工程材料--特殊性能钢

1、第五节第五节 特殊性能钢特殊性能钢 指具有特殊物理、化学性能的钢。 本节只介绍不锈钢和耐热钢。 化学腐蚀是指金属在非电解质中的腐蚀。 电化学腐蚀是指金属在电解质溶液中的腐蚀，是有电流参与作用的腐蚀。一、不锈钢一、不锈钢 在腐蚀介质中具有耐蚀性能的钢。 金属的腐蚀金属的腐蚀 金属的腐蚀分化学腐蚀和电化学腐蚀。 电化学腐蚀条件: 1)电极电位不同的两个电极;2)存在电解质溶液;3)两个电极连通. 满足上述条件就构成了腐蚀微电池.金属材料中微电池: 金属材料防止电化学腐蚀的措施： 获得均匀的单相组织-加Ni 提高合金的电极电位-加Cr 使表面形成致密的钝化膜。 其它方法: 涂料、阴极保护、外加电流保

2、护等 不锈钢中合金元素的作用不锈钢中合金元素的作用1、低碳：碳高，则降低耐蚀性2、Cr:是提高耐蚀性的主要元素 形成稳定致密的Cr2O3氧化膜. 提高基体电极电位(n/8规律)3、Ni:获得单相奥氏体组织。 4、Mo:耐有机酸腐蚀。5、Ti,Nb防止奥氏体钢晶间腐蚀 常用不锈钢常用不锈钢 1、马氏体不锈钢 主要是Cr13型不锈钢 钢号为1Cr134Cr13 随含碳量提高，强度、硬度提高，耐蚀性下降。 1Cr13、2Cr13 热处理: 淬火+高温回火 使用状态下的组织: S回不锈钢棒不锈钢棒 1Cr13、2Cr13具有耐大气、蒸汽腐蚀能力及良好的综合力学性能。用于要求塑韧性较高的耐蚀件，如汽轮机

3、叶片等。汽轮机叶片汽轮机叶片透平转轮透平转轮 3Cr13、4Cr13 热处理：淬火+低温回火。 使用状态下的组织：M回。 具有较高强度、硬度。 用于要求耐蚀、耐磨件，医疗器械、量具等。医疗器械医疗器械不锈钢刀不锈钢刀牌号HT 组织应用举例1Cr132Cr131050淬700 回回S快艇艉轴、汽轮机叶片3Cr131050淬500 回回T弹性器械（如弹簧）4Cr131050淬250 回回M刃具、轴承1Cr17削片刀削片刀铁素体不锈钢水加热器铁素体不锈钢水加热器 2、铁素体不锈钢 典型钢号如0Cr13、1Cr17等。 成分：高铬低碳l 无相变，不能进行热处理强化。l 组织：单相铁素体 性能特点 耐酸

4、蚀，抗氧化能力强，塑性好。但有脆化倾向: 475脆化：加热到450550停留，产生脆化。再加热到600快冷可消除。n 相脆化：n 在600 800长期加热时，析出硬而脆的相。 用途 广泛用于硝酸和氮肥工业的耐蚀件。硝酸生产装置硝酸生产装置铁素体不铁素体不锈钢制品锈钢制品 3、奥氏体不锈钢 主要是18-8（18Cr-8Ni）型不锈钢。 成分特点: Cr提高基体电极电位 Ni扩大奥氏体区,形成单相组织. 组织为单相奥氏体。 性能特点：具有良好的耐蚀性，冷热加工性及可焊性。高的塑韧性,无磁性。不锈钢的晶间腐蚀: 晶间腐蚀是沿晶界发生腐蚀的现象，危害很大。 原因: 在晶界析出Cr23C6，使晶界附近C

5、r含量降到12%以下，在 防止晶间腐蚀的措施: 1)进一步降低含碳量, C0.08%-0Cr18Ni9 C0.03%-00Cr18Ni9 2)加 Ti、Nb定碳, 使Ti、Nb优先与C形成碳化物, 避免晶界贫Cr-1Cr18Ni9Ti 应力腐蚀: 奥氏体不锈钢易发生应力腐蚀。即在特定合金-环境体系中，应力与腐蚀共同作用引起的破坏。应力腐蚀易在含Cl的介质中发生，裂纹为树枝状。 发生应力腐蚀奥氏发生应力腐蚀奥氏体不锈钢管道内壁体不锈钢管道内壁应力腐蚀裂纹应力腐蚀裂纹 热处理固溶处理: 加热到1100使碳化物溶解后水冷。稳定化处理: 主要用于含Ti、Nb的不锈钢。850 880使铬的碳化物溶解,

6、Ti、Nb碳化物保留.消除残余应力 : 300350消除冷加工应力; 850 消除焊接残余应力. 常用钢种及应用: 1Cr18Ni9、0Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti 1Cr18Ni9Ti-潜艇的声纳导流罩 0Cr18Ni9-一般管路 钢的耐热性包括高温抗氧化性和高温热强性。 性能要求性能要求 1 1、抗氧化性、抗氧化性/ /热稳定性热稳定性 指钢在高温下对氧化作用的抗力. FeO疏松多孔,易剥离, 钢中加入Cr、Si、Al可形成致密、稳定的合金氧化膜，阻碍氧进一步扩散，提高抗氧化性。二、耐热钢二、耐热钢气轮机叶气轮机叶片片 2、高的热强性、高的热强性 热强性是指金属在高温下的强度，与温

7、度和时间有关。 指标为蠕变强度和持久强度。 蠕变指金属在高温低于s的应力下所发生的极其缓慢的塑性变形。 蠕变极限:是指在一定温度下，在一定时间内，产生一定量变形，材料所能承受的最大应力。Tt/Tt 表示在600 ，1000小时内，引起0.1%变形量所能承受的最大应力是88MPa.持久强度:是指在一定温度下,在规定时间内材料断裂所能承受的最大应力.6000.1/100088MPa 表示是60MPa在 800 ,约100小时所能承受的最大断裂应力为186MPa. 800100186MPa3 3、提高高温强度的途径: 固溶强化; 析出强化； 晶界强化: 1)净化晶界 2)填充晶界 加入B、Zr等降低

8、晶界能量.T 晶界晶内T0 常用耐热钢1 1、珠光体耐热钢、珠光体耐热钢常用钢号为15CrMo、12Cr1MoV，是低合金钢。 合金元素作用： Cr提高抗氧化性； Mo提高热强性(T再)； V弥散强化。涡轮机机壳涡轮机机壳锅炉管锅炉管 热处理： 正火+高温回火 组织: F+P 用途：600以下的锅炉零件,压力容器，热交换器等。 2、马氏体耐热钢 常用钢号为1Cr13、 1Cr11MoV、4Cr9Si2等 合金元素作用： Cr、Si提高抗氧化性； Mo提高热强性(T再)； V弥散强化。 热处理：调质。 组织： S回。汽轮机叶片汽轮机叶片汽车阀门汽车阀门 用途：1Cr13、1Cr11MoV用于55

9、0以下汽轮机叶片； 4Cr9Si2是汽车阀门用钢。过热器管排过热器管排过热器集箱过热器集箱3、奥氏体耐热钢、奥氏体耐热钢最典型钢号是1Cr18Ni9Ti。Cr的作用是提高抗氧化性； Ni的作用是获得单相奥氏体；Ti的作用是弥散强化。热处理采用固溶处理组织为单相A。主要用于过热器管道等。 ( (三三) )常用耐热合金常用耐热合金-镍基合金、钴基合金Ni基合金： Cr20Ni80合元W、Mo、Co等 制成强化机理：固溶强化 析出强化使用温度：9001000牌号、应用应用-燃气轮机叶片、燃烧室牌号-GHxxxx、Kxxx钢钢 号号钢钢 种种合金元素的主要作用合金元素的主要作用热处理特点热处理特点使用

10、状态下组织使用状态下组织Q345低合金高强低合金高强度结构钢度结构钢Mn:强化强化F，增加，增加P量，降量，降低冷脆转变温度低冷脆转变温度热轧空冷热轧空冷F+P65Mn弹簧钢弹簧钢Mn:提高淬透性，强化提高淬透性，强化F淬火淬火+中温回火中温回火T回回ZGMn13耐磨钢耐磨钢Mn:获得单相获得单相A组织组织水韧处理水韧处理表表:M+碳化物碳化物 心心:A20Cr渗碳钢渗碳钢Cr:提高淬透性，强化提高淬透性，强化F渗碳渗碳+淬火淬火+低低温回火温回火表表: M回回+颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A心心: M回回+F40Cr调质钢调质钢Cr:提高淬透性，强化提高淬透性，强化F调质处理调质处理S回回9S

11、iCr低合金工具钢低合金工具钢Cr:提高淬透性提高淬透性淬火淬火+低温回火低温回火M回回+颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A (少量少量)GCr15滚动轴承钢滚动轴承钢Cr:提高淬透性，耐磨性、提高淬透性，耐磨性、耐蚀性耐蚀性淬火淬火+低温回火低温回火M回回+颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A (少量少量)1Cr13马氏体不锈钢马氏体不锈钢Cr:提高耐蚀性提高耐蚀性淬火淬火+高温回火高温回火S回回5CrNiMo热作模具钢热作模具钢Cr、Ni:提高淬透性，强化提高淬透性，强化F淬火淬火+高温回火高温回火S回回Mo:防止高温回火脆性防止高温回火脆性Cr12MoV冷作模具钢冷作模具钢Mo:细化晶粒，提高耐磨性细化晶粒，提高耐磨性淬火淬火+低温回火低温回火M回回+颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A (少量少量)W18Cr4V高速钢高速钢V:提高耐磨性、热硬性提高耐磨性、热硬性淬火淬