工程材料-特殊性能鋼

第五節(jié)特殊性能鋼

特殊性能鋼是指具有特殊物理、化學(xué)性能的鋼。本節(jié)只介紹不銹鋼和耐熱鋼。

化學(xué)腐蝕是指金屬在非電解質(zhì)中的腐蝕。

電化學(xué)腐蝕是指金屬在電解質(zhì)溶液中的腐蝕，是有電流參與作用的腐蝕。一、不銹鋼

在腐蝕介質(zhì)中具有耐蝕性能的鋼。

㈠金屬的腐蝕金屬的腐蝕分化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。

電化學(xué)腐蝕條件:

1)電極電位不同的兩個(gè)電極;2)存在電解質(zhì)溶液;3)兩個(gè)電極連通.滿足上述條件就構(gòu)成了腐蝕微電池.金屬材料中微電池:

金屬材料防止電化學(xué)腐蝕的措施：①獲得均勻的單相組織---加Ni②提高合金的電極電位---加Cr③使表面形成致密的鈍化膜。④其它方法:涂料、陰極保護(hù)、外加電流保護(hù)等

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.②提高基體電極電位(n/8規(guī)律)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

㈢常用不銹鋼

1、馬氏體不銹鋼主要是Cr13型不銹鋼鋼號(hào)為1Cr13~4Cr13隨含碳量提高，強(qiáng)度、硬度提高，耐蝕性下降。⑴1Cr13、2Cr13熱處理:淬火+高溫回火使用狀態(tài)下的組織:S回不銹鋼棒

1Cr13、2Cr13具有耐大氣、蒸汽腐蝕能力及良好的綜合力學(xué)性能。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

⑵3Cr13、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)療器械不銹鋼刀牌號(hào)HT組織應(yīng)用舉例1Cr132Cr131050℃淬700℃回回S快艇艉軸、汽輪機(jī)葉片3Cr131050℃淬500℃回回T彈性器械（如彈簧）4Cr131050℃淬250℃回回M刃具、軸承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0Cr13、1Cr17等。⑴成分：高鉻低碳⑵無(wú)α?γ相變，不能進(jìn)行熱處理強(qiáng)化。⑶組織：?jiǎn)蜗噼F素體

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450~550℃停留，產(chǎn)生脆化。再加熱到600℃快冷可消除。②相脆化：在600~800℃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。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18-8（18Cr-8Ni）型不銹鋼。

⑴

成分特點(diǎn):Cr提高基體電極電位Ni擴(kuò)大奧氏體區(qū),形成單相組織.⑵組織為單相奧氏體。⑶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(wú)磁性。不銹鋼的晶間腐蝕:

晶間腐蝕是沿晶界發(fā)生腐蝕的現(xiàn)象，危害很大。原因:在晶界析出Cr23C6，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。防止晶間腐蝕的措施:1)進(jìn)一步降低含碳量,C≤0.08%---0Cr18Ni9C≤0.03%---00Cr18Ni92)加Ti、Nb定碳,使Ti、Nb優(yōu)先與C形成碳化物,避免晶界貧Cr---1Cr18Ni9Ti

應(yīng)力腐蝕:奧氏體不銹鋼易發(fā)生應(yīng)力腐蝕。即在特定合金-環(huán)境體系中，應(yīng)力與腐蝕共同作用引起的破壞。應(yīng)力腐蝕易在含Clˉ的介質(zhì)中發(fā)生，裂紋為樹枝狀。發(fā)生應(yīng)力腐蝕奧氏體不銹鋼管道內(nèi)壁應(yīng)力腐蝕裂紋⑷熱處理固溶處理:加熱到1100℃使碳化物溶解后水冷。穩(wěn)定化處理:主要用于含Ti、Nb的不銹鋼。850~880℃使鉻的碳化物溶解,Ti、Nb碳化物保留.消除殘余應(yīng)力:300~350℃消除冷加工應(yīng)力;>850℃消除焊接殘余應(yīng)力.

常用鋼種及應(yīng)用:

1Cr18Ni9、0Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti

1Cr18Ni9Ti---潛艇的聲納導(dǎo)流罩0Cr18Ni9-----一般管路鋼的耐熱性包括高溫抗氧化性和高溫?zé)釓?qiáng)性。

㈠性能要求

1、抗氧化性/熱穩(wěn)定性

指鋼在高溫下對(duì)氧化作用的抗力.FeO疏松多孔,易剝離,鋼中加入Cr、Si、Al可形成致密、穩(wěn)定的合金氧化膜，阻礙氧進(jìn)一步擴(kuò)散，提高抗氧化性。二、耐熱鋼氣輪機(jī)葉片

2、高的熱強(qiáng)性

熱強(qiáng)性是指金屬在高溫下的強(qiáng)度，與溫度和時(shí)間有關(guān)。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。

▲蠕變極限:是指在一定溫度下，在一定時(shí)間內(nèi)，產(chǎn)生一定量變形，材料所能承受的最大應(yīng)力。表示在600℃，1000小時(shí)內(nèi)，引起0.1%變形量所能承受的最大應(yīng)力是88MPa.▲持久強(qiáng)度:是指在一定溫度下,在規(guī)定時(shí)間內(nèi)材料斷裂所能承受的最大應(yīng)力.表示是60MPa在800℃,約100小時(shí)所能承受的最大斷裂應(yīng)力為186MPa.3、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:1)凈化晶界2)填充晶界加入B、Zr等降低晶界能量.σT

晶界晶內(nèi)T0

㈡常用耐熱鋼1、珠光體耐熱鋼常用鋼號(hào)為15CrMo、12Cr1MoV，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(T再)；V彌散強(qiáng)化。渦輪機(jī)機(jī)殼鍋爐管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。

2、馬氏體耐熱鋼

常用鋼號(hào)為1Cr13、1Cr11MoV、4Cr9Si2等⑴合金元素作用：Cr、Si提高抗氧化性；Mo提高熱強(qiáng)性(T再)；V彌散強(qiáng)化。⑵熱處理：調(diào)質(zhì)。⑶組織：S回。汽輪機(jī)葉片汽車閥門

⑷用途：1Cr13、1Cr11MoV用于550℃以下汽輪機(jī)葉片；4Cr9Si2是汽車閥門用鋼。過(guò)熱器管排過(guò)熱器集箱3、奧氏體耐熱鋼最典型鋼號(hào)是1Cr18Ni9Ti。Cr的作用是提高抗氧化性；Ni的作用是獲得單相奧氏體；Ti的作用是彌散強(qiáng)化。熱處理采用固溶處理組織為單相A。主要用于過(guò)熱器管道等。

(三)常用耐熱合金----鎳基合金、鈷基合金Ni基合金：[Cr20Ni80＋合元W、Mo、Co等]制成強(qiáng)化機(jī)理：固溶強(qiáng)化＋析出強(qiáng)化使用溫度：900～1000℃牌號(hào)、應(yīng)用應(yīng)用---燃?xì)廨啓C(jī)葉片、燃燒室牌號(hào)---GHxxxx、Kxxx鋼號(hào)鋼種合金元素的主要作用熱處理特點(diǎn)使用狀態(tài)下組織Q345低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼Mn:強(qiáng)化F，增加P量，降低冷脆轉(zhuǎn)變溫度熱軋空冷F+P65Mn彈簧鋼Mn:提高淬透性，強(qiáng)化F淬火+中溫回火T回ZGMn13耐磨鋼Mn:獲得單相A組織水韌處理表:M+碳化物心:A20Cr滲碳鋼Cr:提高淬透性，強(qiáng)化F滲碳+淬火+低溫回火表:M回+顆粒狀碳化物+A’心:M回+F40Cr調(diào)質(zhì)鋼Cr:提高淬透性，強(qiáng)化F調(diào)質(zhì)處理S回9SiCr低合金工具鋼Cr:提高淬透性淬火+低溫回火M回+顆粒狀碳化物+A’(少量)GCr15滾動(dòng)軸承鋼Cr:提高淬透性，耐磨性、耐蝕性淬火+低溫回火M回+顆粒狀碳化物+A’(少量)1Cr13馬氏體不銹鋼Cr:提高耐蝕性淬火+高溫回火S回5CrNiMo熱作模具鋼Cr、Ni:提高淬透性，強(qiáng)化F淬火+高溫回火S回Mo:防止高溫回火脆性Cr12MoV冷作模具鋼Mo:細(xì)化晶粒，提高耐磨性淬火+低溫回火M回+顆粒狀碳化物+A’(少量)W1