合金钢耐热钢课件

Tuesday,November15,2022合金钢――合金元素对钢的影响合金元素在钢中的存在形式

•溶入铁素体中形成固溶体Thursday,November10,2022合金钢Tuesday,November15,2022

·

合金渗碳体，如(Fe,Mn)3C；

·

特殊碳化物，如Cr7C3、MoC、WC、VC、TiC。稳定性，熔点、硬度比Fe3C高得多，显著提高钢的强、硬度→弥散强化•

形成非金属夹杂、形成化合物、自由存在•

形成碳化物Thursday,November10,2022·Tuesday,November15,2022合金元素对铁碳合金相图的影响

铁—碳—锰相图Thursday,November10,2022合金元Tuesday,November15,2022铁—碳—铬相图Thursday,November10,2022铁—碳Tuesday,November15,2022合金元素对钢热处理的影响对奥氏体形成过程的影响对奥氏体化的影响对A晶粒度的影响对过冷奥氏体转变的影响对回火转变的影响↑回火抗力产生二次硬化影响高温回火脆性Thursday,November10,2022合金元Tuesday,November15,2022•

合金钢的分类•

合金钢的编号方法Thursday,November10,2022•合Tuesday,November15,2022合金结构钢普通低合金钢渗碳钢调质钢弹簧钢滚动轴承钢

Thursday,November10,2022合金结Tuesday,November15,2022合金工具钢双头钻铣刀高速钢刀具刃具钢

•低合金刃具钢

•高速钢

量具钢模具钢Thursday,November10,2022合金工Tuesday,November15,2022量具钢Thursday,November10,2022量具钢Tuesday,November15,2022特殊性能钢磁钢•硬磁材料→磁滞损失大、Hc大→难磁化、难退磁→永久磁铁•软磁材料→磁滞损失小、Hc小→易磁化、易退磁不锈钢•金属的腐蚀与反腐蚀◆化学腐蚀：金属在非电解质中的腐蚀，如金属高温时的氧化，钢的脱碳◆电化学腐蚀：金属在电解质中的腐蚀，如金属在常温下的氧化

Thursday,November10,2022特殊性Tuesday,November15,2022Thursday,November10,2022Tuesday,November15,2022阴极保护法防腐效果很好，且简单易行

很多电厂中对各类储罐、循环水系统管道、消防水箱、燃油箱、凝结水箱等设备采用了阴极保护法（牺牲阳极）防腐阳极用单芯电缆与被保护结构连接，电缆和阳极之间采用环氧树脂绝缘Thursday,November10,2022阴极保Tuesday,November15,2022常用不锈钢铬不锈钢

•

F不锈钢：如1Cr17，化工设备、食品工业

耐氯化物应力腐蚀破裂

•M不锈钢：如1Cr13用于汽轮机叶片；

3Cr13做手术器具及刀具

M不锈钢主要用于要求高硬度部件(耐磨零件、弹性元件、切削工具),以及在弱腐蚀性介质中使用。

铬镍不锈钢

•A不锈钢：如1Cr18Ni9Ti用于化工、食品、医疗行业Thursday,November10,2022常用不Tuesday,November15,2022•

铁素体—奥氏体双相不锈钢

抗氯化物应力腐蚀性能、抗孔蚀和晶间腐蚀性能优于奥氏体不锈钢•

沉淀硬化型不锈钢既能保持奥氏体不锈钢优良的焊接性能，又具有马氏体不锈钢的高强度。它是在最终形成马氏体后，经过时效处理析出碳化物和金属间化合物产生沉淀硬化。具有很高强度，耐蚀性和一般不锈钢相同。Thursday,November10,2022•铁Tuesday,November15,2022耐磨磨损―两物体作相对运动时，物体表面物质不断损耗或产生塑性变形的现象磨损的类型

•粘着磨损

•磨料磨损

•疲劳磨损

•腐蚀磨损冲蚀――电厂中的风机叶片和输灰管道气蚀――水电站中的水涡轮及火电厂的水泵Thursday,November10,2022耐磨Tuesday,November15,2022高锰钢――耐磨钢

水韧处理

低合金耐磨钢――冲击不大、应力较小时其他耐磨材料Thursday,November10,2022高锰钢Tuesday,November15,2022耐热钢

◆热强性：高温下保持足够的强度的品质

◆热稳定性：高温下保持化学稳定性（耐腐蚀、不起皮）的品质火电厂热力设备中很多零部件是在高温、高压和腐蚀介质中长期工作的。因此，这些零部件需用耐热钢制造。此外，耐热钢还用来制造汽车和飞机发动机的排气阀，化学热处理设备中的耐热构件等。Thursday,November10,2022耐热钢Tuesday,November15,2022耐热钢的高温性能高温对钢材强度的影响

兰脆：铁及其合金在200～300℃时的强度比室温时高，其脆性也比室温时大的现象

◆金属强度由晶内强度和晶界强度组成

Thursday,November10,2022耐热钢Tuesday,November15,2022蠕变工程材料常用“蠕变极限”和“持久强度”来表示其蠕变强度。Thursday,November10,2022蠕变Tuesday,November15,2022蠕变强度通常有两种表示方法。一种方法是以一定的工作温度下引起规定的第二阶段蠕变速度的应力值来表示热力设备零部件用钢中规定的蠕变速度，一般是或蠕变极限就相应写成或。有时也以或表示在温度t时的蠕变极限，单位是MPa。5-101´σThursday,November10,2022蠕变强Tuesday,November15,2022Thursday,November10,2022Tuesday,November15,2022

过热器连接管接头处容易出现裂缝而发生漏气等事故。此为蠕变所致。

泵轴热处理时要“尺寸效应”。调质和固溶热处理后变形允许校直，但必须进行低于回火温度20－50℃（固溶处理在400℃以下）保温2－6小时高温除应力退火。需要镀铬的泵轴在镀后必须经过200±10℃，保温2－4小时的低温除氢处理。Thursday,November10,2022Tuesday,November15,2022持久强度:是选用锅炉和汽轮机零部件用钢的重要技术指标应力松弛――剩余应力

Thursday,November10,2022持久强Tuesday,November15,2022在高参数大功率火力发电设备中，用于高压管法兰、阀门和汽轮机缸体结合面上的紧固螺栓，由于承受较高的工作温度，因而在长期运行中会发生应力松弛现象。

25Cr2MoV,25Cr2Mo1VThursday,November10,2022在高参Tuesday,November15,2022Thursday,November10,2022Tuesday,November15,2022耐热钢的化学稳定性耐蚀

◆

腐蚀损坏的形式

•均匀腐蚀

•局部腐蚀晶间腐蚀、点腐蚀、穿晶腐蚀Thursday,November10,2022耐热钢Tuesday,November15,2022电厂常见的腐蚀损坏类型蒸汽腐蚀烟气腐蚀――硫腐蚀垢下腐蚀苛性脆化应力腐蚀腐蚀疲劳20钢水冷壁管氢脆爆管的宏观及微观组织Thursday,November10,2022电厂常Tuesday,November15,2022对产生腐蚀疲劳的零部件进行分析时，发现其裂纹多为穿晶性的，端部圆钝内有灰色腐蚀产物，断口为带有疲劳特征的脆性断面。20号钢省煤器管子腐蚀性热疲劳损坏的实物照片20号钢省煤器管子腐蚀性热疲劳损坏的显微组织Thursday,November10,2022对产生Tuesday,November15,2022提高钢耐腐蚀性能的方法表面生成致密氧化膜↑钢的电极电位钢组织形成单相固溶体――F、AThursday,November10,2022提高钢Tuesday,November15,2022耐热钢的组织稳定性碳化物的球化球化的概念及危害球化的原因－能量降低球化的监督石墨化固溶体中合金元素的贫化10CrMo910主蒸汽管道用12Cr1MoV钢原始状态700×12Cr1MoV钢运行85672h后球化1000Thursday,November10,2022耐热钢Tuesday,November15,2022材料发生球化后的恢复处理:例：16Mo钢的φ245×26蒸汽管道在9.8Mpa，510℃条件下运行约8×104h后，珠光体球化，碳化物聚集在晶界上，67%Mo进入碳化相中，机械性能恶化。处理:加热至920℃，停留1h，在炉中打开炉门冷却80-90℃/h。Thursday,November10,2022材料发Tuesday,November15,2022耐热钢中的合金元素及其作用耐热钢的强化原理

●固溶体强化

●晶界强化

●碳化物的弥散强化合金元素的作用耐热钢的分类

Thursday,November10,2022耐热钢Tuesday,November15,2022耐热钢的用途发动机叶片航空发动机汽轮机叶片汽车阀门Thursday,November10,2022耐热钢Tuesday,November15,2022汽轮机Thursday,November10,2022汽轮机Tuesday,November15,2022Thursday,November10,2022Tuesday,November15,2022耐热钢的分类按使用特性（用途）不同，分为抗氧化钢和热强钢；按组织不同，分为F类耐热钢（又称r-Fe基耐热钢，包括P钢、M钢和F钢）和A类耐热钢（又称γ-Fe基耐热钢）（不锈钢基础上发展而来）、耐热合金（Ni基、Co基、Mo基、钽基、Nb基耐热合金Thursday,November10,2022耐热钢Tuesday,November15,2022经淬火、回火后使用，得到回火马氏体或回火索氏体主要元素是Cr、Mo、Si等。Cr13+W、Mo(强化基体的合金元素）

+V、Ti、Nb(强碳化物形成元素）4Cr9Si24Cr10SiMo1Cr131Cr11MoV

马氏体型耐热钢

奥氏体型耐热钢高温强度比马氏体型耐热钢要高，工作温度：650~700℃；抗氧化性能好；良好的塑性变形性能和焊接性能，但切削加工性能不好。1Cr18Ni9Ti4Cr14Ni14W2Mo<300℃：普通结构钢；300~600℃：P-M型耐热钢600~800℃：A型耐热钢；800~1000℃：镍基合金1000℃以上：钼基合金和金属陶瓷Thursday,November10,2022经淬火思考题20Mn可用于制造（？）。A、丝锥B、板簧C、自行车链条片D、压缩机转子制造自行车车轮挡泥板宜选用下列材料中的（？）。A、65MnB、Q235C、T8AD、40Cr按钢中合金元素含量分类，下列牌号的合金钢中属于低合金钢的是（？）。

A、3Cr2W8VB、38CrMoAlAC、W18Cr4VD、1Cr18Ni9Ti08F钢适用于制造（？）。

A、钳工工具B、汽车变速齿轮C、机器外壳D、机床主轴思考题20Mn可用于制造（？）。Q420（15MnVN）钢中合金元素V的主要作用是（？）。

A、固溶强化B、细化晶粒C、提高淬透性D、改善切削性能为什么40Mn2钢淬火加热时，过热敏感性比较大？Q390钢一般在（？）状态下使用。

A、退火B、回火C、热轧D、淬火20MoG属于（？）。A、低合金工具钢D、低合金工具钢C、塑料模具钢D、锅炉管道用钢对12Cr2Ni4、40Cr、T12钢的淬透性和淬硬性排序。16Mn适合制造（？）。

A、汽车传动齿轮B、列车导轨C、大型桥梁D、丝锥Q420（15MnVN）钢中合金元素V的主要作用是（？灰铸铁具有低缺口敏感性的工程应用意义?为什么灰铸铁一般是用性能而不是成分表示其牌号？性能不仅与其成分有关，还与壁厚有关一般也不进行热处理强化→无需通过牌号了解其成分来制定热处理工艺灰铸铁具有低缺口敏感性的工程应用意义?为什么灰铸铁一般是用性Tuesday,November15,2022合金钢――合金元素对钢的影响合金元素在钢中的存在形式

•溶入铁素体中形成固溶体Thursday,November10,2022合金钢Tuesday,November15,2022

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合金渗碳体，如(Fe,Mn)3C；

·

特殊碳化物，如Cr7C3、MoC、WC、VC、TiC。稳定性，熔点、硬度比Fe3C高得多，显著提高钢的强、硬度→弥散强化•

形成非金属夹杂、形成化合物、自由存在•

形成碳化物Thursday,November10,2022·Tuesday,November15,2022合金元素对铁碳合金相图的影响

铁—碳—锰相图Thursday,November10,2022合金元Tuesday,November15,2022铁—碳—铬相图Thursday,November10,2022铁—碳Tuesday,November15,2022合金元素对钢热处理的影响对奥氏体形成过程的影响对奥氏体化的影响对A晶粒度的影响对过冷奥氏体转变的影响对回火转变的影响↑回火抗力产生二次硬化影响高温回火脆性Thursday,November10,2022合金元Tuesday,November15,2022•

合金钢的分类•

合金钢的编号方法Thursday,November10,2022•合Tuesday,November15,2022合金结构钢普通低合金钢渗碳钢调质钢弹簧钢滚动轴承钢

Thursday,November10,2022合金结Tuesday,November15,2022合金工具钢双头钻铣刀高速钢刀具刃具钢

•低合金刃具钢

•高速钢

量具钢模具钢Thursday,November10,2022合金工Tuesday,November15,2022量具钢Thursday,November10,2022量具钢Tuesday,November15,2022特殊性能钢磁钢•硬磁材料→磁滞损失大、Hc大→难磁化、难退磁→永久磁铁•软磁材料→磁滞损失小、Hc小→易磁化、易退磁不锈钢•金属的腐蚀与反腐蚀◆化学腐蚀：金属在非电解质中的腐蚀，如金属高温时的氧化，钢的脱碳◆电化学腐蚀：金属在电解质中的腐蚀，如金属在常温下的氧化

Thursday,November10,2022特殊性Tuesday,November15,2022Thursday,November10,2022Tuesday,November15,2022阴极保护法防腐效果很好，且简单易行

很多电厂中对各类储罐、循环水系统管道、消防水箱、燃油箱、凝结水箱等设备采用了阴极保护法（牺牲阳极）防腐阳极用单芯电缆与被保护结构连接，电缆和阳极之间采用环氧树脂绝缘Thursday,November10,2022阴极保Tuesday,November15,2022常用不锈钢铬不锈钢

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F不锈钢：如1Cr17，化工设备、食品工业

耐氯化物应力腐蚀破裂

•M不锈钢：如1Cr13用于汽轮机叶片；

3Cr13做手术器具及刀具

M不锈钢主要用于要求高硬度部件(耐磨零件、弹性元件、切削工具),以及在弱腐蚀性介质中使用。

铬镍不锈钢

•A不锈钢：如1Cr18Ni9Ti用于化工、食品、医疗行业Thursday,November10,2022常用不Tuesday,November15,2022•

铁素体—奥氏体双相不锈钢

抗氯化物应力腐蚀性能、抗孔蚀和晶间腐蚀性能优于奥氏体不锈钢•

沉淀硬化型不锈钢既能保持奥氏体不锈钢优良的焊接性能，又具有马氏体不锈钢的高强度。它是在最终形成马氏体后，经过时效处理析出碳化物和金属间化合物产生沉淀硬化。具有很高强度，耐蚀性和一般不锈钢相同。Thursday,November10,2022•铁Tuesday,November15,2022耐磨磨损―两物体作相对运动时，物体表面物质不断损耗或产生塑性变形的现象磨损的类型

•粘着磨损

•磨料磨损

•疲劳磨损

•腐蚀磨损冲蚀――电厂中的风机叶片和输灰管道气蚀――水电站中的水涡轮及火电厂的水泵Thursday,November10,2022耐磨Tuesday,November15,2022高锰钢――耐磨钢

水韧处理

低合金耐磨钢――冲击不大、应力较小时其他耐磨材料Thursday,November10,2022高锰钢Tuesday,November15,2022耐热钢

◆热强性：高温下保持足够的强度的品质

◆热稳定性：高温下保持化学稳定性（耐腐蚀、不起皮）的品质火电厂热力设备中很多零部件是在高温、高压和腐蚀介质中长期工作的。因此，这些零部件需用耐热钢制造。此外，耐热钢还用来制造汽车和飞机发动机的排气阀，化学热处理设备中的耐热构件等。Thursday,November10,2022耐热钢Tuesday,November15,2022耐热钢的高温性能高温对钢材强度的影响

兰脆：铁及其合金在200～300℃时的强度比室温时高，其脆性也比室温时大的现象

◆金属强度由晶内强度和晶界强度组成

Thursday,November10,2022耐热钢Tuesday,November15,2022蠕变工程材料常用“蠕变极限”和“持久强度”来表示其蠕变强度。Thursday,November10,2022蠕变Tuesday,November15,2022蠕变强度通常有两种表示方法。一种方法是以一定的工作温度下引起规定的第二阶段蠕变速度的应力值来表示热力设备零部件用钢中规定的蠕变速度，一般是或蠕变极限就相应写成或。有时也以或表示在温度t时的蠕变极限，单位是MPa。5-101´σThursday,November10,2022蠕变强Tuesday,November15,2022Thursday,November10,2022Tuesday,November15,2022

过热器连接管接头处容易出现裂缝而发生漏气等事故。此为蠕变所致。

泵轴热处理时要“尺寸效应”。调质和固溶热处理后变形允许校直，但必须进行低于回火温度20－50℃（固溶处理在400℃以下）保温2－6小时高温除应力退火。需要镀铬的泵轴在镀后必须经过200±10℃，保温2－4小时的低温除氢处理。Thursday,November10,2022Tuesday,November15,2022持久强度:是选用锅炉和汽轮机零部件用钢的重要技术指标应力松弛――剩余应力

Thursday,November10,2022持久强Tuesday,November15,2022在高参数大功率火力发电设备中，用于高压管法兰、阀门和汽轮机缸体结合面上的紧固螺栓，由于承受较高的工作温度，因而在长期运行中会发生应力松弛现象。

25Cr2MoV,25Cr2Mo1VThursday,November10,2022在高参Tuesday,November15,2022Thursday,November10,2022Tuesday,November15,2022耐热钢的化学稳定性耐蚀

◆

腐蚀损坏的形式

•均匀腐蚀

•局部腐蚀晶间腐蚀、点腐蚀、穿晶腐蚀Thursday,November10,2022耐热钢Tuesday,November15,2022电厂常见的腐蚀损坏类型蒸汽腐蚀烟气腐蚀――硫腐蚀垢下腐蚀苛性脆化应力腐蚀腐蚀疲劳20钢水冷壁管氢脆爆管的宏观及微观组织Thursday,November10,2022电厂常Tuesday,November15,2022对产生腐蚀疲劳的零部件进行分析时，发现其裂纹多为穿晶性的，端部圆钝内有灰色腐蚀产物，断口为带有疲劳特征的脆性断面。20号钢省煤器管子腐蚀性热疲劳损坏的实物照片20号钢省煤器管子腐蚀性热疲劳损坏的显微组织Thursday,November10,2022对产生Tuesday,November15,2022提高钢耐腐蚀性能的方法表面生成致密氧化膜↑钢的电极电位钢组织形成单相固溶体――F、AThursday,November10,2022提高钢Tuesday,November15,2022耐热钢的组织稳定性碳化物的球化球化的概念及危害球化的原因－能量降低球化的监督石墨化固溶体中合金元素的贫化10CrMo910主蒸汽管道用12Cr1MoV钢原始状态700×12Cr1MoV钢运行85672h后球化1000Thursday,November10,2022耐热钢Tuesday,November15,2022材料发生球化后的恢复处理:例：16Mo钢的φ245×26蒸汽管道在9.8Mpa，510℃条件下运行约8×104h后，珠光体球化，碳化物聚集在晶界上，67%Mo进入碳化相中，机械性能恶化。处理:加热至920℃，停留1h，在炉中打开炉门冷却80-90℃/h。Thursday,November10,2022材料发Tuesday,November15,2022耐热钢中的合金元素及其作用耐热钢的强化原理

●固溶体强化

●晶界强化

●碳化物的弥散强化合金元素的作用耐热钢的分类

Thursday,November10,2022耐热钢Tuesday,November15,2022耐热钢的用途发动机叶片航空发动机汽轮机叶片汽车阀门Thursday,November10,2022耐热钢Tuesday,November15,2022汽轮机Thursday,November10,2022汽轮机Tuesday,November15,2022Thursday,November10,2022Tuesday,November15,2022耐热钢的分类按使用特性（用途）不同，分为抗氧化钢和热强钢；按组织不同，分为F类耐热钢（又称r-Fe基耐热钢，包括P钢、M钢和F钢）和A类耐热钢（又称γ-Fe基耐热钢）（不锈钢基础上发展而来）、耐热合金（Ni基、Co基、Mo基、钽基、Nb基耐热合金Thursday,November10,2022耐热