第8章不锈钢与耐热钢.

1、第第8章章 不锈钢与耐热钢不锈钢与耐热钢8.1 不锈钢不锈钢8.2 耐热钢耐热钢8.1不锈钢不锈钢 ( stainless steel )定义定义: 在大气和弱腐蚀介质中有一定抗腐蚀能力的钢。在大气和弱腐蚀介质中有一定抗腐蚀能力的钢。金属腐蚀的概念：金属腐蚀的概念：金属表面逐渐受到破坏的过程金属表面逐渐受到破坏的过程1）金属腐蚀的种类）金属腐蚀的种类:化学腐蚀化学腐蚀: 金属与介质（干燥气体和非电解质溶液）金属与介质（干燥气体和非电解质溶液）发生化学反应而产生的腐蚀。如发生化学反应而产生的腐蚀。如:高温氧化、脱碳高温氧化、脱碳等。等。电化学腐蚀电化学腐蚀:金属金属与介质与介质 ( 电解质电解质

2、溶液溶液,即酸、碱、即酸、碱、盐溶液盐溶液 ) 发生电发生电化学反应而产生化学反应而产生的腐蚀。的腐蚀。（F+Fe3C）电化学腐蚀示意图）电化学腐蚀示意图 防止电化学腐蚀的措施：防止电化学腐蚀的措施： 获得均匀的单相组织。获得均匀的单相组织。 提高基体的电极电位。提高基体的电极电位。 使表面形成致密的钝化膜。使表面形成致密的钝化膜。l工业发达国家每年金属腐蚀工业发达国家每年金属腐蚀造成的直接经济损失占造成的直接经济损失占GNP的的4%左右。中国每年腐蚀左右。中国每年腐蚀的损失至少到的损失至少到400亿元以上亿元以上.ZnZnZn-Cu原电池示意图原电池示意图珠光体腐蚀示意图珠光体腐蚀示意图电解

3、液电解液 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。、低碳：碳高，则降低耐蚀性。 2、Cr：是提高耐蚀性的主要元素：是提高耐蚀性的主要元素 形成稳定致密的形成稳定致密的Cr2O3氧化膜氧化膜. Cr含量大于含量大于13%时，可显著提高基时，可显著提高基体电极电位。体电极电位。 提高钢的淬透性。提高钢的淬透性。 3、Ni：获得单相奥氏体组织。：获得单相奥氏体组织。 4、Mo：耐有机酸腐蚀。：耐有机酸腐蚀。 5、Ti, Nb: 防止奥氏体钢晶间腐蚀防止奥氏体钢晶间腐蚀. 晶间腐蚀是沿晶粒周界发生腐蚀的现象，危害很大晶间腐蚀是沿晶粒周界发生腐蚀的现象，危害很大. 它

4、是由于它是由于Cr23C6析出于晶界，使晶界附近析出于晶界，使晶界附近Cr含量降到含量降到12%以以下，在介质下，在介质 加加 Ti、Nb则先于则先于Cr与与C形成不易溶于奥氏体的碳化物形成不易溶于奥氏体的碳化物, 避免避免晶界贫晶界贫Cr。 晶间腐蚀晶间腐蚀 常用不锈钢常用不锈钢不锈钢棒不锈钢棒不锈钢刀不锈钢刀1、马氏体型不锈钢、马氏体型不锈钢 - Cr13型钢型钢 Cr12%M不锈钢力性最高、切削加工性好，但耐蚀性较低。不锈钢力性最高、切削加工性好，但耐蚀性较低。Cr作用作用 :1）氧化膜（钝化膜）；）氧化膜（钝化膜）；2) 基体的电极电基体的电极电位；位；3)淬透性，空冷得淬透性，空冷得

5、M 。含含C量为量为0.1-0.45%，强度、硬度、耐磨性较好。，强度、硬度、耐磨性较好。常用牌号及用途：常用牌号及用途：高高C高高Cr的的9Cr18 也属也属M 1Cr13、2Cr13 热处理热处理: 淬火淬火+高温回火高温回火 使用状态下的组织使用状态下的组织: S回回用于要求塑韧性较用于要求塑韧性较高的耐蚀件，如汽高的耐蚀件，如汽轮机叶片等轮机叶片等.汽轮机叶片汽轮机叶片透平转轮透平转轮具有耐大气具有耐大气、蒸汽腐蚀蒸汽腐蚀能力及良好的综合力学能力及良好的综合力学性能。性能。 3Cr13、4Cr13 热处理：淬火热处理：淬火+低温回火。低温回火。 使用状态下的组织：使用状态下的组织：M回

6、回。 具有较高强度、硬度。具有较高强度、硬度。 用于要求耐蚀、耐磨件，用于要求耐蚀、耐磨件， 医疗器械、量具等。医疗器械、量具等。医疗器械医疗器械不锈钢刀不锈钢刀1Cr17削片刀削片刀 2、铁素体不锈钢、铁素体不锈钢 典型钢号如典型钢号如Cr17、Cr25等。等。 成分：高铬低碳成分：高铬低碳l 无无相变，不能相变，不能进行热处理强化。进行热处理强化。l 组织：单相铁素体组织：单相铁素体钢中钢中相相 性能特点性能特点 耐酸蚀，抗氧化能力强，塑性好。但有脆化倾向：耐酸蚀，抗氧化能力强，塑性好。但有脆化倾向： 475脆化：加热到脆化：加热到350500停留，产生脆化停留，产生脆化. 再加热到再加热

7、到600快冷可消除。快冷可消除。l 相脆化：相脆化： 在在550 850长长期加热时，析出期加热时，析出硬而脆的硬而脆的 相。相。 用途用途 广泛用于硝酸和氮肥工广泛用于硝酸和氮肥工业的耐蚀件。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、奥氏体不锈钢 主要是主要是18-9（18Cr-9Ni）型不锈钢。）型不锈钢。 性能特点：具有良好的耐蚀性，冷热加工性及性能特点：具有良好的耐蚀性，冷热加工性及l可焊性。高的塑韧性可焊性。高的塑韧性,无磁性。无磁性。 l 热处理：采用固热处理：采用固溶处理。即加热到溶处理。即加热到1100使碳化物溶解使碳化物溶解后水冷

8、。后水冷。l组织为单相奥氏体。组织为单相奥氏体。不锈钢带不锈钢带固溶处理：固溶处理：加热到加热到1100，使所有碳化物都溶于使所有碳化物都溶于奥氏体中奥氏体中，然后水淬快冷然后水淬快冷，得到单相奥氏体组得到单相奥氏体组织，织，基体中各处的基体中各处的Cr含量均达到钝化成分，从含量均达到钝化成分，从而消除了贫铬区。而消除了贫铬区。稳定化处理（用于含稳定化处理（用于含Ti、Nb 的奥氏体不锈钢）的奥氏体不锈钢）原理：原理： 由于由于C与与Ti、Nb的亲和力大于的亲和力大于C与与Cr， 故故C与与Ti、Nb形成的碳化物更稳定。形成的碳化物更稳定。稳定化处理稳定化处理 加热温度高于（加热温度高于（Cr

9、 Fe）23C6完全溶解的温完全溶解的温 度，而低于度，而低于TiC、 NbC 完全溶解的温度，保温完全溶解的温度，保温 后缓慢冷却，后缓慢冷却，TiC、 NbC充分析出，充分析出，C几乎全部几乎全部 稳定于稳定于 TiC、 NbC中，而不再以（中，而不再以（Cr Fe）23C6 的形式析出，以保证基体中的的形式析出，以保证基体中的Cr用于钝化基体，用于钝化基体， 不产生贫铬区。不产生贫铬区。 1Cr18Ni9Ti： 加热加热850880，保温，保温6h，空冷或炉冷。，空冷或炉冷。应力处理应力处理 经过冷加工或焊接的奥氏体不锈钢，产生经过冷加工或焊接的奥氏体不锈钢，产生残余应力，易引起应力腐蚀

10、，故应进行除应力残余应力，易引起应力腐蚀，故应进行除应力热处理。热处理。 除冷加工残余应力除冷加工残余应力： 加热加热300350，保温，空冷。，保温，空冷。 除焊接应力除焊接应力： 加热加热850，保温，慢冷。，保温，慢冷。 常用钢种常用钢种 广泛用于化工设备及管道广泛用于化工设备及管道反应釜反应釜大型化工储罐大型化工储罐8.2 耐热钢耐热钢1.定义定义:在高温下具有抗氧化性和高温强度的特殊钢。在高温下具有抗氧化性和高温强度的特殊钢。如制造高压锅炉、汽轮机、内燃机等的构件。如制造高压锅炉、汽轮机、内燃机等的构件。性能要求性能要求抗氧化性抗氧化性 ( 热稳定性热稳定性 )高温强度高温强度( 热

11、强性热强性 )蠕变强度蠕变强度持久强度持久强度 性能要求性能要求 1、高的抗氧化性：、高的抗氧化性： 钢中加入钢中加入Cr、Si、Al可形成致密稳定的可形成致密稳定的氧化膜，阻碍氧进一氧化膜，阻碍氧进一步扩散，提高抗氧化步扩散，提高抗氧化性。性。气轮机叶片气轮机叶片航空发动机航空发动机飞机发动机飞机发动机过热器过热器 2、高的热强性、高的热强性 热强性是指金属热强性是指金属在高温下的强度在高温下的强度. 指标为蠕变强度指标为蠕变强度和持久强度。和持久强度。 蠕变指金属在高蠕变指金属在高温低于温低于s的应力的应力下所发生的极其下所发生的极其缓慢的塑性变形缓慢的塑性变形. 蠕变强度蠕变强度：材料在

12、高温长期载荷下对缓慢塑性变形材料在高温长期载荷下对缓慢塑性变形（即蠕变）的抗力；（即蠕变）的抗力；以以 表示表示700700下经下经1000h1000h产产 生生0.2%0.2%残余变形量的最大应力。残余变形量的最大应力。 持久强度：持久强度：材料在高温长期载荷下对断裂的抗力材料在高温长期载荷下对断裂的抗力； 以以 表示在表示在500500下经下经10000h10000h发生断裂的应力值。发生断裂的应力值。持久寿命：持久寿命：表示材料在规定温度和规定应力作用下拉表示材料在规定温度和规定应力作用下拉 断的时间。断的时间。q 耐热钢的高温强度指标耐热钢的高温强度指标7001000/2 . 0500

13、10000 提高高温强度的途径提高高温强度的途径: 固溶强化；固溶强化； 析出强化；析出强化； 晶界强化晶界强化(加入加入B、Zr等降低晶界能量等降低晶界能量)高温合金中的高温合金中的 析出相析出相高温合金中的弯曲晶界高温合金中的弯曲晶界裂纹中止于晶界颗粒状析出物裂纹中止于晶界颗粒状析出物涡轮机机壳涡轮机机壳钢制法兰钢制法兰 常用耐热钢常用耐热钢 1、珠光体耐热钢、珠光体耐热钢 常用钢号为常用钢号为15CrMo、12CrMoV，是低合金，是低合金钢。钢。 合金元素作用：合金元素作用： Cr提高抗氧化性；提高抗氧化性； Mo提高热强性提高热强性; V弥散强化。弥散强化。 热处理：热处理： 正火正

14、火+高温回火高温回火 组织组织: F+P l 用途：用途：600以下的锅炉零件以下的锅炉零件,压力容器，热交压力容器，热交换器等。换器等。 烟管式锅炉烟管式锅炉锅炉管锅炉管Cr12型型(1Cr12WMoV)、Cr13型型(1Crl3、2Cr13)；含有大量含有大量 Cr，抗氧化性及热强性高，淬透性好；，抗氧化性及热强性高，淬透性好；多用于制造多用于制造 600以下受力较大零件，如汽轮机叶以下受力较大零件，如汽轮机叶片等，多在调质状态下使用。片等，多在调质状态下使用。CrSi钢（钢（4Cr9Si2、4Cr10Si2Mo）Cr、Si：提高抗氧化性：提高抗氧化性Mo：提高高温强度和避免回火脆性：提高高温强度和避免回火脆性C量量0.4%：获得高硬度和耐磨性：获得高硬度和耐磨性应用：应用：700-750的汽车发动机、柴油机的排气阀的汽车发动机、柴油机的排气阀2、马氏体耐热钢、马氏体耐热钢汽轮机叶片汽轮机叶片汽车阀门汽车阀门锅炉安全泄压锅炉安全泄压阀阀(2Cr13) 用途：用途：1Cr13、1Cr11MoV用于用于550以下以下汽轮机叶片；汽轮机叶片；4Cr9Si2是是汽车阀门用