耐熱鋼在高溫下具有較高的強度和良好的化學穩定性的合金鋼。它包括抗氧化鋼(或稱高溫不起皮鋼)和熱強鋼兩類。抗氧化鋼一般要求較好的化學穩定性,但承受的載荷較低。熱強鋼則要求較高的高溫強度和相應的抗氧化性。耐熱鋼常用于制造鍋爐、汽輪機、動力機械、工業爐和航空、石油化工等工業部門中在高溫下工作的零部件。這些部件除要求高溫強度和抗高溫氧化腐蝕外,根據用途不同還要求有足夠的韌性、良好的可加工性和焊接性,以及一定的組織穩定性。此外,還發展出一些新的低鉻鎳抗氧化鋼種。
耐熱鋼用途
耐熱鋼常用于制造鍋爐、汽輪機、動力機械、工業爐和航空、石油化工等工業部門中在高溫下工作的零部件。這些部件除要求高溫強度和抗高溫氧化腐蝕外,根據用途不同還要求有足夠的韌性、良好的可加工性和焊接性,以及一定的組織穩定性。中國自1952年開始生產耐熱鋼。以后研制出一些新型的低合金熱強鋼,從而使珠光體熱強鋼的工作溫度提高到600~620℃;此外,還發展出一些新的低鉻鎳抗氧化鋼種。
耐熱鋼和不銹耐酸鋼在使用范圍上互有交叉,一些不銹鋼兼具耐熱鋼特性,既可用作為不銹耐酸鋼,也可作為耐熱鋼使用。
耐熱鋼分類
珠光體鋼 合金元素以鉻、鉬為主,總量一般不超過5%。其組織除珠光體、鐵素體外,還有貝氏體。這類鋼在500~600℃有良好的高溫強度及工藝性能,價格較低,廣泛用于制作 600℃以下的耐熱部件。如鍋爐鋼管、汽輪機葉輪、轉子、緊固件及高壓容器、管道等。典型鋼種有:16Mo,15CrMo,12Cr1MoV, 12Cr2MoWVTiB,10Cr2Mo1,25Cr2Mo1V,20Cr3M
馬氏體鋼 含鉻量一般為7~13%,在650℃以下有較高的高溫強度、抗氧化性和耐水汽腐蝕的能力,但焊接性較差。含鉻12%左右的1Cr13、2Cr13,以及在此基礎上發展出來的鋼號如1Cr11MoV,1Cr12WMoV,2Cr12WMoNbVB等,通常用來制作汽輪機葉片、輪盤、軸、緊固件等。此外,作為制造內燃機排氣閥用的4Cr9Si2,4Cr10Si2Mo等也屬于馬氏體耐熱鋼。
鐵素體鋼 含有較多的鉻、鋁、硅等元素,形成單相鐵素體組織,有良好的抗氧化性和耐高溫氣體腐蝕的能力,但高溫強度較低,室溫脆性較大,焊接性較差。如1Cr13SiAl,1Cr25Si2等。一般用于制作承受載荷較低而要求有高溫抗氧化性的部件。
奧氏體鋼 含有較多的鎳、錳、氮等奧氏體形成元素,在 600℃以上時,有較好的高溫強度和組織穩定性,焊接性能良好。通常用作在600℃以上工作的熱強材料。典型鋼種有 1Cr18Ni9Ti, 1Cr23Ni13, 1Cr25Ni20Si2,2Cr20Mn9Ni2Si2N,4Cr14Ni14W2Mo等。
耐熱鋼生產工藝
冶煉 耐熱鋼一般在電弧爐或感應爐中熔煉。質量要求高的往往采用真空精煉和爐外精煉工藝。 鑄造 某些高合金耐熱鋼難以加工變形,生產鑄件不僅比軋材合算,而且鑄件還有較高的持久強度。所以在耐熱鋼中耐熱鑄鋼占有相當大的比例。鑄造方法除采用砂型鑄造外,還可用精密鑄造工藝以獲得表面光滑、尺寸精確的產品。對合成氨和乙烯裂解用的高溫爐管往往采用離心鑄造的方法。
熱處理 珠光體熱強鋼通常經正火或調質后使用;馬氏體耐熱鋼用調質處理,以穩定組織,得到良好的綜合力學性能和高溫強度。 鐵素體鋼不能通過熱處理強化。為消除因冷塑性變形加工和焊接所導致的內應力,可在650~830℃進行退火處理,退火后快速冷卻,以便迅速地經過475℃脆性溫度范圍。
奧氏體抗氧化鋼大多采用高溫固溶熱處理,以獲得良好的冷變形性。奧氏體熱強鋼則先用高溫固溶處理,然后在高于使用溫度60~100℃條件下進行時效處理,使組織穩定化,同時析出第二相,以強化基體。耐熱鑄鋼多在鑄態下使用,也有根據耐熱鋼的種類采用相應的熱處理的。