第8章不锈钢与耐热钢

第8章不锈钢与耐热钢8.1不锈钢8.2耐热钢8.1不锈钢(stainlesssteel)定义: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：金属表面逐渐受到破坏的过程1）金属腐蚀的种类:化学腐蚀: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:高温氧化、脱碳等。电化学腐蚀:金属与介质(电解质溶液,即酸、碱、盐溶液)发生电化学反应而产生的腐蚀。（F+Fe3C）电化学腐蚀示意图防止电化学腐蚀的措施：①获得均匀的单相组织。②提高基体的电极电位。③使表面形成致密的钝化膜。工业发达国家每年金属腐蚀造成的直接经济损失占GNP的4%左右。中国每年腐蚀的损失至少到400亿元以上.ZnZnZn-Cu原电池示意图珠光体腐蚀示意图电解液㈡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①形成稳定致密的Cr2O3氧化膜.②Cr含量大于13%时，可显著提高基体电极电位。③提高钢的淬透性。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.晶间腐蚀是沿晶粒周界发生腐蚀的现象，危害很大.它是由于Cr23C6析出于晶界，使晶界附近Cr含量降到12%以下，在介质作用下发生强烈腐蚀。加Ti、Nb则先于Cr与C形成不易溶于奥氏体的碳化物,避免晶界贫Cr。

奥氏体不锈钢晶界的Cr23C6析出晶间腐蚀㈢常用不锈钢不锈钢棒不锈钢刀1、马氏体型不锈钢---Cr13型钢Cr>12%M不锈钢力性最高、切削加工性好，但耐蚀性较低。Cr作用:1）氧化膜（钝化膜）；2)↑基体的电极电位；3)↑↑淬透性，空冷得M。含C量为0.1-0.45%，强度、硬度、耐磨性较好。常用牌号及用途：高C高Cr的9Cr18也属M1Cr13、2Cr13热处理:淬火+高温回火使用状态下的组织:S回用于要求塑韧性较高的耐蚀件，如汽轮机叶片等.汽轮机叶片透平转轮具有耐大气、蒸汽腐蚀能力及良好的综合力学性能。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。医疗器械不锈钢刀1Cr17削片刀铁素体不锈钢水加热器2、铁素体不锈钢典型钢号如Cr17、Cr25等。⑴成分：高铬低碳⑵无α↔γ相变，不能进行热处理强化。⑶组织：单相铁素体钢中σ相⑷性能特点耐酸蚀，抗氧化能力强，塑性好。但有脆化倾向：①475℃脆化：加热到350~500℃停留，产生脆化.再加热到600℃快冷可消除。②相脆化：在550~850℃长期加热时，析出硬而脆的相。⑸用途广泛用于硝酸和氮肥工业的耐蚀件。合成氨厂硝酸生产装置铁素体不锈钢制品3、奥氏体不锈钢主要是18-9（18Cr-9Ni）型不锈钢。⑴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。⑵热处理：采用固溶处理。即加热到1100℃使碳化物溶解后水冷。组织为单相奥氏体。不锈钢带固溶处理：加热到1100℃，使所有碳化物都溶于奥氏体中，然后水淬快冷，得到单相奥氏体组织，基体中各处的Cr含量均达到钝化成分，从而消除了贫铬区。稳定化处理（用于含Ti、Nb的奥氏体不锈钢）原理：由于C与Ti、Nb的亲和力大于C与Cr，故C与Ti、Nb形成的碳化物更稳定。稳定化处理

加热温度高于（CrFe）23C6完全溶解的温度，而低于TiC、NbC完全溶解的温度，保温后缓慢冷却，TiC、NbC充分析出，C几乎全部稳定于TiC、NbC中，而不再以（CrFe）23C6

的形式析出，以保证基体中的Cr用于钝化基体，不产生贫铬区。

1Cr18Ni9Ti：加热850~880℃，保温6h，空冷或炉冷。应力处理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，故应进行除应力热处理。

除冷加工残余应力：

加热300~350℃，保温，空冷。

除焊接应力：

加热850℃，保温，慢冷。⑶常用钢种广泛用于化工设备及管道反应釜大型化工储罐8.2耐热钢1.定义: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。性能要求抗氧化性(热稳定性)高温强度(热强性)蠕变强度持久强度金属的高温抗氧化性是指金属在高温下对氧化作用的抗力；高温强度是指钢在高温下承受机械负荷的能力。

㈠性能要求1、高的抗氧化性：钢中加入Cr、Si、Al可形成致密稳定的氧化膜，阻碍氧进一步扩散，提高抗氧化性。气轮机叶片航空发动机飞机发动机过热器2、高的热强性热强性是指金属在高温下的强度.指标为蠕变强度和持久强度。蠕变指金属在高温低于σs的应力下所发生的极其缓慢的塑性变形.①蠕变强度：材料在高温长期载荷下对缓慢塑性变形（即蠕变）的抗力；以表示700℃下经1000h产生0.2%残余变形量的最大应力。②持久强度：材料在高温长期载荷下对断裂的抗力；以表示在500℃下经10000h发生断裂的应力值。③持久寿命：表示材料在规定温度和规定应力作用下拉断的时间。

耐热钢的高温强度指标提高高温强度的途径:①固溶强化；②析出强化；③晶界强化(加入B、Zr等降低晶界能量)高温合金中的‘析出相高温合金中的弯曲晶界裂纹中止于晶界颗粒状析出物2.常用耐热钢牌号涡轮机机壳钢制法兰㈡常用耐热钢1、珠光体耐热钢常用钢号为15CrMo、12CrMoV，是低合金钢。⑴合金元素作用：Cr提高抗氧化性；Mo提高热强性;V弥散强化。⑵热处理：正火+高温回火⑶组织:F+P⑷用途：600℃以下的锅炉零件,压力容器，热交换器等。

烟管式锅炉锅炉管Cr12型(1Cr12WMoV)、Cr13型(1Crl3、2Cr13)；含有大量Cr，抗氧化性及热强性高，淬透性好；多用于制造600℃以下受力较大零件，如汽轮机叶片等，多在调质状态下使用。CrSi钢（4Cr9Si2、4Cr10Si2Mo）Cr、Si：提高抗氧化性Mo：提高高温强度和避免回火脆性C量0.4%：获得高硬度和耐磨性应用：700-750℃的汽车发动机、柴油机的排气阀2、马氏体耐热钢汽轮机叶片汽车阀门锅炉安全泄压阀(2Cr13)⑷用途：1Cr13、1Cr11MoV用于550℃以下汽轮机