62合金钢2013副本教程.pptx

第五节第五节 特殊性能钢特殊性能钢一、不锈钢：一、不锈钢：“不不锈锈钢钢”是是指指能能抵抵抗抗大大气气及及弱弱腐腐蚀蚀介介质质的的钢钢；而而“耐耐酸酸钢钢”是是指指在在各各种种强强腐腐蚀蚀介介质质中中耐耐蚀的钢。没有绝对不锈、不受腐蚀的钢种。蚀的钢。没有绝对不锈、不受腐蚀的钢种。1.1金属腐蚀的概念：金属腐蚀的概念：金金属属腐腐蚀蚀的的形形式式有有两两种种，一一种种是是化化学学腐腐蚀蚀，一一种种是是电电化化学学腐腐蚀蚀。化化学学腐腐蚀蚀是是金金属属直直接接与与周周围围介介质质发发生生纯纯化化学学作作用用。例例如如钢钢在在氧氧化化性性气气氛氛中中加加热热发发生生氧氧化化反反应应形形成成氧氧化化铁铁皮皮。电电化化学学腐腐蚀蚀是是金金属属在在酸酸、碱碱、盐盐等等电电介介质质溶溶液液中中由由于于原原电池的作用而引起的腐蚀。电池的作用而引起的腐蚀。钢钢 在在 电电 介介 质质 中的腐蚀原理：中的腐蚀原理：钢钢在在电电介介质质中中由由于于本本身身各各部部分分电电极极电电位位的的差差异异，在在不不同同区区域域产产生生电电位位差差，如如图图1129所所示示，例例如如区区电电位位低低，为为阳阳极极；区区电电位位高高，为为阴阴极极。电电介介质质溶溶液液在在钢钢的的这这两两个个区区域域发发生生不不同的反应。同的反应。n 阳极：氧化反应阳极：氧化反应n 阴极介质中：还原反应。阴极介质中：还原反应。n电电位位较较低低的的阳阳极极区区将将不不断断被被腐腐蚀蚀，而而电位较高的阴极区受到保护。电位较高的阴极区受到保护。n 化化学学性性质质较较活活泼泼的的区区域域为为阳阳极极（如如晶晶界界、塑塑性性变变形形区区、温温度度较较高高的的区区域域）；而而晶晶内内、未未塑塑性性变变形形区区、温温度较低的区域等则为阴极区。度较低的区域等则为阴极区。n 钢钢的的组组织织和和化化学学成成分分不不均均匀匀会会产产生生原原电电池池，（如如钢钢中中碳碳化化物物、硫硫化化物物、夹夹杂杂物物等等第第二二相相和和基基体体，晶晶内内和和晶晶界界）。变变形形和和应应力力的的不不均均匀匀分分布布也也会会造造成成各各部部分分之之间间产产生生电电极极电位差。电位差。n 电电位位差差越越大大，阳阳极极电电流流密密度度越越大大，钢的腐蚀速度越大。钢的腐蚀速度越大。1.2电化学腐蚀：电化学腐蚀：n例如：珠光体组织在硝酸酒精中的腐蚀；例如：珠光体组织在硝酸酒精中的腐蚀；珠光体珠光体铁素体：电极电位较低，成为阳极，不铁素体：电极电位较低，成为阳极，不断的被腐蚀；断的被腐蚀；渗碳体：电极电位较高，成为阴极，渗碳体：电极电位较高，成为阴极，不易被腐蚀；不易被腐蚀；这样，原先被抛光的磨面变得凹凸不平，凸出这样，原先被抛光的磨面变得凹凸不平，凸出的部分为渗碳体，凹陷的部分为铁素体，故可的部分为渗碳体，凹陷的部分为铁素体，故可观察珠光体组织；观察珠光体组织；所以，电极电位较高的具有较高的耐蚀性；两所以，电极电位较高的具有较高的耐蚀性；两相组织越细，所形成的原电池就越多，耐蚀性相组织越细，所形成的原电池就越多，耐蚀性就越差；就越差；应力腐蚀冲刷腐蚀总结：总结：n提高钢的耐蚀性的方法：提高钢的耐蚀性的方法：尽量在室温下获得相尽量在室温下获得相组织；组织；提高合金本身的电极提高合金本身的电极电位，为此常加入少电位，为此常加入少量地量地Cr、Ni等；等；形成氧化膜形成氧化膜n1.31.3不锈钢的分类：不锈钢的分类：n n 不锈钢按化学成分可分为：不锈钢按化学成分可分为：n铬不锈钢、铬镍不锈钢、铬锰不锈钢等。铬不锈钢、铬镍不锈钢、铬锰不锈钢等。n 不锈钢按金相组织可分为不锈钢按金相组织可分为:n马氏体、铁素体、奥氏体、奥氏体马氏体、铁素体、奥氏体、奥氏体-铁素体不铁素体不锈钢。锈钢。二、不锈钢的合金化原理二、不锈钢的合金化原理 方方法法:如如表表面面镀镀金金属属、涂涂非非金金属属层层、电电化化学学保保护护和和改改变变腐腐蚀蚀环环境境、介介质质等等。利利用用合合金金化化提提高高材材料料本本身身的的耐耐蚀蚀性性是是最最有效的控制腐蚀的措施。有效的控制腐蚀的措施。n 1.合合金金元元素素Cr、Ni、Si等等提提高高基基体体金金属属的的电电极极电电位位，减减少少微微电电池池数数目目，可可有效地提高钢的耐蚀性。有效地提高钢的耐蚀性。2.合金元素改变组织合金元素改变组织 加加入入合合金金元元素素使使钢钢在在室室温温下下获获得得单单相相固固溶溶体体组组织织，也也能能减减少少微微电电池池数数目目，从而有效提高钢的耐蚀性。从而有效提高钢的耐蚀性。不不锈锈钢钢中中的的Ni、Mn、Cu等等都都是是扩扩大大区区的的元元素素。随随含含镍镍量量增增多多，A3点点降降低低，A4点点升升高高；当当超超过过一一定定含含量量后后，FeNi合合金金不不再再出出现现相相，从从高高温温到到室室温都是温都是单相奥氏体单相奥氏体。Cr是是很很强强的的铁铁素素体体形形成成元元素素，含含量量超超过过12.7时时，FeCr合合金金为为单单相相铁铁素体组织素体组织。n 3.加加入入合合金金元元素素使使钢钢的的表表面面形形成成结结构构致致密密、不不溶溶于于腐腐蚀蚀介介质质、电电阻阻又又高高的的保护膜保护膜亦能显著提高钢的耐蚀性。亦能显著提高钢的耐蚀性。n 改改变变金金属属的的表表面面状状态态，使使电电极极电电位位升高的现象称为升高的现象称为钝化钝化。n 在在铁铁中中加加入入 Cr，Si、Al可可有有效效地地提提高高铁铁的的钝钝化化能能力力，从从而而提提高高钢钢的的耐耐蚀蚀性性。Cr是是钝钝化化能能力力很很强强的的元元素素，可可使使钢钢的的表表面面很很快快形形成成一一层层致致密密、稳稳定定、完完整整，并并能与铁的基体牢固结合的能与铁的基体牢固结合的Cr2O3钝化膜。钝化膜。n 为为了了形形成成氧氧化化物物膜膜，溶溶液液中中必必须须有有氧氧存存在在，因因此此Cr不不锈锈钢钢只只是是在在氧氧化化性性酸酸中中才才容容易易发发生生钝钝化化。Si和和Al能能形形成成一一层致密的氧化膜，提高钢的耐蚀性。层致密的氧化膜，提高钢的耐蚀性。n 在在FeCr，FeCrNi不不锈锈钢钢中中加加入入Mo，能能形形成成更更稳稳定定的的氧氧化化膜膜（MoO3），具具有有满满意意的的耐耐蚀蚀性性。还还能能提提高高NiCr不不锈锈钢钢的的抗抗晶晶间间腐腐蚀蚀的的能能力。力。n 4.钢钢中中的的碳碳完完全全进进入入固固溶溶体体，则则对对耐耐蚀蚀性性无无明明显显影影响响。当当不不锈锈钢钢中中的的碳碳以以碳碳化化物物的的形形式式析析出出，一一方方面面增增加加钢钢中中微微电电池池的的数数目目，同同时时也也减减少少基基体体中中的的Cr量量，使使电电极极电电位位降降低低，从从而而加加剧剧钢钢的的腐腐蚀蚀。如如果果Cr碳碳化化物物沿沿晶晶界界析析出出，将将使使晶晶界界附附近近基基体体中中的的含含Cr量量减减少少，电电极极电电位位降降低低，从而导致从而导致晶间腐蚀晶间腐蚀。n 成分：成分：n不不锈锈钢钢含含碳碳量量一一般般较较低低，为为0.10.2，不不超超过过0.4%。只只有有要要求求高高硬硬度度、高高耐耐磨磨的的不不锈锈钢钢，含含碳碳量量才才增增加加到到0.850.95（如如9Cr18钢钢)，为为了了提提高高钢钢的的耐耐蚀蚀性性，必必须须相相应应提高钢中含铬量。提高钢中含铬量。n 5.减减少少或或消消除除钢钢中中各各种种不不均均匀匀现现象也是提高钢的耐蚀性的重要措施。象也是提高钢的耐蚀性的重要措施。n 通通过过真真空空冶冶炼炼、电电渣渣重重溶溶等等净净化化工工艺艺，提提高高钢钢的的纯纯度度，减减少少夹夹杂杂物物数数量量；加加入入合合金金元元素素，提提高高钢钢的的淬淬透透性性；进进行行适适当当的的热热加加工工和和热热处处理理，消消除除应应力力、组组织织及及化化学学成成分分的的不不均均匀匀性性，从从而改善钢的耐蚀性。而改善钢的耐蚀性。n 一一定定的的机机械械性性能能和和工工艺艺性性能能，因因此此各各种种合合金金元元素素和和碳碳的的含含量量应应有有合合理理的配比。的配比。n （三）马氏体不锈钢（三）马氏体不锈钢n 1.这这类类钢钢的的含含铬铬量量为为13-18%，含含碳碳量量为为0.1-1.0，主主要要包包括括Cr13型型不不锈锈钢钢和和高高碳碳不不锈锈轴轴承承钢钢9Cr18等等（见见表表 1119）。生生产产上上应应用用最最广广泛泛的的马马氏氏体体不不锈锈钢钢是是1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13等。等。n 2.特特点点：这这类类钢钢含含有有较较高高的的碳碳，含含碳碳量量增增加加。钢钢的的硬硬度度、强强度度、耐耐磨磨性性及及切削性能显著提高，而耐蚀性能下降切削性能显著提高，而耐蚀性能下降。n 含含碳碳量量较较高高的的 3Cr13、4Cr13等等不不锈锈钢钢适适于于制制造造医医疗疗器器械械、弹弹簧簧和和轴轴承承部部件等机器零件。件等机器零件。n 含含碳碳量量较较低低的的1Cr13、2Cr13等等不不锈锈钢钢具具有有较较高高的的塑塑性性、冲冲击击韧韧性性和和良良好好的的综综合合力力学学性性能能，常常用用来来制制造造汽汽轮轮机机叶叶片片、水水压压机机阀阀以以及及在在较较高高温温度度下下工工作作的的螺钉、螺帽等机器零件。螺钉、螺帽等机器零件。n表11-19n 3.热处理工艺热处理工艺n A.预备热处理：预备热处理：n 因因含含大大量量Cr元元素素，淬淬透透性性好好，高高温温加加热热后后空空冷冷能能淬淬硬硬。锻锻造造后后应应缓缓慢慢冷冷却却，以以防防锻锻件件表表面面产产生生裂裂纹纹。锻锻造造后后应应立立即即进进行行完全退火或高温回火以提高钢的塑性。完全退火或高温回火以提高钢的塑性。n 高高温温回回火火温温度度为为700800，保保温温26 h后空冷后空冷；n 完完全全退退火火工工艺艺是是加加热热到到840900，保保温温24h，然然后后缓缓冷冷至至 600再再出出炉炉空空冷。冷。n B.淬火工艺：淬火工艺：n 进进行行淬淬火火与与回回火火。除除了了1Cr13以以外外，2Cr134Cr13钢钢高高温温都都是是单单相相奥奥氏氏体体，淬淬火火得得到到马马氏氏体体。Cr13型型钢钢淬淬火火加加热热是是为为了了得得到到单单相相奥奥氏氏体体，让让碳碳化化物物充充分分溶溶解解而而晶晶粒粒又又不不过过分分粗大。粗大。n 1Cr13、2Cr13钢钢的的淬淬火火温温度度为为10001050；n 3Cr13、4Cr13的的含含碳碳量量高高，淬淬火火温温度度应应高高些些，为为10001100，可可保保证证碳碳化化物物充充分分溶解而得到高的硬度、强度和耐蚀性。溶解而得到高的硬度、强度和耐蚀性。n 马马氏氏体体不不锈锈钢钢淬淬透透性性较较高高，对对形形状状复复杂杂、尺尺寸寸较较小小的的零零件件可可采采用用空空冷冷或或吹吹风风冷冷却却，尺尺寸寸较大的零件则采用较大的零件则采用油冷油冷淬火。淬火。n C.回火工艺：回火工艺：n 3Cr13、4Cr13钢钢淬淬火火温温度度高高，回回火火时时碳碳化化物物析析出出较较多多，使使基基体体贫贫Cr，降降低低耐耐蚀蚀性性，通通常常采采用用200300低低温温回回火火，保保温温24 h，得得到到回回火火马马氏氏体体组组织织。此此时时基体仍保留大量的基体仍保留大量的Cr。n 1Cr13、2Cr13钢钢 淬淬 火火 后后 在在 660740间间进进行行高高温温回回火火，得得到到综综合合力力学学性性能能良良好好的的回回火火索索氏氏体体组组织织。采采用用更更高高的的回回火火温温度度，可可使使碳碳化化物物聚聚集集长长大大，合合金金元元素素扩扩散散较较充充分分，使使贫贫Cr区区获获得得平平衡衡的的Cr浓浓度度，从而保证钢有较高的耐蚀性。从而保证钢有较高的耐蚀性。n 回火后应采用较快速度冷却。回火后应采用较快速度冷却。马氏体不锈钢小结：n含碳量0.1-1.0%；含铬13-18%n随含碳量增加，强度、硬度、耐磨性提高，抗腐蚀性下降。n热处理：n含碳量低的：淬火+高温回火n含碳量较高的：淬火+低温回火n应用：n力学性能要求较高，并对耐蚀性能有一定要求的零件。汽轮机叶片、喷嘴、刃具、阀门、量具等。n常用牌号：n1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13n （四）铁素体不锈钢（四）铁素体不锈钢n 1.成分特点成分特点n 含铬量高含铬量高15%，含碳量低，含碳量低0.15%。加热或冷却过程中加热或冷却过程中没有或少有没有或少有 转变转变，属，属于于铁素体钢铁素体钢。随着含铬量增多，基体电极电位。随着含铬量增多，基体电极电位升高，钢的升高，钢的耐蚀性提高耐蚀性提高。该类钢在氧化性酸中。该类钢在氧化性酸中具有良好的耐蚀性，同时具有较高的抗氧化性具有良好的耐蚀性，同时具有较高的抗氧化性能。广泛用于硝酸、氮肥、磷酸等工业，也可能。广泛用于硝酸、氮肥、磷酸等工业，也可作为高温下的抗氧化材料。工业上常用的铁素作为高温下的抗氧化材料。工业上常用的铁素体不锈钢牌号有体不锈钢牌号有 1Cr17、1Cr17Ti、1Cr28、1Cr25Ti及及 1Cr17Mo2Ti等，化学成分、热处等，化学成分、热处理和机械性能见表理和机械性能见表1120。n表11-20n 2.Crl7型不锈钢使用最为普遍。型不锈钢使用最为普遍。1Cr17钢含碳量钢含碳量0.12%，高温下有部高温下有部分分相形成，但铁素体占主要部分，属于相形成，但铁素体占主要部分，属于半铁素体钢。其它钢是单相铁素体组织。半铁素体钢。其它钢是单相铁素体组织。n 1Cr17Ti或或 1Cr17Nb是在是在 1Cr17钢基础上发展起来的铁素体不锈钢。向钢基础上发展起来的铁素体不锈钢。向钢中添加钢中添加Ti或或Nb形成稳定的形成稳定的TiC或或NbC，使，使Cr基本上溶于固溶体中，避免出现基本上溶于固溶体中，避免出现贫贫Cr区，可以区，可以阻止晶间腐蚀阻止晶间腐蚀发生。发生。n 1Cr25Ti、1Cr28钢的含钢的含Cr量高，在量高，在氧化性酸介质中耐蚀性更高。氧化性酸介质中耐蚀性更高。n 3.铁铁素素体体不不锈锈钢钢的的主主要要缺缺点点是是韧韧性性低，脆性大低，脆性大。引起脆性的原因有三：。引起脆性的原因有三：n （1）晶晶粒粒粗粗大大:铁铁素素体体不不锈锈钢钢在在加加热热和和冷冷却却时时不不发发生生相相变变，粗粗大大的的铸铸态态组组织织只只能能通通过过压压力力加加工工碎碎化化，而而不不能能通通过过热热处处理理改改变变。若若高高温温加加热热、焊焊接接或或压压力力加加工工不不当当，例例如如温温度度超超过过850900，晶晶粒粒即即显显著著粗粗化化。粗粗大大晶晶粒粒导导致致钢钢的的冷脆倾向增大，室温冲击韧性很低。冷脆倾向增大，室温冲击韧性很低。n 采采用用降降低低停停轧轧温温度度、真真空空冶冶炼炼、加加入入少少量量合合金金元元素素Ti等等办办法法可可防防止止因因晶晶粒粒粗大产生的室温脆性。粗大产生的室温脆性。n （2）475脆脆性性：含含铬铬15的的高高铬铬铁铁素素体体不不锈锈钢钢在在400550温温度度范范围围内内长长时时间间停停留留或或缓缓冷冷时时，会会导导致致脆脆化化，强强度度升升高高，塑塑性性、韧韧性性接接近近于于零零，耐耐热热性性能能降降低低。由由于于475左左右右脆脆化现象最严重，故称为化现象最严重，故称为475脆性。脆性。n 原原因因:是是在在475加加热热时时，铁铁素素体体内内的的铬铬原原子子趋趋于于有有序序化化，形形成成富富铬铬的的铁铁素素体体（含含Cr80，含含Fe20）。该该相相在在母母相相100面面或或位位错错处处析析出出，与与母母相相保保持持共共格格关关系系，产产生生很很大大的的晶晶格格畸畸变变和和内内应应力力，使使滑滑移移难难以以进进行行。易易于于产产生生孪孪晶晶，孪孪晶晶面面成成为为解解理理断断裂裂形形核核地地点点，因而导致钢的脆化，降低钢的耐蚀性。因而导致钢的脆化，降低钢的耐蚀性。n 通通过过加加热热至至580650保保温温15h后快冷的办法可以消除后快冷的办法可以消除475脆性。脆性。n (3)相相脆脆性性：含含Cr15的的高高铬铬铁铁素素体体不不锈锈钢钢在在520820长长时时间间加加热热时时，从从-铁铁素素体体中中析析出出金金属属间间化化合合物物FeCr，叫叫做做相相。相相的的析析出出使使铁铁素素体体不不锈锈钢钢变变脆脆的的现象叫现象叫相脆性。相脆性。n 相相具具有有复复杂杂六六方方点点阵阵，硬硬度度很很高高（HRC68），脆脆性性很很大大，相相析析出出的的同同时时还还伴伴随随很很大大的的体体积积变变化化，且且又又常常常常沿沿晶晶界界分分布布。因因此此造造成成很很大大脆脆性性，也也会会引引起起钢钢的晶间腐蚀，降低抗氧化性能。的晶间腐蚀，降低抗氧化性能。n 重重新新加加热热 820以以上上，使使相相溶溶入入-铁铁素素体体，随随后后快快速速冷冷却却，可可以以消消除除相相脆脆性性，也避免产生也避免产生475 脆性。脆性。三、奥氏体型不锈钢：三、奥氏体型不锈钢：n是工业上应用最广泛的一类不锈钢，最常见的是工业上应用最广泛的一类不锈钢，最常见的是含是含Cr量为量为18%，含，含Ni量为量为9%的的18-8型不锈型不锈钢；最典型的是钢；最典型的是1Cr18Ni9Ti；以以1Cr18Ni9Ti为例，介绍奥氏体型不锈钢：为例，介绍奥氏体型不锈钢：化学成分：化学成分：含碳量：小于含碳量：小于0.1%，含碳量较低，若含碳量过，含碳量较低，若含碳量过多，在奥氏体冷却时易发生分解形成多，在奥氏体冷却时易发生分解形成(CrFe)23C6，不能保持单相奥氏体状态；，不能保持单相奥氏体状态；含含18%Cr：产生钝化作用，阻碍阳极反应，增：产生钝化作用，阻碍阳极反应，增加耐蚀性；加耐蚀性；n (五五)奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢n n 1.简介简介 n 应应用用最最广广的的不不锈锈钢钢。常常见见的的是是含含Cr18、含含Ni9 的的 18 8型型 不不 锈锈 钢钢。0Cr18Ni9、1Cr18Ni9、2Cr18Ni9、0Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni9Ti。n 有有很很好好的的耐耐蚀蚀性性，同同时时具具有有优优良良的的抗抗氧氧化化性性和和高高的的机机械械性性能能。在在氧氧化化性性、中中性性及及弱弱氧氧化化性性介介质质中中耐耐蚀蚀性性远远比比铬铬不不锈锈钢钢为为优优。室室温温及及低低温温韧韧性性、塑塑性性及焊接性也是铁素体不锈钢不能比。及焊接性也是铁素体不锈钢不能比。以以1Cr18Ni9Ti为例，介绍奥氏体型不锈钢：为例，介绍奥氏体型不锈钢：1化学成分：化学成分：含碳量：小于含碳量：小于0.1%，含碳量较低，若，含碳量较低，若含碳量过多，在奥氏体冷却时易发生分含碳量过多，在奥氏体冷却时易发生分解形成解形成(CrFe)23C6，不能保持单相奥氏，不能保持单相奥氏体状态；体状态；含含18%Cr：产生钝化作用，阻碍阳极反：产生钝化作用，阻碍阳极反应，增加耐蚀性；应，增加耐蚀性；钝化：钝化：如果基体含铬量如果基体含铬量WCr11.7%时，能在阳极区域基时，能在阳极区域基体表面上形成一层富体表面上形成一层富Cr的氧化物保护膜，这层的氧化物保护膜，这层膜会阻碍阳极区域的反应，并增加电极电位，膜会阻碍阳极区域的反应，并增加电极电位，致使基体的电化学腐蚀过程减缓，从而获得一致使基体的电化学腐蚀过程减缓，从而获得一定的耐蚀性。定的耐蚀性。这种由于金属中的阳极区域的反这种由于金属中的阳极区域的反应受到阻碍而使金属耐蚀性（抗电化学腐蚀）应受到阻碍而使金属耐蚀性（抗电化学腐蚀）提高的现象叫做钝化；提高的现象叫做钝化；含含9%Ni：扩大奥氏体区，降低钢的：扩大奥氏体区，降低钢的MS点，使点，使钢在室温下具有单相奥氏体组织；钢在室温下具有单相奥氏体组织；TI：为了抑制：为了抑制(CrFe)23C6在晶界上析出，消除在晶界上析出，消除钢的晶间腐蚀倾向；钢的晶间腐蚀倾向；问题：问题：Cr-Ni不锈钢在不锈钢在400850保温或缓冷时会发生严保温或缓冷时会发生严重的晶间腐蚀破坏。这是由于在晶界上析出了重的晶间腐蚀破坏。这是由于在晶界上析出了富富Cr的的(CrFe)23C6，而使其周围基体形成贫，而使其周围基体形成贫Cr区造成的；区造成的；解决方法解决方法：一是改变钢的化学成分，二是在工艺上采取一些措施一是改变钢的化学成分，二是在工艺上采取一些措施降低含碳量，使降低含碳量，使Cr的碳化物不能析出；的碳化物不能析出；加入加入Ti、Nb等碳化物形成元素，形成稳定的碳等碳化物形成元素，形成稳定的碳化物（化物（TiC、NbC），避免在晶界上沉淀析出），避免在晶界上沉淀析出Cr的碳化物；的碳化物；在在188型钢基础上增加含铬量或加入其它型钢基础上增加含铬量或加入其它铁铁素体形成元素素体形成元素，形成，形成AF型双相不锈钢型双相不锈钢。热处理方法：热处理方法：固溶处理：将钢加热到固溶处理：将钢加热到10501150，让所有，让所有的的碳化物全部溶入碳化物全部溶入A中，然后水淬快冷，在室中，然后水淬快冷，在室温下得到温下得到单相的奥氏体组织单相的奥氏体组织，这种处理叫做固，这种处理叫做固溶处理；处理后强度较低但塑性较高，并且具溶处理；处理后强度较低但塑性较高，并且具有耐蚀性；有耐蚀性；稳定化处理：是将含稳定化处理：是将含Ti、Nb的奥氏体不锈钢经的奥氏体不锈钢经固溶处理后，再经固溶处理后，再经850900保温保温14h空冷空冷的处理。其目的是使大部分的处理。其目的是使大部分Cr碳化物溶解，而碳化物溶解，而使使TiC、NbC部分保留部分保留，不会在晶间沉淀出，不会在晶间沉淀出Cr23C6。达到。达到防止晶间腐蚀防止晶间腐蚀的效果。的效果。去去应应力力处处理理：是是消消除除钢钢在在冷冷加加工工或或焊焊接接后后的的残残余余内内应应力力的的热热处处理理工工艺艺。一一般般加加热热至至300350回火回火。l不不含含稳稳定定化化元元素素Ti、Nb的的钢钢，加加热热温温度度不不超超过过450，以免析出，以免析出Cr碳化物而引起晶间腐蚀；碳化物而引起晶间腐蚀；l对对于于超超低低碳碳和和含含Ti、Nb不不锈锈钢钢的的冷冷加加工工件件和和焊焊接接件件，需需在在500950加加热热，然然后后缓缓冷冷消消除除应应力力，可可以以减减轻轻晶晶间间腐腐蚀蚀倾倾向向，并并提提高高钢钢的的应应力力腐腐蚀蚀抗抗力。力。不锈钢的成分、热处理、性能不锈钢的成分、热处理、性能钢号钢号主主 要要 化化 学学 成成 分分,%淬火淬火回火回火CCrNiTi类类别别机械性能机械性能 bMPasMPa5%HRCHB1Cr13 0.1512149501000水水,油油7007504Cr130.360.45121410501100 油油200300M型型540345680400254159501Cr170.121618780850 正火正火0Cr18Ni90.07171981210101150 水水F型型A型型A-F型型45020552020522401831871Cr18Ni9Ti0.1217199120.50.89201150 水水520205401871Cr21Ni5Ti0.090.1420224.85.80.350.89501100水水,空空60035020n基本要求：基本要求：了解耐热钢铁材料的工作条件及性能特点，了解耐热钢铁材料的工作条件及性能特点，掌握提高钢的热强性及热稳定性的基本原理，掌握提高钢的热强性及热稳定性的基本原理，掌握各类耐热钢的牌号、主要用途及热处理掌握各类耐热钢的牌号、主要用途及热处理工艺。工艺。n重点：重点：耐热钢的合金化原理、常用耐热钢的钢种及耐热钢的合金化原理、常用耐热钢的钢种及热处理热处理 n难点：难点：耐热钢的合金化原理。耐热钢的合金化原理。二、耐热钢二、耐热钢基本概念基本概念 耐耐热热钢钢是是指指在在高高温温下下工工作作并并具具有有一一定定强强度度和和抗抗氧氧化化、耐耐腐腐蚀蚀能能力力的的钢钢种种。包包括括热热稳稳定定钢钢（抗抗氧化钢）和热强钢。氧化钢）和热强钢。热热稳稳定定钢钢是是指指在在高高温温下下抗抗氧氧化化或或抗抗高高温温介介质质腐腐蚀蚀而不破坏的钢。而不破坏的钢。热热强强钢钢是是指指在在高高温温下下有有一一定定抗抗氧氧化化能能力力并并具具有有足足够强度而不产生大量变形或断裂的钢。够强度而不产生大量变形或断裂的钢。（一）耐热钢的热稳定性和热强性（一）耐热钢的热稳定性和热强性 1.1.耐热钢的用途耐热钢的用途 制制造造蒸蒸汽汽锅锅炉炉、蒸蒸汽汽轮轮机机、燃燃气气涡涡轮轮、喷喷气气发发动机以及火箭、原子能装置等构件或零件。动机以及火箭、原子能装置等构件或零件。2.2.耐热钢的工作条件及性能要求：耐热钢的工作条件及性能要求：在在450450以以上上，甚甚至至高高达达11001100以以上上工工作作，并并且且承受承受静载、疲劳或冲击静载、疲劳或冲击的作用。的作用。钢钢件件与与高高温温气气相相接接触触，表表面面要要发发生生高高温温氧氧化化或或腐腐蚀蚀破破坏坏。材材料料在在高高温温作作用用下下，屈屈服服极极限限和和抗抗拉拉强强度度要要降降低低，尤尤其其要要降降低低钢钢的的形形变变强强化化作作用用。如如果果在在高高温温下下给给钢钢件件加加一一比比该该温温度度下下屈屈服服极极限限还还低低的的恒恒定定的的应应力力，那那么么在在温温度度和和载载荷荷的的长长时时间间作作用用下下，钢钢将将以以一一定定的的速速度度发发生生连连续续缓缓慢慢的的塑塑性性变变形形。这这一一现现象象称称为为蠕蠕变变。最最终终能能导导致致钢钢件件的的断断裂裂。因因此此钢钢件件要要在在高高温温下下承承受受各各种种负负荷荷应应力力的的作作用用，必必须须具具备备足足够够的的热热稳稳定性和热强性。定性和热强性。-3.3.钢的热稳定性和抗氧化性钢的热稳定性和抗氧化性是是指指钢钢在在高高温温下下抗抗氧氧化化或或抗抗高高温温介介质质腐腐蚀蚀的的能能力力。用用单单位位时时间间、单单位位面面积积上上氧氧化化后后重量增加或减少的数值表示。重量增加或减少的数值表示。钢钢在在高高温温下下与与氧氧发发生生化化学学反反应应，若若能能在在表表面面形形成成一一层层致致密密的的、并并能能牢牢固固地地与与金金属属表表面结合的氧化膜，那么钢将不再被氧化。面结合的氧化膜，那么钢将不再被氧化。碳钢一般不能满足这个要求。碳钢一般不能满足这个要求。铁铁与与氧氧可可以以有有三三种种氧氧化化物物。但但氧氧化化膜膜的的结结构构与与温温度度有有关关。560560以以下下，氧氧化化物物由由FeFe2 2O O3 3和和FeFe3 3O O4 4组组成成。这这种种氧氧化化物物致致密密，点点阵阵结结构构复复杂杂，点点阵阵常常数数小小，铁铁离离子子难难以以通通过过它它们们进进行行扩扩散散，可可以以防防止止进进一一步步氧氧化化。当当温温度度超超过过560560时时，FeFe2 2O O3 3和和FeFe3 3O O4 4下下面面形形成成FeOFeO层层。点点阵阵结结构构简简单单，缺缺位位固固溶溶体体，点点阵阵中中有有空空隙隙，铁铁离离子子易易通通过过FeOFeO层层进进行行扩扩散散，因因此此加加剧铁的剧铁的氧化氧化。4.4.提高钢的抗氧化性途径提高钢的抗氧化性途径 为了提高钢的抗氧化性，为了提高钢的抗氧化性，1 1）要要防防止止FeOFeO形形成成或或提提高高其其形形成成温温度度。当当CrCr、AlAl、SiSi含含量量较较高高时时，钢钢和和合合金金在在80080012001200也也不不出出现现FeOFeO。零零件件工工作作温温度度越越高高，保保证证钢钢有有足足够够抗抗氧氧化化性性的的CrCr、AlAl、SiSi含量也应越高。含量也应越高。2 2）加加 入入 元元 素素 CrCr、AlAl、SiSi形形 成成 CrCr2 2O O3 3、A1A12 2O O3 3或或FeOFeOCrCr2 2O O3 3、FeOFeOA1A12 2O O3 3、FeSiOFeSiO4 4等等很很致致密密的的、牢牢固固结结合合的的合合金金氧氧化化膜膜，可可以以阻阻止止铁铁离离子子和和氧氧原原子子的的扩扩散散，有良好的保护作用。有良好的保护作用。图图6-16-1 图图6 61 1所所示示CrCr对对抗抗氧氧化化性性的的影影响响。但但AlAl能能导导致致钢钢的的强强度度下下降降，脆脆性性增增大大。由由于于SiSi增增大大钢钢的的脆脆性性，一一般般要要限限制制在在3 3以以下下。为为了了提提高高钢钢的的抗抗氧氧化化性性，通通常常CrCr、AlAl、SiSi同同时时加入。加入。3 3）在抗氧化钢中加）在抗氧化钢中加NiNi，主要是形成奥氏，主要是形成奥氏体，改善工艺性能，提高钢的热强性。体，改善工艺性能，提高钢的热强性。4)4)碳碳对钢的抗氧化性不利，因为碳和铬对钢的抗氧化性不利，因为碳和铬易形成铬的碳化物，减少基体中含铬量，易形成铬的碳化物，减少基体中含铬量，易产生晶间腐蚀。为易产生晶间腐蚀。为0.10.10.20.2左右。左右。n 抗氧化钢抗氧化钢:有较强抗高温氧化性能有较强抗高温氧化性能,而不承受较大而不承受较大载荷的一类钢。载荷的一类钢。1 1、钢的抗氧化性能、钢的抗氧化性能 要求氧化膜比较致密要求氧化膜比较致密,不利于铁原子在氧不利于铁原子在氧化膜中的扩散化膜中的扩散;要求氧化膜与金属基体有较好的结合要求氧化膜与金属基体有较好的结合,不不容易破坏和脱落。容易破坏和脱落。提高钢抗氧化性能的途径提高钢抗氧化性能的途径 小结小结 添加添加Cr,Al,SiCr,Al,Si合金元素；合金元素；提高钢氧化膜的稳定性提高钢氧化膜的稳定性,使使FeOFeO的形成温度的形成温度高高;形成致密的氧化膜形成致密的氧化膜.抗氧化钢的类型抗氧化钢的类型 铁素体型铁素体型:nCr13Cr13钢钢 -添加添加Si,Al Cr13SiAl;Si,Al Cr13SiAl;nCr18Cr18钢钢 -添加添加Si,Cr18Si2;Si,Cr18Si2;nCr25Cr25钢钢 -添加添加Si,Al Cr24Al2Si;Si,Al Cr24Al2Si;奥氏体型奥氏体型:n1Cr18Ni91Cr18Ni9型钢型钢 -添加添加Ni,Si Ni,Si Cr18Ni25Si2;Cr18Ni25Si2;nFe-Al-MnFe-Al-Mn系系;nCr-Mn-NCr-Mn-N系系;5 5、钢的热强性、钢的热强性n 热强性表示金属在高温和载荷长时间作用下抵抗热强性表示金属在高温和载荷长时间作用下抵抗蠕变和断裂的能力，即高温强度，有蠕变和断裂的能力，即高温强度，有:n 蠕变极限蠕变极限:是在一定温度下，规定时间内试样产是在一定温度下，规定时间内试样产生一定蠕变变形量的最大应力。如某钢生一定蠕变变形量的最大应力。如某钢550 550 1/1000001/10000068.6MN/m68.6MN/m2 2，表示钢在，表示钢在550550经经10105 5h h工作或试验后，允许工作或试验后，允许总变形量为总变形量为1 1时的应力为时的应力为68.6MN/m68.6MN/m2 2 。n 持久强度持久强度:表示在一定温度下，经过一定时间而表示在一定温度下，经过一定时间而引起破断的应力，如引起破断的应力，如70070010001000表示在表示在700700下，经下，经1000h1000h的破断应力。的破断应力。n 钢钢的的高高温温机机械械性性能能不不仅仅与与加加载载时时间间有关，还有关，还与温度和组织变化有关与温度和组织变化有关。n 温温度度升升高高，钢钢的的晶晶粒粒强强度度和和晶晶界界强强度度都都下下降降。但但晶晶界界强强度度下下降降较较快快，如如图图6 62 2所所示示。晶晶粒粒强强度度和和晶晶界界强强度度相相等等时时的的温温度度叫叫等强温度。等强温度。n 图图6-26-2n 在等强温度在等强温度以上以上时，金属断裂由常温时，金属断裂由常温常见的穿晶断裂过渡常见的穿晶断裂过渡为为晶间断裂晶间断裂。这是由。这是由于高温下钢中原子扩于高温下钢中原子扩散显著加剧。散显著加剧。n 这种变形机构和这种变形机构和扩散在本质上是相似扩散在本质上是相似的，所以又称的，所以又称扩散形扩散形变变。由于此时晶界强。由于此时晶界强度低于晶粒强度，故度低于晶粒强度，故在高温下塑性变形集在高温下塑性变形集中于晶界区。中于晶界区。在在等等强强温温度度以以下下的的较较低低温温度度，由由于于晶晶界界原原子子排排列列规规则则性性差差，存存在在较较大大的的点点阵阵畸畸变变，滑滑移移只只能能在在晶晶内内进进行行，晶晶界界阻阻碍碍位位借借运运动动，从从而而使使钢钢得得到到强强化化。可可见见，钢钢在在低低温温下下，细细晶晶粒粒材材料料比比粗粗晶晶粒粒材材料料蠕变强度高。蠕变强度高。高高温温下下，蠕蠕变变主主要要是是晶晶界界扩扩散散变变形形引引起起的的，晶晶界界反反而而加加速速了了多多晶晶体体弱弱化化过过程程。因因此此，粗粗晶晶粒粒材材料料具具有有较较高高的的蠕蠕变变强强度度。但但是是晶晶粒粒过过于于粗粗大大，又会影响高温塑性和韧性。又会影响高温塑性和韧性。钢钢在在高高温温下下塑塑性性变变形形引引起起加加工工硬硬化化使使钢钢强强化化，但但是是已已强强化化了了的的钢钢位位错错结结构构不不稳稳定定，会会产产生生回回复复再再结结晶晶以以及及弥弥散散质质点点球球化化和和聚聚集集等等软软化化过过程程，使使钢的强度降低。钢的强度降低。提高提高热强性途径热强性途径 主要取决于主要取决于原子间结合力和钢的组织结构状态。原子间结合力和钢的组织结构状态。（1 1）往往基基体体钢钢中中加加入入一一种种或或几几种种合合金金元元素素，形形成成单单相相固固溶溶体体，可可提提高高基基体体金金属属原原子子间间的的结结合合力力和和热热强强性性。溶溶质质原原子子和和溶溶剂剂金金属属原原子子尺尺寸寸差差异异越越大大，熔熔点点越越高，则基体热强性越高。高，则基体热强性越高。W W、MoMo、CrCr、MnMn是是提提高高基基体体热热强强性性合合金金元元素素。W W、MoMo等等高高熔熔点点金金属属溶溶入入固固溶溶体体，阻阻碍碍扩扩散散过过程程，增增强强原原子子结结合合力力。提提高高基基体体的的再再结结晶晶温温度度，从从而而提提高高钢钢的的热热强性。强性。（2 2）从从过过饱饱和和的的固固溶溶体体中中沉沉淀淀出出弥弥散散的的强强化化相相可可以以显显著著提提高高钢钢的的热热强强性性。W W、MoMo、V V、TiTi、NiNi等等元元素素在在钢钢中中能能形形成成各各种种类类型型的的碳碳化化物物或或金金属属间间化化合合物物。如如MoMo2 2C C、V V4 4C C3 3、VCVC、NbCNbC等。等。这这些些强强化化相相在在沉沉淀淀时时与与基基体体保保持持共共格格或或半半共共格格联联系系，产产生生很很强强的的应应力力场场，阻阻碍碍位位错错运运动动，使使钢钢得得到到强强化化。在在高高温温下下能能保保持持很很高高的的强强化化效效果果，从从而而显显著著提提高高钢的热强性。钢的热强性。（3 3）晶晶界界是是钢钢在在高高温温下下的的一一个个弱弱化化因因素素，加加入入化化学学性性质质极极活活泼泼的的元元素素（如如CaCa、NbNb、ZrZr及及稀稀土土等等）与与S S、P P及及其其它它低低熔熔点点杂杂质质形形成成稳稳定定的的难难熔熔化化合合物物，可可以以减减少少晶晶界界杂杂质质偏偏聚聚，提提高高晶晶界界区区原原子子间间结结合合力力。加加入入B B、TiTi、ZrZr等等表表面面活活化化元元素素，可可以以充充填填晶晶界界空空位位，阻阻碍碍晶界原子扩散，提高蠕变抗力。晶界原子扩散，提高蠕变抗力。（4 4）通过热处理或形变热处理，）通过热处理或形变热处理，获得获得适当的晶粒大小适当的晶粒大小，促进合金碳化物，促进合金碳化物的弥散分布，调整基体和强化相的成分，的弥散分布，调整基体和强化相的成分，细化基体亚结构等可有效地提高钢的热细化基体亚结构等可有效地提高钢的热强性。强性。热强钢热强钢:在高温下工作在高温下工作,承受较大载荷的一承受较大载荷的一类钢类钢.1 1、热强钢的性能要求、热强钢的性能要求 有较高的有较高的蠕变极限蠕变极限和和高温持久强度高温持久强度