耐热钢生产工艺
珠光体耐热钢的主要特点与焊接工艺措施
珠光体耐热钢的主要特点与焊接工艺措施以铬——钼为基的低、中合金珠光体耐热钢（包括贝氏体钢），是电力、石油、化工等工业高温条件（600℃以下）工作的重要金属材料，广泛地使用于235~550℃温度范围，不仅有很好的抗氧化性（又称热稳定性）和热强性（又称高温强度），还有比较好的耐硫腐蚀和耐氢腐蚀的性能。
这种钢的合金元素相对较少，价格便宜;同时还具有良好的冷、热加工工艺性能，为其它耐热材料所不及。
一、珠光体耐热钢的主要耐热特点。
1、高温强度高。
衡量耐热钢高温强度的指标是蠕变强度和持久强度。
影响耐热钢高温强度的主要因素是它的成分。
钼本身的熔点很高，因而能显著提高金属的高温强度，所以，珠光体耐热钢都含钼。
铬钼钢中加入钒，组成铬钼钒钢。
加入钒后，能强烈地形成碳化钒。
碳化钒呈弥散状分布，阻碍高温时金属组织的塑性变形。
另外，由于碳与钒化合，保证了钼能全部进入固溶体中。
钒的这两个作用都能提高高温强度。
加入少量的钨、铝、硼等元素，其目的也是为了提高高温强度。
2、高温抗氧化性强。
加入铬，在金属表面形成致密的氧化铬保护膜，从而防止内部金属受到氧化。
铬除了能提高钢材的高温抗氧化性以外，还可以提高钢材高温耐腐蚀性。
碳对耐热钢的高温抗氧化性极为不利，所以，铬钼耐热钢中的含碳量一般低于%。
二、珠光体耐热钢的主要焊接弱点及防止措施。
珠光体耐热钢焊接时，在焊接区存在着易产生冷裂纹、热裂纹和再热裂纹的可能，焊接接头韧性低，长期使用后的回火脆性、蠕变脆性、氢脆性和应力腐蚀裂纹等问题。
— 1/3 —— 1/3 —1、焊接接头易产生冷裂纹——焊接接头冷却到室温后产生的裂纹。
珠光体耐热钢，由于含有铬、钼、钒等元素，加热后在空气中冷却时，具有明显的淬火倾向，焊接时在焊缝和热影响区，很容易出现硬而脆的马氏体组织。
这不仅影响焊接接头的机械性能，而且产生很大的内应力，常常导致焊缝的热影响区产生冷裂纹，这是珠光体耐热钢最常见的焊接缺陷之一。
（1）焊缝及热影响区硬度倾向与下列因素有关：]。
汽车耐热钢紧固件材料及热处理工艺
图14原方案缸盖顶面温度场5结论本文通过CFD及有限元热机耦合相结合的方法，找到一种有效降低气缸体两缸之间温度的设计方案，为后续改进设计提供了帮助。
同时获得了气缸体、气缸盖的温度场，可以提供给计算气缸体、气缸盖等零部件的强度提供边界。
参考文献:[1]白曙，姜树李，陈煜，董非.柴油机冷却系统的数值模拟[J].机械设计与制造，2010（6）.[2]喆叶伊苏，辛.车用柴油机冷却水套的CFD分析与优化[J].柴油机，2009（1）.[3]楼狄明，高杨，谭丕强，于伟峥.非道路用柴油机缸体冷却水流场试验与CFD分析[J].车用发动机，2008（z1）.内燃机与配件牌号热处理工艺螺栓抗拉强度/MPa硬度/HV ML06Cr15Ni25Ti2MoAlVB ML04Cr11Nb ML41CrMoV ML21CrMoV 14Cr17Ni2NiCr20TiAl 固溶温度：970~990℃水冷或空冷；时效温度：710~730℃空冷或缓冷退火温度：730~750℃空冷或缓冷淬火温度：880~910℃油冷；回火温度：670~710℃淬火温度：900~930℃油冷；回火温度：680~720℃淬火温度：960~1000℃水或油冷；回火温度：650~700℃固溶温度：1050~1090℃空冷或水冷；时效温度：830~860℃+690~720℃二次时效、空冷950~1150≤485850~1000700~850861~10341000~1300287~367180~285272~320225~272253~304320~417表3耐热钢紧固件技术要求及热处理工艺牌号典型的热处理制度螺栓抗拉强度Rm/MPa螺栓屈服强度R P0.2/MPa 断后伸长率A/%断面收缩率Z/%ML06Cr15Ni25Ti2MoAlVB （GH2132）ML04Cr11Nb ML41CrMoV ML21CrMoV 14Cr17Ni2（1Cr17Ni2）NiCr20TiAl （GH4080A ）+AT+P+A +QT +QT +QT +AT+P900~1150≤485850~1000700~850861~10341000~1300600270700550690≥600152014160.25d 12/604560//表2耐热钢紧固件室温性能基本数据注：①14Cr17Ni2相当于JIS G 4303SUS431，NiCr20TiAl 相当于ASTM B637UNS 07080。
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。
耐热钢铸造工艺流程
耐热钢铸造工艺流程耐热钢是一种极具可靠性的耐热材料，具有耐热性、耐酸性、耐磨性等性能，是目前工业上最常用的材料之一。
耐热钢的铸造工艺流程是极具价值的关键环节，涉及到许多关键因素，影响到成品的质量、性能及使用寿命等。
因此，对耐热钢的铸造工艺流程有必要进行全面的分析和研究。
耐热钢的铸造工艺流程应当遵循的，包括：一、铸造前的工艺准备1、原材料准备耐热钢的铸造需要采用高质量的原料，以确保产品的性能及质量，因此原材料的挑选和检验是非常重要的，应当根据不同的产品要求选择相应的原料。
2、模具准备模具是耐热钢铸件性能、质量、精度及材料流动机理均与之密切相关的重要部件，因此在铸造前一定要检查模具是否有破损，并安排预热模具等操作，以确保铸件的质量。
二、铸造过程1、料型的投入在耐热钢铸造过程中，要投入满足设计要求的料型，以确保铸造后的产品质量。
料型的投入应根据铸件的复杂程度、型腔尺寸等而定。
2、铸件冷却并取出铸件完成后，应当尽快冷却型腔，并将铸件取出，以确保产品质量。
铸件取出后，要安排进行外观检验，检查有无外观缺陷，并进行抛光操作。
三、铸件修复在铸造过程中，有时会出现铸件出现缺陷，需要进行修复的情况。
铸件修复的方法有很多种，包括填补法、钎焊法及拉压法等。
更好的修复方式是补强法，即使用低碳钢或其他钢材来补强缺陷位处，使之恢复到设计要求状态。
四、热处理耐热钢的热处理是耐热钢铸件的重要环节，将改变铸件的组织结构，改善其性能及使用寿命，并延伸铸件的利用期。
根据耐热钢的设计要求，选择不同的热处理方法，均可实现更高的材料性能。
耐热钢的铸造工艺流程虽然繁琐，但却是耐热钢铸件的生命线，确保产品的质量及性能。
合理的工艺准备及妥善的铸造过程，都有利于提高耐热钢铸件的使用性能及提升利用率。
因此，从长远来看，进行耐热钢铸造工艺流程的研究和改进十分必要，旨在提升产品质量能力及节约人力物力，提升社会效益。
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。
耐热钢铸造工艺流程
耐热钢铸造工艺流程耐热钢的铸造工艺流程一般分为材料投料、胚料加热、铸件成形、砂型取出、清理和缩边、入窑烧结、烧结后处理、整体性检验、毛坯开机加工等几个步骤。
1、材料投料：在生产过程中，首先要对原料进行仔细的投料。
这是铸造生产的前提条件，主要由负责人按比例投入铸料，并加入生产必要的其他材料，以确保铸件质量。
2、胚料加热：加热是铸造时必须做的一项关键工序，加热时应使料具有足够的熔化度，这样才能确保铸件结构紧密，质量稳定。
普通加热方式有电炉加热、烧结炉加热、熔炼炉加热等。
耐热钢加热温度一般在1200~1400摄氏度之间，具体温度要根据不同的材质而定。
3、铸件成形：成型是指根据零件的模具设计，将熔化的料液填入模具所做的工艺，根据模具的设计来控制铸件的外形，让它们符合工程要求。
成型的方式有压铸、灌注式铸造、挤压铸造等多种，其中压铸方式广泛应用在耐热钢铸造上。
4、砂型取出：铸件压铸出来后，需要把它从模具里取出来，这个过程就叫砂型取出。
一般可以用压力气动或机械的方式，根据铸件的大小和复杂程度来决定，以确保铸件在取出的过程中不会变形。
5、清理和缩边：铸件取出后要做清理，去除铸件表面的沙子和焊丝等杂质，使铸件表面光洁，美观。
缩边是指在取出铸件后，对其进行尺寸调整，以确保零件尺寸可以达到所要求的标准。
6、入窑烧结：烧结是将铸件加工而成的钢件，在适当的温度持续时间内，将其固结，改变其物理力学性能的过程，也是耐热钢的关键步骤，能够将铸件达到高强度状态，以确保其使用寿命。
7、烧结后处理：烧结完成后，需要对铸件进行一定的处理，如回火、淬火、气冷磨光及抛光等。
这些处理，对改善耐热钢的性能都起到了重要作用，使其延展性、高温强度等性能都得到改善，更好地满足使用的需要。
8、整体性检验：检验是严格按照设计图纸和相关标准，给出结论的一个过程，它可以进行有关成形及外形的检验，也可以进行材料的检验，其目的是确保零件的尺寸符合工程要求，提高铸件的质量安全率。
111耐热钢及其焊接工艺
牌号
烘干温度 烘干时间 保持温度
/℃
/h
/℃
E5003-A1 E5503-B1 E5503-B2
R102 R202 R302
150～200
1～2
50～80
E5015-A1 E5515-B1 E5515-B2 E6015-B3
E5515B2-V
E5515B3VWB
R107 R207 R307 R407 R317 R347
• 焊接材料在使用前应作适当的预处理。
–埋弧焊丝用光焊丝，表面要清理干净。 –镀铜焊丝应将表面积尘和污垢仔细清理。 –焊条和焊剂要妥善保管，在使用前，应严格按工艺规程的规
定进行烘干。 –表5-3列出了几种常用低合金耐钢的焊条和焊剂烘干温度。
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表5-3 常用耐热钢焊条和焊剂的烘干温度
焊条与焊剂
型号
件下工作时，会因成分不均匀而导致合金元素扩 散，使焊接接头的高温性能不稳定；焊缝强度不 能选得过高，以免使焊缝塑性变差，甚至产生冷 裂纹。 • 焊接材料中碳的质量分数应略低于母材，其 wc<0.12％，但不得低于0.07％，否则会造成焊 缝金属的冲击韧度、热强性等降低。含碳量对 10CrMo910钢焊缝金属冲击韧度的影响如图5-3所 示，焊缝金属wc＝0.08％时的韧性明显高于wc＝ 0.05％的焊缝。
的马氏体和上贝氏体等组织。如图5-1所示，12Cr2MoWVTiB钢氩弧焊 焊接接头的过热区出现了粗大的马氏体组织。
图5-1 12Cr2MoWVTiB 钢过热区组织
9
• 2．消除应力裂纹倾向
– 低合金耐热钢中的Cr、Mo、V、Nb、Ti等元素属于强碳化物元素， 若结构拘束度较大，那么在消除应力处理或高温下长期使用时， 在热影响区的粗晶区容易出现消除应力裂纹。图5-2为10CrMo910 钢焊接接头在620℃回火处理后出现的消除应力裂纹。
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。
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耐热钢生产工艺
冶炼耐热钢一般在电弧炉或感应炉中熔炼。
质量要求高的往往采用真空精炼和炉外精炼工艺。
铸造某些高合金耐热钢难以加工变形，生产铸件不仅比轧材合算，而且铸件还有较高的持久强度。
所以在耐热钢中耐热铸钢占有相当大的比例。
铸造方法除采用砂型铸造外，还可用精密铸造工艺以获得表面光滑、尺寸精确的产品。
对合成氨和乙烯裂解用的高温炉管往往采用离心铸造的方法。
热处理珠光体热强钢通常经正火或调质后使用；马氏体耐热钢用调质处理，以稳定组织，得到良好的综合力学性能和高温强度。
耐热钢退火罐生产线
铁素体钢不能通过热处理强化。
为消除因冷塑性变形加工和焊接所导致的内应力，可在650～830℃进行退火处理，退火后快速冷却,以便迅速地经过475℃脆性温度范围。
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。