第5章 特殊性能鋼

1、第5章 特殊性能鋼5.1 不銹鋼在自熱環(huán)境中（大氣）或一定介質(zhì)中（海水）具有耐蝕性的一類鋼種統(tǒng)稱為不銹鋼。把能夠抵抗強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)的鋼統(tǒng)稱為耐酸鋼。鐵在自然界存在的狀態(tài)是Fe2O3和Fe3O4，即在自然條件下，氧化鐵比純鐵自由能低。鋼鐵材料在自然中的腐蝕具有自發(fā)的趨勢(shì)。因此，即使在大氣中一般碳鋼和低合金鋼也要產(chǎn)生腐蝕。 不僅如此，現(xiàn)代工業(yè)設(shè)備還要在含酸、堿、鹽的介質(zhì)中工作，即在各種腐蝕性的溶液或腐蝕性的氣氛中工作，腐蝕則更為嚴(yán)重。高溫下的氧化發(fā)生的腐蝕稱為化學(xué)腐蝕化學(xué)腐蝕。由于基體和腐蝕介質(zhì)相接觸產(chǎn)生的腐蝕稱為由于基體和腐蝕介質(zhì)相接觸產(chǎn)生的腐蝕稱為電化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕。電化學(xué)腐蝕的實(shí)質(zhì)是材料表面

2、產(chǎn)生了無(wú)數(shù)個(gè)電化學(xué)腐蝕的實(shí)質(zhì)是材料表面產(chǎn)生了無(wú)數(shù)個(gè)微電池微電池。5.1.1 5.1.1 概述不銹鋼按金相組織可分為: 馬氏體、鐵素體、奧氏體、奧氏體-鐵素體不銹鋼。不銹鋼按化學(xué)成分可分為： 鉻不銹鋼、鉻鎳不銹鋼、鉻錳不銹鋼等。1）舊牌號(hào)：含碳量以千分之一表示，如2Cr13、7Cr17。如果為低碳時(shí)，以“0”標(biāo)識(shí)，如0Cr18Ni9；如果為超低碳，以“00”為標(biāo)識(shí)，如00Cr17.2）新牌號(hào)：含碳量以萬(wàn)分之一表示，如，12Cr17Mn6Ni5N。均勻腐蝕 均勻腐蝕又稱一般腐蝕或連續(xù)腐蝕。在均勻腐蝕中，腐蝕發(fā)生在金屬裸露的整個(gè)表面上或零件使用的整個(gè)工作面上。書(shū)圖5-1a 均勻腐蝕會(huì)使零件受力的有效

3、面積不斷減小，直到完全破壞。均勻腐蝕在工業(yè)設(shè)備管理中容易察覺(jué)或可預(yù)測(cè)到, 故一般不致帶來(lái)危險(xiǎn)的失效事故。均勻腐蝕均勻腐蝕點(diǎn)腐蝕 點(diǎn)蝕又稱縫隙腐蝕、孔蝕，是發(fā)生在金屬制件上局部區(qū)域的一種腐蝕形式，它是由不銹鋼的鈍化膜局部破壞所引起的。這種破壞多數(shù)是由于溶液中含氯離子或氯化物鹽引起的。蝕孔一旦形成，便迅速發(fā)展，直至穿透構(gòu)件，點(diǎn)蝕也是危害較大和較常見(jiàn)的腐蝕破壞形式。書(shū)圖5-1 b.工件表面的點(diǎn)蝕工件表面的點(diǎn)蝕晶間腐蝕 一般晶界較晶內(nèi)具有較大的活性，當(dāng)這種活性又被夾雜物或某一種合金元素的減少(或增多)進(jìn)一步活化時(shí)，晶界的電位進(jìn)一步降低，晶界、晶內(nèi)電位差加大，這時(shí)則會(huì)引起晶界的深腐蝕，稱為晶間腐蝕。（見(jiàn)

4、書(shū)圖5-1c）晶間腐蝕是一種危害很大的，容易造成設(shè)備事故的腐蝕破壞形式。SEM 下觀察到的晶間腐蝕形貌幾種利用晶間腐蝕的例子應(yīng)力腐蝕 應(yīng)力腐蝕是處于拉應(yīng)力狀態(tài)下的合金在特定的腐蝕介質(zhì) (主要是氯化物鹽、堿的水溶液、某些硝酸鹽和部分化合物的溶液，以及蒸氣介質(zhì))中,沿某種顯微路徑發(fā)生腐蝕而導(dǎo)致的破壞。隨著拉應(yīng)力增大，材料發(fā)生腐蝕斷裂的時(shí)間縮短，如果材料不受應(yīng)力作用時(shí)，腐蝕量很小，不會(huì)發(fā)生腐蝕斷裂。沿晶斷裂沿晶斷裂穿晶斷裂穿晶斷裂磨損腐蝕 在同時(shí)存在腐蝕和機(jī)械磨損時(shí)，兩者相互加速的腐蝕稱為磨損腐蝕。腐蝕產(chǎn)生的保護(hù)膜不斷被破壞、磨去，成膜和去膜交替進(jìn)行，腐蝕被加速。 腐蝕疲勞是工件在交變應(yīng)力作用下金屬

5、在腐蝕介質(zhì)中的破壞形式。腐蝕過(guò)程是首先在工件表面產(chǎn)生腐蝕坑，然后在交變應(yīng)力作用下發(fā)展成為疲勞裂紋，裂紋發(fā)生擴(kuò)展，引起工件斷裂。斷口形貌特征為脆性穿晶斷裂。高的耐蝕性 根據(jù)工作環(huán)境和介質(zhì)的具體腐蝕性，鋼對(duì)該介質(zhì)要有盡量高的耐蝕性。這里“耐蝕”的含義是針對(duì)具體介質(zhì)而言的，在某種介質(zhì)中耐蝕，在另一介質(zhì)中不一定耐蝕，耐蝕也是相對(duì)的，沒(méi)有完全不腐蝕的鋼。 現(xiàn)在工業(yè)上常將耐大氣腐蝕、耐弱腐蝕介質(zhì)腐蝕的一類鋼稱為不銹鋼；而把耐酸和耐一切強(qiáng)腐蝕介質(zhì)腐蝕的鋼稱為耐酸鋼。良好的機(jī)械性能 不銹鋼不僅要耐蝕，還要承受或傳遞載荷，需要有較好的機(jī)械性能。機(jī)械性能好還可減輕結(jié)構(gòu)重量，節(jié)約成本。鋼的屈服強(qiáng)度愈高也有利于抗應(yīng)力

6、腐蝕。良好的工藝性 不銹鋼材料有板、管、型材等各種類型，需要有很好的熱加工成型性以及沖壓、彎曲，拔絲、拔管等冷成型性；許多構(gòu)件還要經(jīng)過(guò)切削加工, 故要求有盡量好的切削加工性能;還有大量構(gòu)件要經(jīng)過(guò)焊接成型，因此要求這類不銹鋼要有良好的焊接性。好的經(jīng)濟(jì)性 要求盡可能使用價(jià)格較廉、資源較豐富的元素，且冶煉成本低，以適應(yīng)不銹鋼用量增加的需要。5 5、不銹鋼的合金化提高材料耐蝕性的途徑：1）提高金屬（基體）的電極電位；2）使材料發(fā)生鈍化；3）獲得單相組織；4）提高冶煉質(zhì)量，降低有害夾雜；5）表面涂覆。合金化合金化（1）不銹鋼的鈍化 鈍化是指某些金屬在特殊環(huán)境下失去了某些活性，呈現(xiàn)出與惰性金屬相似的特性，

7、從而使得基體不易與腐蝕介質(zhì)發(fā)生電化學(xué)腐蝕，進(jìn)而提高了材料的耐蝕性。 加入特定的合金化元素可以起到鈍化的作用，如Cr、Al、Si，這是由于這些元素可在鋼的表面生成Cr2O3、Al2O3、SiO2 ，這些合金元素的氧化物在工件表面呈現(xiàn)均勻、致密的分布，猶如一層保護(hù)膜鈍化膜，它可作為金屬與介質(zhì)間的一個(gè)屏障，保護(hù)金屬不被腐蝕。（2）電極電位的提高 當(dāng)鉻元素加入鐵中形成固溶體時(shí)，固溶體的電極電位能顯著提高。（書(shū)圖5-2）。隨著鉻含量的提高，鋼的電極電位呈現(xiàn)跳躍式的增高，11.7%是不銹鋼的最低限度的含鉻量。 但是鉻能和鋼中的碳結(jié)合生產(chǎn)鉻的碳化物，從而降低了鋼中游離的鉻的濃度，因此，鉻的含量要適當(dāng)提高，所

8、以，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程當(dāng)中，鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般都不低于13% 。這也是判斷一個(gè)牌號(hào)的鋼種是否為不銹鋼的依據(jù)。（3）形成單相組織合金元素能使鋼在室溫呈單相組織。當(dāng)鋼中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12.7%的鉻時(shí)，能封閉相區(qū)，獲得單相鐵素體組織；當(dāng)鉻、鎳復(fù)合加入時(shí)，可獲得單相奧氏體組織。5.1.2 5.1.2 鐵素體不銹鋼 由于鉻穩(wěn)定相的作用，在鉻含量到達(dá)13時(shí)，鐵鉻合金將無(wú)相變， 從高溫到低溫一直保持鐵素體。 又由于鉻量到達(dá)12能耐蝕，故這類鐵素體鋼就成為鐵素體不銹鋼。 在鉻鐵素體不銹鋼中，鉻從1330，隨著鉻含量的增加，鋼的耐蝕性增加,所以鐵素體不銹鋼是含1330Cr的鋼。 鐵素體的耐蝕性(對(duì)硝酸氨水等)和抗氧化

9、性均較好，特別是抗應(yīng)力腐蝕性能較好， 但機(jī)械性能及工藝性能較差，多用于受力不大的耐酸結(jié)構(gòu)和作抗氧化鋼使用。一、鐵素體不銹鋼的鋼種和類型常見(jiàn)鐵素體不銹鋼有三種類型： Cr13型： 如0Cr13、0Cr13Al 等，常用作耐熱鋼； Cr16-19型： 如Cr17、Cr17Ti等，可耐大氣、淡水、稀硝酸介質(zhì)腐蝕。 Cr25-28型： 如Cr25、Cr28等，是耐強(qiáng)腐蝕介質(zhì)的耐酸鋼。 二、鐵素體不銹鋼的脆性 高鉻鐵素體鋼的缺點(diǎn)是脆性大，其原因主要是: 粗大的原始晶粒 這類鋼鑄態(tài)下組織粗大，不能通過(guò)加熱冷卻過(guò)程中的相變來(lái)細(xì)化，只能通過(guò)壓力加工來(lái)碎化。由于晶粒粗大，這類鋼的冷脆性大，冷脆轉(zhuǎn)變溫度高，室溫的

10、沖擊韌性低。生產(chǎn)中需要將終鍛溫度或終軋溫度控制在750或更低的溫度，以及向鋼中加少量鈦，來(lái)控制和降低粗化傾向。相 按Fe-Cr相圖，鐵素體不銹鋼在550850長(zhǎng)期停留將析出相。相具有高的硬度(HRC68以上)，并且析出時(shí)伴隨體積變化，使鋼變脆。常常沿晶界分布，促進(jìn)晶間腐蝕。475脆性 高鉻鋼中，當(dāng)含Cr15%時(shí)，在400525溫度范圍長(zhǎng)時(shí)間加熱后或在此溫度范圍內(nèi)緩冷時(shí)，鋼在室溫下變得很脆。這個(gè)現(xiàn)象尤以475加熱最甚，因而這種脆性被稱為475脆性。 研究認(rèn)為，是475加熱時(shí)，鐵素體內(nèi)的鉻原子趨于有序化，形成許多富鉻的鐵素體(80%Cr、20%Fe)，它們與母相保持共格關(guān)系，引起晶格畸變和內(nèi)應(yīng)力，

11、此時(shí)，鋼的強(qiáng)度升高，沖擊韌性降低。三、鐵素體不銹鋼的熱處理 鐵素體不銹鋼平衡組織為鐵素體鉻的碳化物。碳化物析出時(shí)容易產(chǎn)生點(diǎn)蝕和產(chǎn)生晶間腐蝕，為了獲得成分均勻的鐵素體組織，減少碳化物析出，消除晶間腐蝕（區(qū)域）傾向，以及消除相（區(qū)域）析出和475脆性（區(qū)域），鐵素體不銹鋼在熱軋后常采用淬火、退火兩種熱處理工藝（見(jiàn)圖）。 鐵素體不銹鋼的熱處理工藝5.1.3 5.1.3 馬氏體不銹鋼這類鋼耐蝕性、塑性和焊接性能較奧氏體和鐵素體型不銹鋼的差，但是具有高的強(qiáng)度和耐磨性，可以用于制造機(jī)械零件、醫(yī)用手術(shù)工具、測(cè)量工具、不銹軸承、彈簧等。1 1、馬氏體不銹鋼成分特點(diǎn)馬氏體不銹鋼含12-18Cr, 如，20Cr1

12、3、30Cr13、40Cr13、95Cr18，和鐵素體不銹鋼相比，其成分特點(diǎn)是： 除鉻的上限含量較低外； 還含有一定量的碳和鎳等相穩(wěn)定化元素。 這類高鉻鋼在加熱時(shí)有較多或完全的相出現(xiàn)； 又因穩(wěn)定化元素含量不多，Ms點(diǎn)在室溫以上，故淬火冷卻能產(chǎn)生馬氏體, 因此稱為馬氏體類不銹鋼。2 2、馬氏體不銹鋼鋼種馬氏體不銹鋼主要有三類： 中、低碳的13Cr鋼；如12Cr13、20Cr13等，可用于制造機(jī)械結(jié)構(gòu)件。30Cr13、40Cr13常用于制造醫(yī)療器械和不銹鋼刃具。 高碳的18Cr鋼；如95Cr18等，可用于制造滾動(dòng)軸承部件。 低碳的17Cr-2%Ni鋼；如14Cr17Ni2等，可用于制造高強(qiáng)度耐蝕件

13、。三、1Cr13型馬氏體不銹鋼的熱處理 Cr13型馬氏體不銹鋼能在淬火過(guò)程中發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，可以獲得熱處理強(qiáng)化，所以這類鋼可進(jìn)行多種熱處理，以控制和調(diào)節(jié)這種相變，滿足不同的機(jī)械性能要求。 這類鋼由于含鉻量較高，過(guò)冷奧氏體較穩(wěn)定。所以這類鋼的淬透性很高，空冷即可獲得馬氏體組織。這類鋼通常采用的熱處理，有軟化處理、球化退火、淬火+高溫回火(調(diào)質(zhì))、淬火+低溫回火等。 1、軟化處理： 鋼經(jīng)鍛軋后，由于空冷即會(huì)產(chǎn)生馬氏體轉(zhuǎn)變，使鍛件變硬，在鍛件表面產(chǎn)生裂紋，同時(shí)也不易切削加工。因此這類鋼鍛后應(yīng)緩冷，并及時(shí)進(jìn)行軟化處理：一種是進(jìn)行高溫回火，一種是完全退火。2、調(diào)質(zhì)處理： 一般不銹鋼結(jié)構(gòu)件，常用調(diào)質(zhì)處理，

14、以獲得高的綜合機(jī)械性能。 3、淬火低溫回火： Cr13、3Cr13Mo、4Cr13的熱處理通過(guò)淬火+低溫回火，可獲得高硬度和耐磨性。5.1.4 5.1.4 奧氏體不銹鋼奧氏體不銹鋼是含有鉻和較多的穩(wěn)定奧氏體元素鎳、錳、氮，使用狀態(tài)為奧氏體的一種不銹鋼。奧氏體不銹鋼耐蝕性高，而且有高的塑性，易于加工成形為各種形狀的鋼材，具有良好的焊接性能、韌性和低溫韌性，無(wú)磁性等。 是應(yīng)用最廣泛的耐酸鋼，約占不銹鋼總產(chǎn)量的2/3。一、鋼種和成分 奧氏體不銹鋼是以18Cr-8%Ni為典型成分而發(fā)展起來(lái)的。18Cr-8%Ni含量正好處于奧氏體有利于形成的成分范圍。1Cr18Ni9Ti . Ti和Nb的加入提高抗晶間

15、腐蝕的能力。 同時(shí)，Cr、Ni總量達(dá)26時(shí)，既得到了單相奧氏體,又得到好的鈍化性能，使耐蝕性達(dá)到了較高的水平。 由于這兩方面的原因，18-8的成分才成為國(guó)際奧氏體不銹鋼的主要成分。二、 奧氏體不銹鋼的平衡組織18-8型奧氏體鋼平衡態(tài)時(shí)為奧氏體鐵素體碳化物復(fù)相組織，實(shí)際的單相奧氏體是通過(guò)熱處理的配合獲得的。 此鋼在高溫有一個(gè)含碳量較寬的奧氏體相區(qū)，碳在奧氏體中溶解度隨溫度沿ES線變化。緩冷時(shí)沿ES線碳以合金碳化物的形式析出,主要為(Cr,Fe)23C6。緩冷至SK線以下還要發(fā)生相變，部分轉(zhuǎn)變?yōu)?，平衡態(tài)時(shí),18-8奧氏體鋼在室溫下的組織是+C.當(dāng)加熱到ES線以上時(shí)，(Cr,Fe)23C6等又可完全

16、溶入奧氏體，經(jīng)淬火就可獲得碳、合金等元素在相中過(guò)飽和的固溶體。三、奧氏體不銹鋼的熱處理1）固溶處理 （ES線以上、冷卻速度快）2）穩(wěn)定化處理（Cr23C6TTiC溶解溫度）3）消除應(yīng)力處理（冷加工應(yīng)力、焊接應(yīng)力）Cr的碳化物在奧氏體晶界處偏聚4 4、奧氏體不銹鋼的冷、熱加工奧氏體不銹鋼的冷加工：經(jīng)過(guò)大變形量冷軋后，材料強(qiáng)度提高而塑性下降。 1）加工硬化；2）形變誘發(fā)馬氏體相變。奧氏體不銹鋼的熱加工：焊接過(guò)程中，焊縫、焊接熱影響區(qū)（HAZ）容易出現(xiàn)熱裂。 低熔點(diǎn)夾雜在HAZ母材晶界處偏聚。5 5、奧氏體不銹鋼的晶間腐蝕 自二十年代工業(yè)界采用奧氏體不銹鋼以來(lái)，發(fā)現(xiàn)這種鋼焊接后，在腐蝕介質(zhì)中工作時(shí)，

17、在離焊縫不遠(yuǎn)處會(huì)有嚴(yán)重的晶間腐蝕。這是由于焊接時(shí)焊縫周圍有一個(gè)溫度為450800的過(guò)渡區(qū)，這一溫度導(dǎo)致沿晶界析出(Cr,Fe)23C6,從而使晶界產(chǎn)生貧鉻區(qū)。沿晶界析出Cr23C6過(guò)程可見(jiàn)圖。 晶間腐蝕貧鉻現(xiàn)象示意圖晶間腐蝕貧鉻現(xiàn)象示意圖 圖中顯示，在晶界上由于生成了碳化鉻，晶界附圖中顯示，在晶界上由于生成了碳化鉻，晶界附近的鉻含量降低，耐腐蝕下降。近的鉻含量降低，耐腐蝕下降。 在鉻鎳鋼中, 如果該鋼在450800的溫度下工作, 或人工在這溫度下進(jìn)行時(shí)效處理，也會(huì)得到由于焊接加熱而產(chǎn)生的同樣的效果。這種時(shí)效處理會(huì)導(dǎo)致不銹鋼晶間腐蝕的敏感性，所以又稱敏化處理。 含碳量較高及含有非碳化物形成元素N

18、i、Si、Co等會(huì)促進(jìn)形成晶間腐蝕；含碳量較低及含有碳化物形成元素Mn、Mo、W、V、Nb等阻礙形成晶間腐蝕。工程上為防止奧氏體鋼晶間腐蝕現(xiàn)象，工程上為防止奧氏體鋼晶間腐蝕現(xiàn)象，可采取如下措施：可采取如下措施： 降低鋼中碳含量； 在鋼中加穩(wěn)定碳化物形成元素(Ti、Nb)，與碳結(jié)合析出特殊碳化物，消除晶間貧鉻區(qū)。鋼經(jīng)10501100加熱淬火，保證固溶體中碳和鉻的含量。 對(duì)非穩(wěn)定性鋼進(jìn)行退火，使奧氏體成分均勻化，消除貧鉻區(qū)；對(duì)穩(wěn)定性鋼，將鉻的碳化物轉(zhuǎn)變?yōu)殁?、鈮的特殊碳化物，保證耐蝕所需要的固溶體含鉻水平。6 6、奧氏體不銹鋼的熱處理為了獲得均勻的單相奧氏體組織，需要進(jìn)行淬火處理； 為了消除由于焊接

19、、熱加工和其他工業(yè)操作中造成的應(yīng)力和晶間腐蝕傾向，通常采用淬火，再退火處理。 淬火處理時(shí)淬火溫度必須高于碳化鉻的溶解溫度(Tp)一定溫度。 鋼中碳量愈高，淬火溫度應(yīng)愈高。淬火后的鋼，即具有優(yōu)越的強(qiáng)度性能和耐蝕性的配合。淬火的缺點(diǎn)是必須加熱到高的溫度和快速冷卻，這在工藝上常常很難實(shí)現(xiàn)。 對(duì)于不含鈦、鈮元素的鋼進(jìn)行退火，可以提高奧氏體-碳化物晶界鉻的濃度，使鋼具有高的抗晶界腐蝕性。 對(duì)于用鈦、鈮合金化的鋼進(jìn)行退火，能夠?qū)⑻蓟t轉(zhuǎn)變成特殊碳化物TiC或NbC,這樣也就消除了晶間腐蝕傾向.5.2 5.2 耐熱鋼 耐熱鋼是指在高溫下工作并具有一定強(qiáng)度和抗氧化、耐腐蝕能力的鋼種。包括抗氧化鋼和熱強(qiáng)鋼。 抗

20、氧化鋼是指在高溫下抗氧化或抗高溫介質(zhì)腐蝕而不破壞的鋼。 熱強(qiáng)鋼是指在高溫下有一定抗氧化能力并具有足夠強(qiáng)度而不產(chǎn)生大量變形或斷裂的鋼。 耐熱鋼用于制造蒸汽鍋爐、蒸汽輪機(jī)、燃?xì)鉁u輪、噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)以及火箭、原子能裝置等構(gòu)件或零件。一、耐熱鋼工作條件和性能要求 在300以上，甚至高達(dá)1200以上工作，并且承受靜載、疲勞或沖擊的作用。鋼件與高溫氣相接觸，表面要發(fā)生高溫氧化或腐蝕破壞。材料在高溫作用下，屈服極限和抗拉強(qiáng)度要降低，尤其要降低鋼的形變強(qiáng)化作用。 如果在高溫下給鋼件加一比該溫度下屈服極限還低的恒定的應(yīng)力，那么在溫度和載荷的長(zhǎng)時(shí)間作用下，鋼將以一定的速度產(chǎn)生塑性變形。這一現(xiàn)象稱為蠕變。最終能導(dǎo)致鋼件

21、的斷裂。鋼在高溫下工作時(shí)，內(nèi)部原子將發(fā)生擴(kuò)散，最終導(dǎo)致組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。因此-耐熱鋼的性能要求是高溫強(qiáng)度、抗蠕變性能及高溫疲勞強(qiáng)度；高的化學(xué)穩(wěn)定性，高溫抗氧化性；良好的組織穩(wěn)定性；良好的導(dǎo)熱性，較小的熱膨脹系數(shù)；良好的鑄造性、焊接性及可鍛性。2 2、耐熱鋼的抗氧化性 ，鋼在高溫下被迅速氧化，但在氧化后能在金屬材料表面形成一層連續(xù)分布的致密的并且與工件表面牢固結(jié)合的氧化膜，這層氧化膜可起到保護(hù)作用，使材料不再繼續(xù)被氧化。用單位時(shí)間、單位面積上氧化后重量增加或減少的數(shù)值表示。鋼在高溫下與氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，若能在表面形成一層致密的、并能牢固地與金屬表面結(jié)合的氧化膜，那么鋼將不再被氧化。鐵與氧可以有三種

22、氧化物。但氧化膜的結(jié)構(gòu)與溫度有關(guān)。560以下，氧化物由Fe2O3和Fe3O4組成。這種氧化物致密，點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)復(fù)雜，點(diǎn)陣常數(shù)小，鐵離子難以通過(guò)它們進(jìn)行擴(kuò)散，可以防止進(jìn)一步氧化。當(dāng)溫度超過(guò)560時(shí)，F(xiàn)e2O3和Fe3O4下面形成FeO層。點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，缺位固溶體，點(diǎn)陣中有空隙，鐵離子易通過(guò)FeO層進(jìn)行擴(kuò)散，因此加劇鐵的氧化。 1）要防止FeO形成或提高其形成溫度。當(dāng)Cr、Al、Si含量較高時(shí)，鋼和合金在8001200也不出現(xiàn)FeO。零件工作溫度越高，保證鋼有足夠抗氧化性的Cr、Al、Si含量也應(yīng)越高。 2）加入元素Cr、Al、Si形成Cr2O3、A12O3或FeOCr2O3、FeOA12O3、FeS

23、iO4等很致密的、牢固結(jié)合的合金氧化膜，可以阻止鐵離子和氧原子的擴(kuò)散，有良好的保護(hù)作用。但Al亦能導(dǎo)致鋼的強(qiáng)度下降，脆性增大。由于Si增大鋼的脆性，一般要限制在3以下。為了提高鋼的抗氧化性，通常Cr、Al、Si同時(shí)加入。3）在抗氧化鋼中加Ni，主要是形成奧氏體，改善工藝性能，提高鋼的熱強(qiáng)性。4） 碳對(duì)鋼的抗氧化性不利，因?yàn)樘己豌t易形成鉻的碳化物，減少基體中含鉻量，易產(chǎn)生晶間腐蝕。為0.10.2左右。有較強(qiáng)抗高溫氧化性能, 而不承受較大載荷的一類鋼。 1、鋼的抗氧化性能 要求氧化膜比較致密, 不利于鐵原子在氧化膜中的擴(kuò)散; 要求氧化膜與金屬基體有較好的結(jié)合, 不容易破壞和脫落。2、提高鋼抗氧化性

24、能的途徑 添加Cr, Al, Si合金元素； 提高鋼氧化膜的穩(wěn)定性, 使FeO的形成溫度高; 形成致密的氧化膜.3、抗氧化鋼的類型 鐵素體型: Cr13鋼 - 添加Si, Al Cr13SiAl; Cr18鋼 - 添加Si, Cr18Si2; Cr25鋼 - 添加Si, Al Cr24Al2Si;奧氏體型: 1Cr18Ni9型鋼 - 添加Ni, Si Cr18Ni25Si2; Fe-Al-Mn系; Cr-Mn-N系;3 3、耐熱鋼的熱強(qiáng)性 熱強(qiáng)性表示金屬在高溫和載荷長(zhǎng)時(shí)間作用下抵抗蠕變和斷裂的能力，即高溫強(qiáng)度。 鋼的高溫機(jī)械性能不僅與加載時(shí)間有關(guān)，還與溫度和組織變化有關(guān)。 溫度升高，鋼的晶粒強(qiáng)

25、度和晶界強(qiáng)度都下降。但晶界強(qiáng)度下降較快，如圖所示。晶粒強(qiáng)度和晶界強(qiáng)度相等時(shí)的溫度叫等強(qiáng)溫度。u在等強(qiáng)溫度以上時(shí)，在等強(qiáng)溫度以上時(shí)，金屬斷裂由常溫常見(jiàn)金屬斷裂由常溫常見(jiàn)的的穿晶斷裂穿晶斷裂過(guò)渡為過(guò)渡為晶晶間斷裂間斷裂。這是由于高。這是由于高溫下鋼中原子擴(kuò)散顯溫下鋼中原子擴(kuò)散顯著加劇。著加劇。 熱強(qiáng)性主要取決于原子間結(jié)合力和鋼的組織結(jié)構(gòu)狀態(tài)。 （1）往基體鋼中加入一種或幾種合金元素，形成單相固溶體，可提高基體金屬原子間的結(jié)合力和熱強(qiáng)性。溶質(zhì)原子和溶劑金屬原子尺寸差異越大，熔點(diǎn)越高，則基體熱強(qiáng)性越高。 W、Mo、Cr、Mn是提高基體熱強(qiáng)性合金元素。W、Mo等高熔點(diǎn)金屬溶入固溶體，阻礙擴(kuò)散過(guò)程，增強(qiáng)原

26、子結(jié)合力。提高基體的再結(jié)晶溫度，從而提高鋼的熱強(qiáng)性。 （2）從過(guò)飽和的固溶體中沉淀出彌散的強(qiáng)化相可以顯著提高鋼的熱強(qiáng)性。W、Mo、V、Ti、Ni等元素在鋼中能形成各種類型的碳化物或金屬間化合物。如Mo2C、V4C3、VC、NbC等。 這些強(qiáng)化相在沉淀時(shí)與基體保持共格或半共格關(guān)系，產(chǎn)生很強(qiáng)的應(yīng)力場(chǎng)，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，使鋼得到強(qiáng)化。在高溫下能保持很高的強(qiáng)化效果，從而顯著提高鋼的熱強(qiáng)性。（3）晶界是鋼在高溫下的一個(gè)弱化因素，加入化學(xué)性質(zhì)極活潑的元素（如Ca、Nb、Zr及稀土等）與S、P及其它低熔點(diǎn)雜質(zhì)形成穩(wěn)定的難熔化合物，可以減少晶界雜質(zhì)偏聚，提高晶界區(qū)原子間結(jié)合力。加入B、Ti、Zr等表面活化元素，可

27、以充填晶界空位，阻礙晶界原子擴(kuò)散，提高蠕變抗力。（4）通過(guò)熱處理或形變熱處理，獲得適當(dāng)?shù)木Я４笮?，促進(jìn)合金碳化物的彌散分布，調(diào)整基體和強(qiáng)化相的成分，細(xì)化基體亞結(jié)構(gòu)等可有效地提高鋼的熱強(qiáng)性。在高溫下工作在高溫下工作, , 承受較大載荷的一類鋼承受較大載荷的一類鋼. . 1 1、鋼的熱強(qiáng)性能、鋼的熱強(qiáng)性能 要求鋼有較高的蠕變極限和高溫持久強(qiáng)度，以及良好的要求鋼有較高的蠕變極限和高溫持久強(qiáng)度，以及良好的高溫疲勞性能。高溫疲勞性能。2 2、提高熱強(qiáng)性的途徑、提高熱強(qiáng)性的途徑 增加增加Cr, MoCr, Mo等元素的固溶強(qiáng)化；等元素的固溶強(qiáng)化； 降低降低S S、P P雜質(zhì)元素含量；雜質(zhì)元素含量； 用用B

28、 B、TiTi、ZrZr進(jìn)行晶界強(qiáng)化；進(jìn)行晶界強(qiáng)化； 通過(guò)碳化物和金屬間化合物的彌散相強(qiáng)化通過(guò)碳化物和金屬間化合物的彌散相強(qiáng)化。3、熱強(qiáng)鋼的類型 低碳珠光體型熱強(qiáng)鋼 - 如: 12Cr1MoV（鍋爐用鋼） 中碳珠光體型熱強(qiáng)鋼 - 如: 35CrMoV（汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子用鋼） 馬氏體型熱強(qiáng)鋼 - 如: 15Cr12WMoV（汽輪機(jī)葉片用鋼）奧氏體型熱強(qiáng)鋼 - 如: Cr18Ni10Mo. 4 4、常用耐熱鋼及熱處理 按正火組織可分為珠光體、馬氏體和奧氏體鋼等。 1珠光體耐熱鋼 屬于低碳合金鋼，工作溫度在450550有較高的熱強(qiáng)性。 主要用于制造載荷較小的動(dòng)力裝置上的零部件，例如鍋爐鋼管或其它管道材料。

29、 常用的鋼種有15CrMo、12Cr1MoV、12MoVWBSiRe及12Cr2MoWVSiTiB等，其中12Cr1MoV是大量使用的鋼管材料。熱處理一般采用正火（9501050）和高于使用溫度100的回火（600750 ），得到鐵素體+珠光體組織。正火冷卻速度快些可以得到貝氏體組織，提高持久強(qiáng)度?；鼗饻囟雀咝?，可以得到彌散的碳化物并使組織趨向穩(wěn)定。2馬氏體耐熱鋼 這類鋼包括用來(lái)制造汽輪機(jī)葉片的含Cr為1013。用于制造汽油機(jī)或柴油機(jī)排氣閥的CrSi鋼。工作溫度可在550600之間。 汽輪機(jī)葉片用鋼的常用牌號(hào)有1Cr13，15Cr11MoV、15Cr12WMoVA。 熱處理工藝為10001150油淬，650740 回火，得到回火屈氏體或回火索氏體組織。 3奧氏體耐熱鋼 由