第8章不銹鋼與耐熱鋼

第8章不銹鋼與耐熱鋼8.1不銹鋼8.2耐熱鋼8.1不銹鋼(stainlesssteel)定義:在大氣和弱腐蝕介質(zhì)中有一定抗腐蝕能力的鋼。金屬腐蝕的概念：金屬表面逐漸受到破壞的過程1）金屬腐蝕的種類:化學(xué)腐蝕:金屬與介質(zhì)（干燥氣體和非電解質(zhì)溶液）發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的腐蝕。如:高溫氧化、脫碳等。電化學(xué)腐蝕:金屬與介質(zhì)(電解質(zhì)溶液,即酸、堿、鹽溶液)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的腐蝕。（F+Fe3C）電化學(xué)腐蝕示意圖防止電化學(xué)腐蝕的措施：①獲得均勻的單相組織。②提高基體的電極電位。③使表面形成致密的鈍化膜。工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家每年金屬腐蝕造成的直接經(jīng)濟(jì)損失占GNP的4%左右。中國(guó)每年腐蝕的損失至少到400億元以上.ZnZnZn-Cu原電池示意圖珠光體腐蝕示意圖電解液㈡不銹鋼中合金元素的作用1、低碳：碳高，則降低耐蝕性。2、Cr：是提高耐蝕性的主要元素①形成穩(wěn)定致密的Cr2O3氧化膜.②Cr含量大于13%時(shí)，可顯著提高基體電極電位。③提高鋼的淬透性。3、Ni：獲得單相奧氏體組織。4、Mo：耐有機(jī)酸腐蝕。5、Ti,Nb:防止奧氏體鋼晶間腐蝕.晶間腐蝕是沿晶粒周界發(fā)生腐蝕的現(xiàn)象，危害很大.它是由于Cr23C6析出于晶界，使晶界附近Cr含量降到12%以下，在介質(zhì)作用下發(fā)生強(qiáng)烈腐蝕。加Ti、Nb則先于Cr與C形成不易溶于奧氏體的碳化物,避免晶界貧Cr。

奧氏體不銹鋼晶界的Cr23C6析出晶間腐蝕㈢常用不銹鋼不銹鋼棒不銹鋼刀1、馬氏體型不銹鋼---Cr13型鋼Cr>12%M不銹鋼力性最高、切削加工性好，但耐蝕性較低。Cr作用:1）氧化膜（鈍化膜）；2)↑基體的電極電位；3)↑↑淬透性，空冷得M。含C量為0.1-0.45%，強(qiáng)度、硬度、耐磨性較好。常用牌號(hào)及用途：高C高Cr的9Cr18也屬M(fèi)1Cr13、2Cr13熱處理:淬火+高溫回火使用狀態(tài)下的組織:S回用于要求塑韌性較高的耐蝕件，如汽輪機(jī)葉片等.汽輪機(jī)葉片透平轉(zhuǎn)輪具有耐大氣、蒸汽腐蝕能力及良好的綜合力學(xué)性能。3Cr13、4Cr13熱處理：淬火+低溫回火。使用狀態(tài)下的組織：M回。具有較高強(qiáng)度、硬度。用于要求耐蝕、耐磨件，醫(yī)療器械、量具等。醫(yī)療器械不銹鋼刀1Cr17削片刀鐵素體不銹鋼水加熱器2、鐵素體不銹鋼典型鋼號(hào)如Cr17、Cr25等。⑴成分：高鉻低碳⑵無α?γ相變，不能進(jìn)行熱處理強(qiáng)化。⑶組織：?jiǎn)蜗噼F素體鋼中σ相⑷性能特點(diǎn)耐酸蝕，抗氧化能力強(qiáng)，塑性好。但有脆化傾向：①475℃脆化：加熱到350~500℃停留，產(chǎn)生脆化.再加熱到600℃快冷可消除。②相脆化：在550~850℃長(zhǎng)期加熱時(shí)，析出硬而脆的相。⑸用途廣泛用于硝酸和氮肥工業(yè)的耐蝕件。合成氨廠硝酸生產(chǎn)裝置鐵素體不銹鋼制品3、奧氏體不銹鋼主要是18-9（18Cr-9Ni）型不銹鋼。⑴性能特點(diǎn)：具有良好的耐蝕性，冷熱加工性及可焊性。高的塑韌性,無磁性。⑵熱處理：采用固溶處理。即加熱到1100℃使碳化物溶解后水冷。組織為單相奧氏體。不銹鋼帶固溶處理：加熱到1100℃，使所有碳化物都溶于奧氏體中，然后水淬快冷，得到單相奧氏體組織，基體中各處的Cr含量均達(dá)到鈍化成分，從而消除了貧鉻區(qū)。穩(wěn)定化處理（用于含Ti、Nb的奧氏體不銹鋼）原理：由于C與Ti、Nb的親和力大于C與Cr，故C與Ti、Nb形成的碳化物更穩(wěn)定。穩(wěn)定化處理

加熱溫度高于（CrFe）23C6完全溶解的溫度，而低于TiC、NbC完全溶解的溫度，保溫后緩慢冷卻，TiC、NbC充分析出，C幾乎全部穩(wěn)定于TiC、NbC中，而不再以（CrFe）23C6

的形式析出，以保證基體中的Cr用于鈍化基體，不產(chǎn)生貧鉻區(qū)。

1Cr18Ni9Ti：加熱850~880℃，保溫6h，空冷或爐冷。應(yīng)力處理經(jīng)過冷加工或焊接的奧氏體不銹鋼，產(chǎn)生殘余應(yīng)力，易引起應(yīng)力腐蝕，故應(yīng)進(jìn)行除應(yīng)力熱處理。

除冷加工殘余應(yīng)力：

加熱300~350℃，保溫，空冷。

除焊接應(yīng)力：

加熱850℃，保溫，慢冷。⑶常用鋼種廣泛用于化工設(shè)備及管道反應(yīng)釜大型化工儲(chǔ)罐8.2耐熱鋼1.定義:在高溫下具有抗氧化性和高溫強(qiáng)度的特殊鋼。如制造高壓鍋爐、汽輪機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等的構(gòu)件。性能要求抗氧化性(熱穩(wěn)定性)高溫強(qiáng)度(熱強(qiáng)性)蠕變強(qiáng)度持久強(qiáng)度金屬的高溫抗氧化性是指金屬在高溫下對(duì)氧化作用的抗力；高溫強(qiáng)度是指鋼在高溫下承受機(jī)械負(fù)荷的能力。

㈠性能要求1、高的抗氧化性：鋼中加入Cr、Si、Al可形成致密穩(wěn)定的氧化膜，阻礙氧進(jìn)一步擴(kuò)散，提高抗氧化性。氣輪機(jī)葉片航空發(fā)動(dòng)機(jī)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)過熱器2、高的熱強(qiáng)性熱強(qiáng)性是指金屬在高溫下的強(qiáng)度.指標(biāo)為蠕變強(qiáng)度和持久強(qiáng)度。蠕變指金屬在高溫低于σs的應(yīng)力下所發(fā)生的極其緩慢的塑性變形.①蠕變強(qiáng)度：材料在高溫長(zhǎng)期載荷下對(duì)緩慢塑性變形（即蠕變）的抗力；以表示700℃下經(jīng)1000h產(chǎn)生0.2%殘余變形量的最大應(yīng)力。②持久強(qiáng)度：材料在高溫長(zhǎng)期載荷下對(duì)斷裂的抗力；以表示在500℃下經(jīng)10000h發(fā)生斷裂的應(yīng)力值。③持久壽命：表示材料在規(guī)定溫度和規(guī)定應(yīng)力作用下拉斷的時(shí)間。

耐熱鋼的高溫強(qiáng)度指標(biāo)提高高溫強(qiáng)度的途徑:①固溶強(qiáng)化；②析出強(qiáng)化；③晶界強(qiáng)化(加入B、Zr等降低晶界能量)高溫合金中的‘析出相高溫合金中的彎曲晶界裂紋中止于晶界顆粒狀析出物2.常用耐熱鋼牌號(hào)渦輪機(jī)機(jī)殼鋼制法蘭㈡常用耐熱鋼1、珠光體耐熱鋼常用鋼號(hào)為15CrMo、12CrMoV，是低合金鋼。⑴合金元素作用：Cr提高抗氧化性；Mo提高熱強(qiáng)性;V彌散強(qiáng)化。⑵熱處理：正火+高溫回火⑶組織:F+P⑷用途：600℃以下的鍋爐零件,壓力容器，熱交換器等。

煙管式鍋爐鍋爐管Cr12型(1Cr12WMoV)、Cr13型(1Crl3、2Cr13)；含有大量Cr，抗氧化性及熱強(qiáng)性高，淬透性好；多用于制造600℃以下受力較大零件，如汽輪機(jī)葉片等，多在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下使用。CrSi鋼（4Cr9Si2、4Cr10Si2Mo）Cr、Si：提高抗氧化性Mo：提高高溫強(qiáng)度和避免回火脆性C量0.4%：獲得高硬度和耐磨性應(yīng)用：700-750℃的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、柴油機(jī)的排氣閥2、馬氏體耐熱鋼汽輪機(jī)葉片汽車閥門鍋爐安全泄壓閥(2Cr13)⑷用途：1Cr13、1Cr11MoV用于550℃以下汽輪機(jī)