耐热钢资料.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,6,章 耐热钢,燃气轮机,6.1,基本概念,1,金属的抗氧化性,铁氧化物类型有,FeO,、,Fe,2,O,3,、,Fe,3,O,4,三种。,FeO,：结构疏松，冷却分解应力，结合力弱，易剥落；,Fe,2,O,3,、,Fe,3,O,4,：结构致密，和基体结合好。,570,以下，氧化膜由,Fe,2,O,3,和,Fe,3,O,4,组成；,570,以上，氧化膜由,Fe,2,O,3,、,Fe,3,O,4,和,FeO,氧化物组成约,1:10:100.,570,以上铁的氧化过程大大地加速，遵守,抛物线规律,形,成,规,律,二、提高钢抗氧化性的途径,1,、加入合金元素，,提高钢氧化膜稳定性,FeO,的形成温度,;,FeO,的形成温度,又优先形成稳定氧化物,Cr,、,Al,、,Si,。,途,径,例,子,如：,Cr,，,FeO,形成温度为,600,；,Si,，,FeO,形成温度为,750,；,Cr,、,Al,量高时，钢的表面可生成致密的,Cr,2,O,3,或,Al,2,O,3,保护膜。,高于750的阀门需要采用奥氏体型,使更多Mo、W、Cr,珠光体热强钢的蠕变强度,高于750的阀门需要采用奥氏体型,800，12%Cr；,二提高钢抗氧化性的途径,的综合力学性能淬透性。,组织不稳定，如片状P球化、K长,热强性，沿轴向、径向均匀一致,如：Cr，FeO形成温度为600；,素氧化物为主或合金元素氧化物的氧化膜，,素氧化物为主或合金元素氧化物的氧化膜，,珠光体热强钢的蠕变强度,性和程度的关键是质点的性质、大小、分布、,二、紧固件用珠光体热强,2,、形成致密、稳定的氧化膜,Cr,、,Al,、,Si,、,Ti,等，逐步形成以合金元,素氧化物为主或合金元素氧化物的氧化膜，,如,Al,2,O,3,、,SiO,2,、,Cr,2,O,3,等致密、稳定。,6.1.2,钢的热强性,一、钢的热强性能指标,1,、蠕变及蠕变极限,蠕变极限是试样在一定温度下和在规定的,持续时间内，产生的蠕变变形量（总的或残余,的）或蠕变速率等于某规定值时的最大应力。,例如：,表示在,700,时，持续时间为,10000 h,，产生蠕变总变形量为,1%,的蠕变极限。,由于这种高温蠕变变形导致的断裂，称为,蠕变断裂,。,材料蠕变可以在任何温度范围内发生，材料的蠕变可在任何温度范围内发生，不过高温时，变形速度高，蠕变现象更明显。陶瓷材料在室温一般不考虑蠕变；高分子材料在室温下就能发生蠕变。,2,、持久强度,持久强度极限是试样在一定温度和规定的持续时,间内不引起断裂的最大应力值，,3,、高温疲劳强度,在高温疲劳时只有条件疲劳极限，即把在某一规,定的循环次数（一般采用,10,7,10,8,次）下而不断裂时,的最大应力作为疲劳极限。,如Al2O3、SiO2、Cr2O3等致密、稳定。,使更多Mo、W、Cr,FeO：结构疏松，冷却分解应力，结合力弱，易剥落；,800，12%Cr；,温度对钢的使用来说有很大的影响，是关键因,二、紧固件用珠光体热强,Mo、W：低合金热强性重要元素。,合金晶格类型：fcc-Fe bcc-Fe,奥氏体型钢要比,力，Mo、Cr、Mn、Si作用较大,不能单独加入，作为辅助,C：较低温度时强化钢，G化，K聚集长,从合金化考虑，主要措施有,570以下，氧化膜由Fe2O3和Fe3O4组成；,2、形成致密、稳定的氧化膜,Cr2O3。,Mo、W：低合金热强性重要元素。,二、紧固件用珠光体热强,热强性，沿轴向、径向均匀一致,4,、应力松弛,应力松弛现象是在具有恒定总变形的零件中，,随时间延长而自行降低应力的现象。,蒸汽管道螺栓,需要经常拧紧,原子易发生扩散，,使弹性变形变成了,塑性变形,从而使,应力不断降低,二、提高热强性的途径,1,、强化基体,基体金属熔点,：,T,熔，金属原子间结合力。,铁、镍、钼基是依次,合金晶格类型,：,fcc-Fe bcc-Fe,奥氏体型钢要比,F,、,M,、,P,型钢的蠕变抗力高,固溶体结合力,：合金化固溶体原子间结合,力，,Mo,、,Cr,、,Mn,、,Si,作用较大,常用合金元素对工业纯铁蠕变极限的影响,2,、强化晶界,净化晶界：杂质易偏聚在晶界，形成易熔夹杂物,晶界强度。,RE,、,B,优先结合杂质，形成,高熔点化合物，异质晶核从晶界转入晶内,材料在高温下其晶界强度低于晶内强度，晶界成为薄弱环节。所以耐热钢应,“,适当地粗化,”,晶粒，以减少薄弱的晶界数量，从而提高蠕变抗力。,填充空位：晶界上空位多，原子易快速扩散。,B,易偏聚晶界，晶界空位。,3,、弥散强化,弥散质点，位错运动，强度 有效,性和程度的关键是质点的性质、大小、分布、,稳定性。,珠光体热强钢的蠕变强度,4,、热处理,裂纹中止于晶界颗粒状析出物,高温合金中的,析出相,6.1.3,耐热钢的合金化,Cr,：钢抗氧化性主要元素。形成致密而稳定的,Cr,2,O,3,。,T,，,Cr,。如,600650,，需要,5%Cr,；,800,时，为,12%Cr,。固溶强化,Mo,、,W,：低合金热强性重要元素。固溶强化，,析出稳定相。,Al,：抗氧化性的有效元素。,在,1000,时，,6%Al18%Cr,水平。冶金工,艺性，使钢变脆。不能单独加入，作为辅助,合金化元素。,Si,：抗氧化性的辅助元素。但效果比,Al,还要有,效，使钢脆性大，用,Si,代替部分,Cr,。,G,化，,K,聚集长大。一般在,23%Si,。,用于渗碳罐，抗渗性好。,Ni,：获得奥氏体组织,Ti,、,Nb,、,V,：形成稳定,K,，钢松弛稳定性，,热强性,C,较低温度时强化钢，,G,化，,K,聚集长,大 尽可能,C,。,6.2,热强钢,1,、珠光体热强钢,是低合金钢，总量不超过,5%,。使用状态组织为,P+F,。,合金元素作用：,Cr,：,提高抗氧化性，随温度的升高，所需的,Cr,含量也增加,600650,，,5%,Cr,；,800,，,12%,Cr,；,1000,，,18%,Cr,Mo,、,W,：,提高热强性，固溶于基体，提高,T,再,;,也能析出稳定相,V,：形成稳定碳化物，,弥散强化。,m,锅炉钢管用珠光体热强钢,高温和高压，高温烟气和水蒸汽,安全可靠,抗氧化和耐蚀，组织稳定,工艺性能好,普遍,问题,组织不稳定，如片状,P,球化、,K,长,大、,G,化，强度，管子爆裂,合金,化,0.2%C,球化、,K,长大、,G,化,采用,Cr-Mo-V,系,Mo,、,W,、,Cr,固溶强化，,K,长大和,G,化，,Cr,抗氧化性和耐蚀性；,V,Ti,直接作用,间接作用,形成稳定,MC,型,K,，,弥散强化，热强度,使更多,Mo,、,W,、,Cr,固溶，热强度,典型钢号,12Cr1MoVG,是用量较大的钢管,材料，,15CrMo,、,12CrMoV,等,二、紧固件用珠光体热强,紧,固,件,处于初紧预应,力状态工作,高的屈服强度、,松弛稳定性，,缺口敏感性小，,一定抗氧化性,C,Cr/Mo/V,常用钢：,35CrMoV,、,25Cr2MoV,钢常用作中压,气轮机的螺栓和螺母材料，,25Cr2Mo1V,钢,在高压电厂中广泛使用,三、转子用钢,转,子,主轴、叶轮,或整锻转子,过热蒸汽，复杂应,力（扭,/,弯,/,热等）,热强性，沿轴向、径向均匀一致,的综合力学性能淬透性。,常用钢：汽轮机叶轮常用中碳珠光体热强钢,制造。如,35Cr2MoV,、,33Cr3WMoV,钢,6.2.2,马氏体热强钢,一、叶片用钢,在,Crl3,型马氏体不锈钢的基础上进一步,合金化发展了,Crl2,型马氏体耐热钢。,15Cr12WMoV,、,2Cr12WMoNbVB,等，,工作温度可在,600,左右。,常用于大功率火力发电机组。,二、气阀钢,内燃机排气阀工作条件非常苛刻,:,700850,工作，受到燃气的高温腐蚀、,氧化腐蚀和冲刷腐蚀磨损,热疲劳,.,常用钢号有,4Cr9Si2,、,4Cr10Si2Mo,，采,用,1050,淬火加热、油冷，,700,左右回,火，组织为回火索氏体，保持马氏体形貌,特征。高于,750,的阀门需要,采用奥氏体型,热强钢，,抗氧化钢,抗氧化钢用于工业炉的构件、炉底板、炉罐等,.,F,型是在,F,型不锈钢,基础上发展形成。,A,型抗氧化钢是在,A,不锈钢基础上发展起来的。,A,型抗氧化钢目前主要有铬,-,镍系和铬,-,锰,-,氮系。铬,-,锰,-,氮系奥氏体型抗氧化钢在,950,以下有较,好的抗氧化性，且有较高的高温强度，工艺性不如,铬,-,镍系抗氧化钢。低镍奥氏体抗氧化钢，使用比较,多的有,ZG4Cr22Ni4N,和,ZG3Cr24Ni7N,钢，经济,.,精品课件,！,精品课件,！,本章小结,温度对钢的使用来说有很大的影响，是关键因,素。在高温条件下工作的零部件就其材料成分、,性能要求及失效机理和一般常温下的零件相比，,有很大的不同。,钢的高温强度和组织稳定性是耐热钢设计与处,理工艺的主要矛盾。从合金化考虑，主要措施有,原子结合力、强化晶界、稳定相的弥散强化。,不同合金的耐热钢有其适宜的使用温度范围。,感谢观看,