耐热钢的选用

1、耐热钢的选用一. 什么是耐热钢耐热钢是指在高于 450 C条件下工作，并具有足够的强度、抗氧化、耐腐蚀性能和 长期的组织稳定性的钢种。耐热钢从性能上分为热强钢和抗氧化钢（不起皮钢）。含Ni量很高的耐热钢称为高温合金。二. 耐热钢的分类与适用范围：见附表一【附表一】耐热钢的分类与适用范围钢 种钢号使用温度C适用范围马铭4Cr9Si2800不起皮钢，用于小负荷的耐热件。氏钢1Cr13700不起皮钢，用于小负荷的耐热构件，常体用于电热元件的引出棒。减震性良好。铁素 体1Cr17900不起皮钢，900C以下常用于无负荷的、 不渗C的电热设备构件。1Cr25Ti1100不起皮钢，抗硫腐蚀性好，常用于小负

2、3Cr25Si3Ni1100荷的加热设备构件。1Cr281150奥铭1Cr18Ni9Ti900在空气中有优良的抗腐蚀性，不耐盐氏镣酸、稀硫酸腐蚀和氯离子应力腐蚀，体钢900 C用做负荷构件。1Cr14Ni14Mo2WNb850不起皮钢，热强钢，抗晶间腐蚀性能良 好，用作负荷构件。1Cr23Ni131000抗热疲劳性好，980 C下用做负荷构件1Cr23Ni181050不起皮热强钢，中等负荷适用于850 C, 小负荷用于 900 1050 C o3Cr18Ni25Si21100不起皮钢，热强钢，对含硫气氛敏感，用 作负荷构件。1Cr25Ni20Si21200最常用的不起皮钢和热强钢。较高的1Cr

3、25Ni20Si含量可阻止深层氧化。1Cr20Ni351200不起皮钢和热强钢，有较高的综合性 能，用作负荷构件。铭4Cr22Ni4N1000不起皮钢和热强钢，用作负荷构件。镣3Cr24Ni7SiNRe1050氮3Cr30Ni11N1100铭45Cr20Ni5Mn5WMoN900常用的不起皮钢和热强钢，有较高的抗镒3Cr18Mn12Si2N950硫腐蚀性能和抗渗C性能，用于气氛保氮3Cr22Mn4Ni4Si2N1000护热处理设备。钢2Cr20Mn9Ni2Si2N1050铁6Mn18Al5Si2Ti950不起皮钢和热强钢，用于中小负荷耐热镒6Mn28Al7TiRe1050构件。铝6Mn28Al

4、9TiRe1050三. 常用耐热钢的化学成分与机械性能：见附表二；附表三【附表二】常用耐热钢的主要化学成分钢号CSiMnCrNi其 它4Cr9Si2-1Cr13一1Cr17-一1Cr25Ti-Ti3Cr2Si3Ni-1Cr28-1Cr18Ni9TiTi1Cr14Ni14Mo2WNbMo<1Cr23Ni13-1Cr23Ni18-3Cr18Ni25Si2-1Cr25Ni20Si2-1Cr20Ni35-4Cr22Ni4NN3Cr24Ni7SiNReN3Cr30Ni11N< 5N45Cr20Ni5Mn5WMoNWMo 3Cr18Mn12Si2N-N3Cr22Mn4Ni4Si2NN2Cr20

5、Mn9Ni2Si2NN6Mn18Al5Si2N-AlTi6Mn28Al7TiRe-Al、6Mn28Al9TiRe一一Al、四.更高使用温度的钢种.高温耐蚀合金：KF62。高温耐蚀合金：KY10.KanthalAPM:1.最高使用温度：1300 C1.最高使用温度：1260 C最高使用温度：1360 C2 成分：Cr22 % Al4 6%2.成分:Ni-Cr-Fe 基和金 +Ti,Zr,Y1300 C长期抗氧化；1360 C短期抗氧化3.蠕变强度：3.应用特点；Fe-Ni-Cr-Al-Re 合金10000h ;1300 C :优良的高温氧化腐蚀抗力，适用于高温低氧分压环境和含S,C热腐4.表面负

6、荷：优良的硫化，氯化，碳化抗力蚀环境的受力构件。1200 C : 22Kw/m 2较高的高温强度与蠕变断裂强度用于耐高温氧化的钢管【附表三】常用耐热钢的室温力学性能钢号抗拉强度er b/MPa屈服点er S/MPa伸长率as（%）断面收缩率4 （%）冲击韧性. 一 2以 k/J - cm4Cr9Si290060019501 Cr136004202060901 Cr1740025020501 Cr25Ti45030020451 Cr18Ni9Ti55020040551Cr14Ni14Mo2WNb4002001835401Cr23Ni1355025035501Cr23Ni1855025035503

7、Cr18Ni25Si265035025401Cr25Ni20Si260030025504Cr22Ni4N10001019403Cr18Mn12Si2N704035452Cr20Mn9Ni2Si2N654035456Mn28Al9TiRe454【附表四】常用耐热钢的抗氧化性能钢 号氧化增重（失重）速度/g （m2 h） 1800 C900 C1000 C1100 C1200 C1Cr13()()()一一1Cr17()()()一一1Cr25Ti一一r o一一1Cr28一()()()一1Cr23Ni18一()()()一3Cr18Ni25Si2一一4 Cr25Ni20一一4 Cr22Ni4N一一一3C

8、r24Ni7SiNRe一一3Cr30Ni11N一一850 C45Cr20Ni5Mn5WmoN一一3Cr18Mn12Si2N一一3Cr22Mn4Ni4Si2N一一注：氧化增重是质量指标；（）为失重速度;五。耐热钢的应用性能.耐热钢的高温腐蚀耐热钢在高温下使用，根据使用温度的高低，环境因素的不同，不同的钢种会受 到不同性质、不同程度的腐蚀主要包括：1. 高温氧化（狭义）耐热钢的狭义高温氧化是指耐热钢在高温下与氧气反应生成金属氧化物的过 程。氧气可以是纯氧，或是含氧的干燥空气。这是最基本、最基础的耐热钢腐蚀 现象。其氧化的程度以氧化增重量表示：g - cm 2 - h 1。该数值愈小，耐热钢的抗氧化

9、性能愈强。水蒸气加速高温氧化过程；外加载荷加速高温氧化过程。常用耐热钢的抗氧化性能比较见附表四。2. 局温碳化高温碳化是指耐热钢在高温下含C及其化合物的还原气氛中与其反应生成碳化物的过程。增重愈小，耐热钢的抗增碳性能力愈强。能力的大小取决于耐热钢 表面产生的保护性氧化膜的致密性与稳定性。3. 高温硫化高温硫化是指耐热钢在高温下的氧化性或还原性含硫介质中与其反应生成硫 化物的过程。耐热钢在含硫介质中经受氧化、还原、和抵抗硫腐蚀三重作用。腐 蚀能力以腐蚀速率 mm - cm -2 - h - 1表示。4. 高温氮化高温氮化是指耐热钢在高温下的氮气或含氮介质中与其反应生成氮化物的过 程。耐热钢抵抗高

10、温氮化腐蚀的能力大小取决于钢中元素与氮的亲和力。5. 高温卤化耐热钢在卤族（氟、氯、漠、碘）元素介质中会产生强烈的腐蚀（点状腐蚀） 称为高温卤化。其中氯尤其严重，合金中的Cr、Ni、Al、Fe与氯都有很强的亲和力，在低温潮湿环境下形成挥发性很强的化合物。因此，耐热钢在卤族元素介质 中使用温度通常不超过 500 C o6. 混合气体氧化在多种元素或化合物的混合介质中，耐热钢会产生两种以上的氧化，如硫化- 氧化；硫化-碳化等。这是实际应用中最通常的情况。7. 氢腐蚀在高温高压的氢气中，氢原子渗入耐热钢中与碳化物发生反应，产生甲烷气体 致使钢表面发生气泡或开裂，并且表面脱碳。这种腐蚀称为氢腐蚀。耐热

11、钢焊接时，焊缝中的氢气排不出来，也造成焊缝的腐蚀。以上所有的腐蚀现象都是从耐热钢表面的保护性氧化膜遭到破坏开始。钢中主要 元素的作用及其含量的不同，致使不同的耐热钢具有不同的抗腐蚀能力。二）.耐热钢中主要元素对耐热钢性能的影响1. C:碳的作用是双重的。碳是不可缺的稳定奥氏体的元素。碳含量的提高可增 强钢的强度与硬度。但碳与铁、铭的亲和力很强，形成有害的碳化铁、碳 化铭。降低碳的含量可提高钢的可焊性与冷变形能力。由于对耐热钢主要 应用其抗高温氧化能力，故较低的含C量是有利的。一般的含 C量应在之间。2. Cr:铭是耐热钢中抗高温腐蚀的起决定作用的主要元素。其原因之一是铭使铁基固溶体的电极电位提

12、高；吸收铁的电子使其钝化。 其原因之二是在钢的表面形成有利的氧化膜Cr 203；连续的致密的氧化膜可有效的阻止离子通过膜的扩散减缓氧化速度。合金中的Cr含量应达到1520%以上。高含铭不锈钢有较强的抗氢腐蚀能力。3. Ni:镣是耐热钢中与铭形成奥氏体的重要合金化元素，使高铭钢的组织发生变 化。提高钢的热强性与耐腐蚀性。其本身也是优良的耐腐蚀材料。4. Al :铝在耐热钢的热处理中固溶强化作用大。由于与氧的亲和作用强，高温下形成保护性氧化膜 Al 203,可有效的阻止离子通过膜的扩散减缓氧化速度。在渗氮钢中形成坚硬耐蚀的渗氮层。含量多在35%之间。过高的含量对钢的力学性能不利。为提高耐热钢的抗高

13、温腐蚀能力，可在表面渗铝，但 最多只能错入< 7%的铝。5. Si:硅在高温氧化生成 Si02,分布在保护性氧化膜与基体金属之间。组织氧进一步渗入，降低合金的氧化速度，提高耐热钢的耐蚀性。适量的Si调整钢的机械性能，提高弹性极限，其含量不超过2%。过量的Si反而提高氧化增重，且影响钢的可焊性能与冷作性能。6. Ti:钛在耐热钢中可提高抗氧化性与蠕变强度、持久强度。有明显的防止和减 轻晶间腐蚀、应力腐蚀的作用。7. Mo:钳在耐热钢中含量为时，能降低或抑制其它元素导致的回火脆性。在较高回火温度下，能提高钢的热强性和蠕变强度。含量为23%钳的耐热钢能抵抗有机酸及还原性介质的腐蚀。钳是贝氏体高

14、强钢的重要元素之一。8. Mn:由于镒氧化后生成 MnO并与Cr2O3结合，使氧化速度增加， 并降低氧化膜 与基体金属的结合能力，使氧化膜易于脱落。降低了耐热钢的抗氧化性能。它 的主要作用是替代镣在低合金钢中作为奥氏体钢的奥氏体化元素。9. N:耐热钢中含有2%氮，能稳定钢中的奥氏体。由于氮化物在晶界上析出，提 高晶界高温强度，从而增加了钢的蠕变强度。10. Re:耐热钢中含有 Re,可以提高钢的抗氧化性，提高高温强度和蠕变强度。可以 较大幅度的提高耐蚀性。 含钮的耐热钢高温下形成的 Y2O3能与Cr 2O3 > Al 2O3 共同形成致密的氧化膜，提高耐热钢抗氢腐蚀能力 常用耐热钢的高

15、温强度见附表五。【附表五】常用耐热钢的高温强度钢 号持 久 强 度蠕变 强度2Cr1310001050 C油淬720750C回火温.度Cb b/10000(T b/100000温.度C(T b/1000b b/10000b b/100000MPaMPa45033027026045027018047026021019047512050023019016050016011070530160100755507050401Cr1310301050 °C油淬680700C回火空冷温. 度 C(T b/10000hb b/100000h(T b/1000h温度C(T 1/10000hb 1/10

16、0000hMPaMPa47026022030040012350022019027045010553019016023050095574Cr9Si21040 C 30min油淬，750 C油冷。籍铝塔蜗专用O40013011650011095600585065027201Cr18Ni9Ti 棒材11301160 C水冷， 800C10h 或 700C 24h 时 效。温. 度 C(T 1/1000hb 1/10000h(T 1/100000h温.度CMPaMPa55024029019024014020060018022013017090 13065011014060 100407070070 1

17、2050 7030 501Cr23Ni131100 1150 C水冷温度度cCb b/10000hb b/100000hb b/1000h温度Cb 1/10000h(T 1/1000hMPaMPa60091载荷6491346008110070049载荷70484700344580028载荷760568002390021载荷8162890031111000载荷87121100051Cr23Ni18固溶处理60014015010060090 986065018019090 12060 8070035 3624 3570010050 6035800136780040 6021 3512 139004

18、钢 号持 久 强 度蠕变 强度1Cr25Ni20Si211001105C温度C(T b/10000h(T b/100000h(T b/1000h温.度(T i/10000h(T 1/1000h水或空冷MPaCMPa最高使用温度：80018880013201200 C;9007390059连续使用温度：10001 . 50. 5100041150 C;110011001. 5连续使用温度：10501100C120012000. 53Cr18Mn12Si2N11001150C温度C(T /MPa断裂时间ha（%）40Min,空冷较好的抗氧化性， 抗硫腐蚀性， 抗渗碳性，可长期在950 C下 使用。

19、适用于加热 炉传送带，炉底板 渗碳炉罐。9003049040506020Cr20Mn9Ni2Si2N温度C铸造方法(T b/10000b b/10001100 1150 C 水MPa冷。耐急冷急热性能高，适用于盐浴900普通10 111720炉地埸。离心1626六.耐热钢的正确使用1.根据环境介质的不同，选择适用的耐热钢。2 .使用中的注意事项.尽量形成稳定致密的保护性氧化膜-预氧化处理耐热钢表面具有稳定致密的保护性氧化膜是设备正常使用的必备条件。因此电加热设备在正式启用前，通电加热至足够高的温度，保温足够长的时间，以便形成理想的氧化膜。正常使用过程不能代替预氧化处理。预氧化处理应在空炉下进行

20、。预氧化温度应高于正常使用温度50 C （不能超过该材料允许最高使用温度），保温时间46小时。如设备长时间 停用，重新使用前也应作预氧化处理。.设备使用温度不超过该材料允许最高使用温度，整体不过烧。.设备加热均匀，局部不过热。使用棒状加热元件时，加热元件应与被加热设备保持足够距离。.焊接部位必须按照正确的焊接工艺施焊。尽量避免与减少焊缝周围母材的氢腐蚀及晶间腐蚀。.为确保耐热钢的使用寿命及设备的正常使用，正确选材是保证，搞清气相环境是前提。气相环境的各种参数是直接决定和影响耐热钢氧化 的根本因素。其中包括： .气相的化学成分是单一的氧气还是含两种以上反应气体的混合气体。 .气相的总压力和反应气

21、体组分的分压以及压力的变化。 .气体流动状态及流速。 .流动气体是否含有易与耐热钢表面反应的粒状物。 .环境温度是恒定的还是交变的。 .外力作用是恒定的还是交变的。.工件的正常加热过程中，在设备内放置同材质的试件，以试件的观察评定结果代替对耐热钢设备的评价。.耐热钢设备在加热过程中，尽量避免急冷急热。3.耐热钢的使用场合见附表六。【附表六】耐热钢的使用场合牌号类 型用途1Cr18Ni9Ti奥氏体通用性不锈钢。民用、曲、工业一般防腐耐热850 C1Cr18Ni9通用性不锈钢。民用、曲、工业一般防腐耐热850 C冷做后性能提高。0Cr18Ni9作为不锈耐热钢使用最广泛，食品用设备。化工、原子能工业

22、 用。0Cr25Ni20炉用材料，汽车排气净化装置用材料。00Cr19Ni10用于抗晶间腐蚀性要求高的化学、煤炭、石油产业的野外露天机器、建材、耐热零件及热处理有困难的零件0Cr17Ni12Mo2适用于在海水和其他介质中，主要作耐点蚀材料，照相、食品工业、沿海地区设施、绳索、CD杆、螺杆、螺母0Cr17Ni14Mo2为0Cr17Ni12Mo2的超低碳钢，用于对抗晶间的腐蚀性有特别 要求的产品。1Cr18Ni12Mo2Ti用于抗硫酸、磷酸、甲酸、乙酸的设备，有良好的耐晶间腐蚀 性。0Cr18Ni12Mo2Ti同上0Cr18Ni10Ti添加Ti提局耐晶间腐蚀，不推荐作装饰部件。0Cr16Ni14无

23、磁不锈钢，作电子原件。0-1Cr20Ni14Si2具有较高的高温强度及抗氧化性，对含硫气氛较敏感，在600-800C有析出相的脆化倾向，适用于制作承受应力的各种炉用构件。1Cr17Ni7适用于高强度构件，火车客车车厢用材料00Cr18Ni5MoSi2奥氏体+铁素 体耐应力腐蚀破裂性能良好，具有较高的强度， 适用于含氯离子的环境，用于炼油、化肥、造纸、石油、化工等工业，制造热 交换器、冷凝器等。0Cr17(Ti)铁素体用于洗衣机内桶冲压件，装饰用1Cr17铁素体耐蚀性良好的通用钢种，建筑内装饰用，重油燃烧器部件，用 于家庭用具，家用电器部件。0Cr13铁素体作较高韧性及受冲击负荷的零件，如气轮叶

24、片，结构架，螺栓，螺帽等1Cr13具有良好的耐蚀性，机械加工性，用作一般用途、刀刃机械零 件、石油精炼装置、螺栓、螺母、泵杆、餐具等。2Cr13淬火状态下硬度高，耐蚀性良好，作气轮机叶片，餐具4.常用典型耐热钢特性与用途见附表七。【附表七】常用典型耐热钢特性与用途SUS304具有良好的耐蚀性、耐热性、低温强度和机械性能、热压弯曲热加工性能。 无热处理硬化、无磁性。广泛用于化学、食品、建材、农业、医疗器械、汽 车、船舶、生活用具等。SUS304LSUS304的变种，含 C量降低，提高了焊接性能。最基本的奥氏体钢种，用 途最广泛。综合性能好。SUS304CuSUS304的变种。拔丝及冷压成型性好。抗时效裂纹性能优良SUS304NSUS304的变种，提局了钢的强度。SUS310SUS304的变种，提局了钢的强度。SUS310SSUS310的变种，含C量降低，提高了焊接性能。是使用温度低于1200 C的优选品种。广泛用于热处理炉等加热设备SUS316耐蚀性和高温强度特别好，可在苛刻条件下使用。适用于海水、草酸环境。 广泛用于化工、染料、化肥、造纸等设备SUS316LSUS316的变种，添加23% Mo