第5章不锈钢和耐热钢

1、1本教材主要内容本教材主要内容 第三章 金属材料的生产及加工 第四章 金属结构材料 第五章 不锈钢和耐热钢 第六章 金属耐磨材料 第七章 金属功能材料 第八章 亚稳态材料 第九章 铸铁 第十章 有色金属及合金 第十一章 非金属材料 第十二章 金属整合系统 第十三章 材料科学基础理论知识23 5.1 金属的腐蚀 5.2 常用不锈钢 5.3 抗氧化钢 5.4 热强钢 5.5 气阀钢带着问题：1.铬在不锈钢对于耐蚀性的影响？2.常用不锈钢主要有哪些？3.什么是抗氧化钢？什么是热强钢？第五章 金属结构材料5.1 金属的腐蚀5.1 金属的腐蚀材料腐蚀定义：材料受环境介质的化学作用、电化学作用而遭受破坏且

2、功能退化的现象。据统计：1975年美国因金属腐蚀造成的经济损失约为700亿美元，占当年国民经济生产总值的4.2%；全世界每年由于金属腐蚀造成的钢铁损失约占当年钢产量的10%20%等等。常见腐蚀现象：铁制品生锈铝制品表面出现白斑铜制品表面发绿银器表面变黑思考：金属腐蚀都是有害的？错，可以应用腐蚀进行电化学加工、制备信息硬件的印刷线路等。腐蚀的分类根据腐蚀机理分为：化学腐蚀电化学腐蚀根据环境介质的不同分为：气体腐蚀（化学腐蚀，通常指高温金属腐蚀） 非电解质溶液腐蚀 大气腐蚀（电化学腐蚀，有水形成微电池）土壤腐蚀电解质溶液腐蚀5.1 金属的腐蚀先来看一个实验在干净的铁表面上，滴上一滴加有酚酞和铁氰化

3、钾的食盐水现象：一段时间后，食盐水水滴外围变红，盐水滴中间出现棕黄色沉淀原因：盐水滴中间和边缘由于水滴厚度不同，氧气浓度中间低，边缘高，形成氧浓差电池中间作为阳极：边缘阴极：大部分金属的腐蚀属于电化学腐蚀eFeF42e22OHeOHO44222实验分析：通过这个实验，我们可以发现，当两种电极电位不同的金属相互接触，并且有电解质存在时，便形成微电池，使得电极电位较低的金属成为阳极不断被腐蚀。同一合金中，如果存在不同相，也可能产生电化学腐蚀，例如钢的珠光体组织，珠光体由铁素体和渗碳体两相组成，当有电解质溶液存在时，铁素体作为阳极被腐蚀。通过实验我们可以知道，提高金属耐蚀性方法：1.尽量使合金形成单

4、相组织2.提高合金本身电极电位5.1 金属的腐蚀实践证明，钢中加入大量铬、镍等元素，可以形成不锈钢原因1.铬能在金属表面形成一层致密的氧化膜2.铬能提高铁素体、奥氏体、马氏体的电极电位3.铬与镍可以形成单相铁素体和奥氏体，有效避免微电池的形成。不锈钢、耐热钢命名方法：碳含量以千分之几表示若钢中碳含量0.03%，钢号前冠以00；若钢中碳含量0.08%，钢号前冠以0钢中合金元素以百分之几表示。TiNiC918r0241700MoNiCr13r2C5.2 常用不锈钢奥氏体不锈钢应用最广泛的不锈钢，约占不锈钢总产量的三分之二。属铬镍钢，碳含量很低，为0.08%-0.15%；铬、镍含量很高，分别为15%

5、-24%和3.5%-22%.具有良好的耐蚀性和耐热性，此外还有高的塑性、可焊性、韧性、无磁性等。碳含量很低，防止析出碳化物镍，扩大相区，获得单相奥氏体铬，提高钢的电极电位，又在钢表面生成致密氧化膜。常见：不锈钢按组织可分为：奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢、马氏体不锈钢、奥氏体-铁素体不锈钢、沉淀硬化型不锈钢等，前三种不锈钢最常用。TiMoNiCrTiNiCrNiCrNiC212181/9180/9181/918r0奥氏体不锈钢在450480时，在晶界析出碳化物 ，从而使晶界附近铬含量降低，这样晶界附近就容易腐蚀，这种腐蚀成为晶间腐蚀。如何防止晶间腐蚀？降低C含量进行固溶处理加入强碳化合物形成元素钛

6、、铌等623, rCFeC5.2 常用不锈钢铁素体不锈钢一般碳含量低于0.12%，铬含量为11.5%-32%，为高铬不锈钢由于铬元素对区的影响，这类钢为单相铁素体组织，从室温加热到1100，其组织也显著变化。具有抗大气腐蚀和耐酸能力强，也具有良好的高温抗氧化性，塑性和焊接性均较马氏体不锈钢好。常用铁素体不锈钢Cr13型：如0Cr13、0Cr13Al、0Cr11Tideng ,用作耐热钢如汽车排气阀。Cr1619型：如Cr17、Cr17Ti等，可耐大气、淡水、稀硝酸等介质腐蚀。Cr2528型：如Cr25、Cr28Mo4等，使耐强酸腐蚀介质的耐腐蚀钢。5.2 常用不锈钢马氏体不锈钢碳含量为0.08

7、%1.2%，铬含量为12.5%18%，为高碳含铬不锈钢。碳含量增加，强度、硬度、耐磨性提高，但耐蚀性下降，同时碳与铬会形成合金碳化物，会降低铁素体中含铬量，使其电极电位不能提升。因此多用于制造力学性能高，而耐蚀性要求较低的零件，如汽轮机叶片、弹簧、滚动轴承等。常见有4Cr13等。奥氏体-铁素体复相不锈钢其组织为奥氏体+铁素体复相组织，如Cr21Ni5Ti、00Cr18Ni5Mo3Si2等，含有铁素体50%70%。奥氏体降低了高铬铁素体钢的脆性，提高了可焊性、韧性和降低了晶粒长大的倾向，铁素体的存在又提高了奥氏体钢的屈服强度、抗晶间腐蚀能力等。5.3 抗氧化钢耐热钢：在高温下工作的钢。一般分为抗

8、氧化钢、热强钢和气阀钢。抗氧化钢：在高温下具有较好的抗氧化性能和一定强度的钢种，多用于制造锅炉用部件和热交换器等。钢在高温下容易氧化，在钢中加入铬、铝、硅等，在钢表面形成致密氧化膜。实际应用抗氧化钢，大多数是在铬钢、铬镍钢、铬锰钢基础上加入硅、铝研制而成，一般分为铁素体抗氧化钢、奥氏体抗氧化钢、铬-锰-氮及铬-锰-镍-氮系抗氧化钢。铁素体抗氧化钢有晶粒长大倾向，韧性较低，不宜做承受冲击负荷的零件，但抗氧化性强，在含S的气氛中有好的耐蚀性，主要用于制作承受应力不大的卢用构件，如过热器吊架、退火炉罩等。如1Al3Mn2MoWTi钢，在650使用时有良好的抗硫腐蚀性能及抗氧化性，多用于石油裂化设备。

9、 奥氏体抗氧化钢铬-镍奥氏体抗氧化钢可用于1000以上，一般含18%的铬和14%的镍，如3Cr18Ni25Si2,可用做箱式炉及渗碳炉风扇轴等。铬-锰-氮及铬-锰-镍-氮系抗氧化钢由于锰的存在，抗氧化性略低于铬镍钢，为此可加入2%的硅，改善抗氧化性，但抗硫能力比铬镍钢好、成本低，经济性能好。如3Cr18Mn12Si2N钢广泛用于中温箱式炉炉底板和输送带式加热炉的链条、渗碳罐等。5.4热强钢热强钢：在高温服役时能够保持良好的热稳定性和较高的强度。随温度升高，金属材料变化：强度、硬度下降，塑性升高高温下，负荷远低于钢的强度值，随着施加应力时间的延长，零件将缓慢发生塑性变形，这种现象称为蠕变。原因：

10、在再结晶温度以下，金属塑性变形会产生形变硬化，在再结晶温度以上，由于原子扩散能力增强，在应力作用下，金属产生形变强化的同时，还进行着回复再结晶的消除强化作用，因而每次强化的效果都被消除强化过程所抵消，永远不能与所承受的应力相平衡，出现蠕变。热强度：承受应力的金属材料在高温下抵抗蠕变的能力。影响因素：机体的固溶强化：高温时，-Fe原子排列比较致密，原子结合力强，所以奥氏体具有更高的热强度。在金属中加入合金元素，形成单相固溶体，可以提高热强度。晶界强化：晶界排列混乱，原子扩散迅速，有利于蠕变进行，因此粗晶粒钢具有更高热强度。沉淀强化：沉淀阻碍位错运动提高热强度。提高再结晶温度：加入钼、钨、铬可以提

11、高钢的再结晶温度。热处理：通过热处理可以调整晶粒度、改善强化相的分布状态、调整机体和强化相的成分，提高热强度。5.4热强钢珠光体热强钢显微组织：珠光体+铁素体优点：合金元素含量少，一般低于5%，工艺性能好，广泛用于制造在600以下工作的动力工业和石油工业的构件。如15CrMo用于制造水蒸气温度达到530的高压锅炉的过热管等零件。奥氏体热强钢用于600700范围内使用，如3Cr18Mn12Si2N钢、2Cr20Mn9Ni2Si2N钢属于奥氏体不锈钢，同时又有高的抗氧化性，并在600有足够强度，常用于吊挂支架、渗碳炉构件、加热炉传送带、料盘、盐浴坩埚等。马氏体热强钢在620范围使用，如1Cr13Mo用于制作汽轮机叶片等。5.5 气阀钢根据气阀的工作条件，排气阀材料要求：1.在工作温度下有足够的高温强度和韧性，有高的硬度和耐磨性；2.在工作温度下有良好的抗氧化性和耐燃气腐蚀的性能；3.在冷热交换情况下，组织应稳定，不应有尺寸变化；4.良好的冷加工、热加工及焊接等工艺性能。气阀钢按