6.2珠光体型热强钢 6.2珠光体型热强钢
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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。
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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 。
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（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。
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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。 ／
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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
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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。
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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）。
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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。
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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。