的钢种。
失效形式：高温下强度不足、表面氧化腐蚀
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第六章 耐热钢和高温合金
§6.1 钢的热稳定性和热稳定性钢
服役条件：高温下工作（影响化学稳定性、降强度） 性能要求：
§6.1 §钢6的.2 热金稳属定的性热和强热性稳定性钢
2、提高钢的热强性途径
①基体(固溶)强化元素Cr、Ni、W、Mn、Mo、Nb等，形成单相组 织并提高再结晶温度。
原理：提高原子结合力，降低扩散系数
②第二相沉淀强化元素V、Ti、Nb、Al等，形成细小弥散分布的 稳定碳化物(VC、TiC、NbC)或稳定性更高的金属间化合物(Ni3Ti、 Ni3Nb、Ni3Al)，获得第二相沉淀强化效果并提高组织稳定性。
耐热钢铸件 耐热钢
耐热钢铸件耐热钢耐热钢铸件工业使用耐热钢总论耐热钢是指在高温下工作的钢材。
耐热钢铸件的发展与电站、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，耐热钢铸件的使用温度范围为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，耐热钢铸件也在不断地发展。
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。
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
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。
耐热钢及耐热合金
10.3 珠光体及马氏体耐热钢
10.3.1 珠光体耐热钢 一、概述 定义：珠光体耐热钢指在正火状态下，显微组 织是珠光体的耐热钢。 应用：石油化工，动力工业 分类：低碳珠光体耐热钢和中碳珠光体耐热钢。
二、低碳珠光体耐热钢（锅炉管子用钢）
内燃机排气阀用钢
工作环境：700-850℃，燃气中含有Na，S，V等气 体和盐类介质
损伤形式：机械疲劳，热疲劳，气体冲刷等 性能要求：高温强度，硬度，韧性，抗氧性，耐
蚀性，组织稳定 成分特点：添加Si提高抗氧化性，Mo提高淬透性和
第二类回火脆性 代表钢种：4Cr9Si2，4Cr14Ni14W2Mo
固溶强化型
合金化特点 低碳，主加元素为Cr，Ni形
成奥氏体组织，添加W，Mo固溶 强化提供固溶强化
特点：焊接及冷加工成型性好 使用环境：温度较高，承受载
荷不大的零件上，如高温传送 带，喷气发动机的喷嘴等
代表钢种：Incoloy800 『Cr20Ni32』
碳化物沉淀强化型
化学成分特点 高Cr，Ni％以形成奥氏体； 含有强碳化物形成元素：W，Mo，Nb，V等； 特点：以碳化物为沉淀强化相 热处理：铸态使用或锻轧后经固溶处理＋时效处理后使用 代表钢种：4Cr25Ni20（HK40）
二、中碳珠光体耐热钢（紧固件及汽轮机转子用钢）
使用环境特点： 温度低于锅炉管子 承受扭转，弯曲，震动所产生的应力和温度梯度引起的热应力
性能要求 较高的热强性，热疲劳性，高温塑性，韧性的综合性能
加工 一般采用锻造加工，少用焊接
合金化特点 含碳量较高＋Cr，Mo（提高淬透性和回火稳定性）＋适量的Ti， Nb，V，B等。
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6.2珠光体型热强钢 6.2珠光体型热强钢
6.2珠光体型热强钢 6.2珠光体型热强钢
二、中碳珠光体型热强钢
1.中碳珠光体型热强钢的典型钢种及应用 中碳珠光体型热强钢的典型钢种及应用 使用温度低于过热蒸气管道的温度，但对强度要求 比低碳珠光体型耐热钢要高。 这类钢对应于中碳低合金调质钢，制造工艺上一般 采用热锻成形，较少要求冷弯、焊接的耐热结构件。 主要用于制作汽轮机等耐热紧固件，汽轮机转子 （主轴、叶轮等）。 典型钢种为25Cr2Mo1VA，20Cr1Mo1VNbTiB， 20Cr1Mo1VTiB，35Cr2MoV、33Cr3WMoV 等。
6.2珠光体型热强钢 6.2珠光体型热强钢
6.3 马氏体型热强钢
Hale Waihona Puke 一、汽轮机叶片用钢• 汽轮机叶片工作温度在 汽轮机叶片工作温度在450℃~620℃范围内，和锅炉管 ℃ ℃范围内， 工作温度相近，但要求更高的蠕变强度、 工作温度相近，但要求更高的蠕变强度、耐蚀性和耐腐蚀 磨损性能。 磨损性能。 • Cr13 型马氏体不锈钢经过热处理后，在大气、蒸气中具 型马氏体不锈钢经过热处理后，在大气、 有较高的机械性能和良好的耐蚀性。 有较高的机械性能和良好的耐蚀性。 • Cr13 型马氏体热强钢的热处理工艺通常采用 1000℃~1150℃油淬，650℃~750℃高温回火，得 ℃ ℃油淬， ℃ ℃高温回火， 到回火屈氏体和回火索氏体组织， 到回火屈氏体和回火索氏体组织，以保证在使用温度下组 织和性能的稳定。 织和性能的稳定。 • 它们常用于制造使用温度低于 它们常用于制造使用温度低于580℃的汽轮机和燃气轮机 ℃ 的叶片。如前级叶片温度较高，可选用1Cr13；后级温 的叶片。如前级叶片温度较高，可选用 ； 度略低，冲刷磨损增加，故选用2Cr13。 度略低，冲刷磨损增加，故选用 。
6.2珠光体型热强钢 6.2珠光体型热强钢
（2）主加合金元素是铬和钼，辅加元素是V、Ti、Nb、 W 等。 提高钢的热强性的途径有固溶强化和第二相强化。 固溶强化即加入合金元素固溶强化铁素体基体（包 括珠光体和索氏体中的铁素体），以提高钢的热强 性和再结晶温度； 第二相强化即利用合金元素形成第二相并强化第二 相，如加入合金元素形成一定数量的碳化物，并通 过合金化稳定碳化物，使形成的碳化物不仅在高温 下不易球化，不易石墨化，而且在400℃~620℃形 成弥散分布的、稳定性高的、不易聚集长大的碳化 物，保持弥散强化作用。
Chapter 6 耐热钢和铁基耐热合金
耐热钢和高温合金是指在高温下工作并具有一定强 度和抗氧化、耐腐蚀能力的金属材料。 耐热钢按合金元素多少通常可以分为两类： 在低合金结构钢基础上发展起来的低合金珠光体型 热强钢； 在不锈钢基础上发展起来的高合金专用耐热钢。 专用耐热钢按对使用性能的要求可以分为热强钢和 热稳定钢。 热强钢是指在高温下有一定抗氧化能力并具有足够 强度而不产生大量变形或断裂的钢种，如高温螺栓、 涡轮叶片等。 热稳定钢是指在高温下抗氧化或抗高温介质腐蚀而 不破坏的钢种，如炉底、炉栅等。又称抗氧化钢。
三、合金元素对化学稳定性的影响
1、Cr、Al、Si改善钢的化学稳定性。 Cr、Al、Si提高FeO出现的温度，改善钢的高温化学稳定 性。 钢表面氧化膜的结构：外层：Fe2O3；中间层Fe3O4；内 层FeO，当FeO出现时钢的氧化速度剧增。 Cr、Al含量较高时，钢的表面出现致密的Cr2O3或Al2O3保 护膜。 含硅钢中生成Fe2SiO4氧化膜，具有良好的保护作用。 Cr是提高抗氧化能力的主要元素，Al也能单独提高钢的抗 氧化能力。 Si由于增加钢的脆性，加入量受到限制，只能作辅加元素。
6.2珠光体型热强钢 6.2珠光体型热强钢
主加元素铬和钼是铁素体基体的最有效的强化元素， 使这类钢的热强性大为提高。但仅经过铬和钼固溶 强化的铁素体在工作温度和应力的长期作用下，会 缓慢地向碳化物中富集，而铁和锰等其它元素则被 排挤到固溶体中去，产生合金元素在使用过程中的 再分配现象，其结果将导致固溶体中的强化元素减 少，热强性下降。为此钢中还需加入一定量的辅加 元素，以减少合金元素的再分配趋势，如常加入的 辅加元素主要有V、Ti、Nb 等，这些合金元素与碳 形成稳定的碳化物，使铬和钼等的固溶强化元素难 以发生向碳化物转移的再分配现象，从而保持固溶 体的强化特性。
6.1 耐热钢的工作条件及性能
四、耐热钢和耐热合金抗氧化 和气体腐蚀级别
腐蚀速度≤0.1mm／年：完全抗氧化； ／ 腐蚀速度 完全抗氧化； 腐蚀速度＜ 为抗氧化； 腐蚀速度＜0.1-1.0 mm／年：为抗氧化； ／ 腐蚀速度＜1.0 –3.0mm／年：为次抗氧化； 腐蚀速度＜ ／ 为次抗氧化； 腐蚀速度＜ 为弱抗氧化; 腐蚀速度＜3.0-10.0mm／年：为弱抗氧化 ／ 腐蚀速度＞ 为不抗氧化。 腐蚀速度＞10.0mm／年：为不抗氧化。 ／
6.2珠光体型热强钢 6.2珠光体型热强钢
2．中碳珠光体型热强钢的合金化 ．
在低碳珠光体型热强钢的基础上适当地提高碳含量以提高室 温下的屈服极限； 温下的屈服极限； 增加Cr、 、 含量，促进正火后的贝氏体转变量， 增加 、Mo、V 含量，促进正火后的贝氏体转变量，得到 具有高的松弛稳定性的贝氏体组织。 具有高的松弛稳定性的贝氏体组织。 典型钢种25Cr2Mo1VA制做螺栓在运行过程中， 制做螺栓在运行过程中 典型钢种25Cr2Mo1VA制做螺栓在运行过程中，会发生碳化 物沿晶界析出，易引起脆性断裂，因此又发展了 物沿晶界析出，易引起脆性断裂， 20Cr1Mo1VNbTiB和20Cr1Mo1VTiB 两个耐热紧固件钢种。 两个耐热紧固件钢种。 和 这两种钢采用较低的C 含量， 这两种钢采用较低的 含量，进一步加入稳定碳化物的元素 Nb、Ti 等，并采用 强化晶界，从而使其不但具有高的持久 并采用B 强化晶界， 、 强度，而且具有高的持久塑性，主要用于570℃左右工作的紧 强度，而且具有高的持久塑性，主要用于 ℃ 固件上。 固件上。
6.1 耐热钢的工作条件及性能
一、耐热钢的工作条件及性能要求
工作条件： 工作条件： 在高温下承受各种载荷，如拉伸、弯曲、扭转、 在高温下承受各种载荷，如拉伸、弯曲、扭转、 疲劳和冲击等； 疲劳和冲击等； 与高温蒸汽、空气或燃气接触， 与高温蒸汽、空气或燃气接触，表面发生高温 氧化或气体腐蚀。 氧化或气体腐蚀。 性能要求： 性能要求： 良好的高温强度及塑性；有足够的化学稳定性。 良好的高温强度及塑性；有足够的化学稳定性。
6.1 耐热钢的工作条件及性能
二、高温强度指标
蠕变 钢和合金在温度和应力作用下将发生连续而缓慢 的变形。 1、蠕变强度 1 在某温度下，在规定时间达到规定变形时所能承 受的应力。 2、持久强度 在规定温度和规定时间断裂所能承受的应力。 3、持久寿命 在规定温度和规定应力作用下断裂的时间。
6.1 耐热钢的工作条件及性能
6.2珠光体型热强钢 6.2珠光体型热强钢
3．中碳珠光体型热强钢的热处理 ． 一般采用油淬加高温回火。 回火通常要求高于使用温度100℃左右。 如用于要求良好的综合机械性能的场合（例 如制造转子），还可以采用正火获得低碳贝 氏体，然后再进行回火。 表6-1 为典型的珠光体型热强钢的化学成分。 表6-2 为典型的珠光体型热强钢的力学性能、 主要特性和用途举例。
6.2珠光体型热强钢 6.2珠光体型热强钢
2．低碳珠光体型热强钢的合金化 （1）低碳，一般为0.08%~0.20%。 一方面可使钢基体组织保持有大量的铁素体， 一方面 利用铁素体的高熔点和组织稳定性的特点获 得良好的耐热性；而且使钢中碳化物数量相 对较少，钢中的珠光体不易发生球化，珠光 体中的渗碳体也不易发生石墨化，这有利于 组织稳定。 另一方面， 另一方面，低碳还使钢具有良好的加工工艺 性能（如容易轧制、穿管、拉拔、延伸、焊 接、冷弯等）。
6.2珠光体型热强钢 6.2珠光体型热强钢
3．低碳珠光体型热强钢的热处理
采用正火加高温回火。 正火的温度通常选择得较高，即980℃~1020℃， 以使碳化物完全溶解并均匀分布。正火可以得到 相当数量的贝氏体组 织，工艺简便，生产上容易控制。 回火温度一般采用高于使用温度100℃~150℃， 通常为720℃~740℃，2h~3h。 钢经热处理后的高温力学性能如图6-1 所示。
6.1 耐热钢的工作条件及性能
2、稀土金属或碱土金属提高钢的抗氧化能力， 稀土金属或碱土金属提高钢的抗氧化能力， 稀土金属或碱土金属提高钢的抗氧化能力 特别在1000℃以上，使高温下晶界优先氧化 特别在 ℃以上， 的现象几乎消失。。 的现象几乎消失。。 3、W或Mo降低钢和合金的抗氧化能力。 降低钢和合金的抗氧化能力。 、 或 降低钢和合金的抗氧化能力 氧化膜内层贴着金属生成含W和 的氧化物 的氧化物， 氧化膜内层贴着金属生成含 和Mo的氧化物， 具有低熔点和高挥发性， 而MoO3和WO3具有低熔点和高挥发性，使抗 和 具有低熔点和高挥发性 氧化能力变坏。 氧化能力变坏。 4、H降低化学稳定性。 降低化学稳定性。 、 降低化学稳定性 高于400℃的水蒸气能使钢氧化。 高于 ℃的水蒸气能使钢氧化。 3Fe+4H2O=Fe3O4+2H2 扩散到钢中将引起脱碳， 当H扩散到钢中将引起脱碳，生成甲烷，并在 扩散到钢中将引起脱碳 生成甲烷， 晶界析出，引起裂缝，即氢腐蚀。 晶界析出，引起裂缝，即氢腐蚀。
6.1 耐热钢的工作条件及性能
作业： 1、高温强度指标有哪些？ 2、合金元素对钢的化学稳定性有哪些影响？
6.1 耐热钢的工作条件及性能
6.2珠光体型热强钢 6.2
一、低碳珠光体型热强钢
1.低碳珠光体型热强钢的典型钢种及应用 500℃~620℃以下的热强钢； 12Cr1MoV 和12Cr2MoWSiVTiB 等； 12Cr1MoV用于540℃的导管或580℃的过热 蒸汽管，而12Cr2MoWSiVTiB 用于 600℃~620℃的过热器管。
6.2珠光体型热强钢 6.2珠光体型热强钢
对于第二相强化，合金化的主要目的不仅是获得一 定数量的强碳化物相，更重要的是阻止珠光体的球 化和碳化物的聚集，阻止钢中的C 发生石墨化，保 证并促进碳化物弥散强化。 影响碳化物球化及聚集长大的主要因素是服役温度、 时间和材料的化学成分。就化学成分而言，由于这 种变化是通过C 原子的扩散进行的，因此这种珠光 体球化及碳化物的聚集长大倾向随着碳含量的增加 而增加；在钢中凡是降低碳的扩散速度和增加合金 碳化物稳定性（或原子结合力）的元素，如Cr、Mo、 V、Ti 等均能阻碍或延缓珠光体球化及碳化物的聚 集长大过程。