《耐热钢与耐热合金》PPT课件

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1、第六章耐热钢与耐热合金第一节工作条件及性能要求1.工作条件高温下承受载荷与高温蒸汽、空气、燃气接触表面发生氧化、腐蚀高温下原子扩散，引起组织转变2.性能要求良好的高温强度、塑性足够高的化学稳定性（1）高温强度高温强度三种指标：蠕变：钢和合金在温度和应力作用下发生连续而缓慢的变形。组织变化是蠕变的内因蠕变强度：表示在某温度下，在规定时间达到规定变形时所承受的压力。持久强度：表示在规定温度、规定时间断裂所承受的压力。持久寿命：表示在规定温度、规定应力作用下拉断所需的时间。（2）高温氧化高温下钢与空气接触将发生氧化，生成氧化膜。575℃以下，钢表面生成Fe2O3和Fe3O4层。575℃以上，钢表

2、面出现FeO层，中间层为Fe3O4，外表层为Fe2O3氧化膜的生成依靠离子扩散，由于铁离子半径比氧离子小，因而氧化膜的生成主要靠铁离子向外扩散。当FeO出现时，钢的氧化速度剧增FeO为铁的缺位固溶体，铁离子有很高的扩散速率因而FeO层增厚很快，Fe2O3和Fe3O4层较薄提高抗氧化性的关键是阻止FeO出现形成稳定而致密的氧化膜，使铁、氧离子的扩散速度减慢，并使膜与基体牢固结合添加合金元素铬、铝、硅可以明显降低氧化速度，提高FeO出现的温度，改善钢的高温化学稳定性。1.03w％Cr可使FeO在600℃出现；1.14％Si使FeO在750℃出现；1.1％Al+0.4％Si可使FeO在800℃出

3、现。铬、铝可在钢表面生成FeO·Cr2O3或FeO·Al2O3保护膜；硅可生成Fe2SiO4氧化膜，都具有良好的保护作用。铬是提高抗氧化的主要元素，铝也具有较强的抗氧化能力，硅能增加脆性，加入量受到限制。钨、钼能降低钢的抗氧化能力，贴着金属生成MoO3和WO3，具有低熔点和高挥发性，破坏抗氧化能力。耐热钢和耐热合金的抗氧化和气体腐蚀能力分为五级：腐蚀速度等级≤0.1mm/a完全抗氧化0.1～1.0mm/a抗氧化1.0～3.0mm/a次抗氧化3.0～10.0mm/a弱抗氧化>10.0mm/a不抗氧化第二节铁素体型耐热钢根据显微组织，耐热钢可分为铁素体型和奥氏体型两大类。铁素体型耐热钢铁素体型

4、耐热钢一般在350～650℃范围工作1.铁素体-珠光体耐热钢多用于锅炉蒸汽管道，在450～620℃蒸汽中长期使用。（1）强化方法固溶强化、沉淀强化（碳化物）固溶强化元素有钨、钼、铬。钨、钼能增强基体原子间结合强度，提高再结晶温度，显著提高基体的蠕变抗力。铬含量小于0.5％时固溶强化作用较强，含量再增加则强化作用增加很少。碳化物沉淀强化作用以MC型最高，M2C、M6C次之，M7C3型则降低钢的蠕变强度，原因是容易聚集长大。沉淀强化以铌、钛、钒为主，VC/TiC/NbC当V/C=4,Nb/C=8,Ti/C=3时，V、Ti、Nb与C全部形成MC，达到最佳的沉淀强化效果，具有最高的蠕变抗力。当其比

5、例小于各自的数值时，有剩余碳存在，与钨、钼形成M2C或M6C型碳化物。当其比例大于各自的数值时，过剩的V会降低基体的蠕变抗力；过剩的Nb、Ti与Fe形成AB2相，聚集长大速度较高，对蠕变强度不利。（2）显微组织对蠕变强度的影响热处理不同，显微组织不同。以12Cr1MoV钢为例。980℃奥氏体炉冷铁素体+珠光体空冷粒状贝氏体+少量铁素体、马氏体淬火马氏体持久强度塑性铁素体+珠光体低高粒状贝氏体中低马氏体高中马氏体钢高持久强度的原因：钢淬火回火后，VC沉淀在位错上，阻碍再结晶。2.马氏体耐热钢以Cr12型钢居多，可做570℃汽轮机转子，可用于593℃、蒸汽压3087MPa的超临界压力大功率火力

6、发电机组。Cr12型钢中加入钨、钼，只形成单一的(Cr、Mo、W、Fe)23C6，具有沉淀强化作用，消除了Cr7C3。加入钒或铌，析出VC或NbC，起沉淀强化作用。第三节奥氏体型耐热钢铁素体型耐热钢在600~650℃下蠕变强度明显下降。奥氏体型耐热钢，具有面心立方结构，在650℃以上具有较高的高温强度。1.碳化物沉淀强化耐热钢沉淀强化相是MC型碳化物，以VC、NbC为主。当V、Nb与C的比例正好和VC、NbC的化学式相等时，具有最佳的高温强度。另一种碳化物M23C6，不起沉淀强化作用。2.金属间化合物沉淀强化耐热钢钛、铝、镍形成金属间化合物γ’-Ni3(TiAl)，是主要沉淀强化相。γ’-

7、Ni3(TiAl)点阵常数与奥氏体相近，γ’与奥氏体形成共格，产生沉淀强化。1.02.03.04.04.03.02.01.0γγ+ηγ+η+γ’γ+γ’γ+γ’+Ni2AlTiγ+Ni2AlTiγ+NiAlTi+Ni2AlTiγ+NiAlTi胞状沉淀w(Ti)%Fe-15Cr-25Ni钢时效沉淀相的相区与铝钛含量的关系w(Al)%Al控制在一定含量，不超过0.40%。铝极低时，γ’相不稳定，会转变成η-Ni3Ti，胞状沉