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回答本文题目所提问的问题,首先我们来了解什么是耐热钢。耐热钢是指能在高温下保持正常形态及性能,并能正常工作的钢材。这几年耐热钢快速发展,这其中和电站、锅炉、燃气轮机、内燃机、航空发动机等各工业部门的技术进步紧密相关。由于各类机器、装置使用的温度和所承受的应力不同,以及所处环境各异,因此所采用的钢材种类也各不相同。
我们不得不注意的是,本文中相对于耐热钢种所谈的温度是个相对的概念。最早在锅炉和加热炉中使用的材料是低碳钢,使用的温度一般在200℃左右,压力仅为0.8MPa。直到现在使用的锅炉用低碳钢,如20g,使用温度也不超过450℃,工作压力不超过6MPa。随着各类动力装置的使用温度不断提高,工作压力迅速增加,现代耐热钢的使用温度已高达700℃,使用的环境也变得更加复杂与苛刻。现在,耐热钢的使用温度范围为200~1300℃,工作压力为几兆帕到几十兆帕,工作环境从单纯的氧化气氛,发展到硫化气氛、混合气氛以及熔盐和液金属等更复杂的环境。
环境要求越来越高,这也向耐热钢提出了新的要求,为了适应各种工作条件不断发展的要求,耐热钢也在不断地发展。从最早期的低碳钢、低合金钢,到成分复杂的、多元合金化的高合金耐热钢。
耐热钢是抗氧化钢和热强钢的总称,按其特性和用途可分为抗氧化钢、热强钢、耐热合金:
抗氧化钢又叫不起皮钢,它在高温下有较好的抗氧化性和一定强度,多用来制造炉用零件和热交换器。
热强钢是在高温下有一定的抗氧化能力和较高强度的钢种,用于制造汽轮机燃气轮机的转子和叶片、锅炉过热器高温工作螺旋和弹簧内燃机进排气阀等。
耐热合金是在高温下工作的铁镍基、镍基和钴基合金,包括抗氧化合金和热强合金,它们的抗氧化性和热强性都比耐热钢好,主要用来制造燃气轮机叶片轮盘螺栓及火焰筒等。
现按其组织要分为珠光体钢、马氏体钢、铁素体钢、奥氏体、和合金。分别介绍如下:
1)珠光体型低合金热强钢 代表钢种:12Cr1MoV合金结构钢
12Cr1MoV合金结构钢组织稳定性较好,当温度高达580℃时仍具有良好的热强性。
2)马氏体型热强钢 代表钢种:Cr12模具钢
Cr12模具钢有优良的综合力学性能、较好的热强性、耐蚀性及振动衰减性,广泛用于制造汽轮机叶片而形成独特的叶片钢系列,并广泛用作气缸密封环、高温螺栓、转子和锅炉过热器、在热器管、燃气轮机涡轮盘、叶片、压缩机及航空发动机压气机叶片、轮盘、水轮机叶片及宇航导弹部件等。Cr12模具钢型耐热钢的开发与应用已有60多年历史,至少已有300余种牌号。但其成分的差别不大,都是以Cr12模具钢为基础在添加钨、钼、钒、镍、铌、硼、氮、钛、钴等元素含量上做些变化。
3)阀门钢 代表钢种:21Cr-9Mn-4Ni-N耐热钢
阀门钢是耐热钢的一个重要分支,该种钢的代表:21Cr-9Mn-4Ni-N耐热钢(21-4N),与21Cr-12NiN耐热钢、14Cr-14Ni2W-Mox耐热钢相比,性能优越较经济,在汽油机排气阀门上迅速得到广泛应用。在21-4N耐热钢基础上添加硫改善切削性能形成了21-4N耐热钢。添加铌、钼、钨和钒,提高了高温强度、疲劳强度和耐磨性,开发了21-4WNbN耐热钢,X60CrMnMoVNbN2110耐热钢。
4)铁素体型耐热钢
在室温和使用温度条件下这类钢的组织为铁素体,一般为耐热不锈钢居多。这类钢铬含量高于12%,不含镍,只含有少量的硅、钛、钼、铍等元素。
5)奥氏体型耐热钢 代表钢种:Cr-Mn-N耐热钢
该种钢的代表:18Cr-8Ni、25Cr-20Ni及Cr-Mn-N、Fe-Mn-Al等钢。这类钢在高温下具有较高的热强性,及优异的抗氧化性。一般制作用于600℃以上承受较高应力的部件,其抗氧化性温度可达850~1250℃。这类钢基本上是和不锈钢同时发展起来的,有些钢同时就是优异的奥氏体型不锈钢。
我国在奥氏体型钢方面,除仿制和生产了大量国外耐热钢牌号外,多年来还开发了Cr-Mn-N、Cr-Mn-Ni-N、Cr-Ni-N及Fe-Al-Mn和Cr-Mn-Al-Si系耐热钢。Cr18Mn12Si2N、Cr20Mn9Ni2Si2N及3Cr24Ni7SiNRe列入国家标准推广应用。
铸造耐热钢在耐热钢领域中占有相当大的比重。20世纪70~80年代以来,由于石油化学工业的飞速发展,在大型合成氨及乙烯装置中采用了大量的高合金耐热铸钢,其使用温度可达1150℃,开发了一系列Fe-Cr-Ni基耐热钢及耐热合金。如4Cr25Ni35Co15W、4Cr25Ni35WNb、5Cr28Ni48W5等。一些发达国家早在20世纪30年代就制定了耐热铸钢标准。1987年,我国建立了第一个耐热铸钢国家标准。
6)沉淀硬化型耐热钢 代表钢种:0Cr15Ni25Ti2MoAlVB耐热不锈钢
沉淀硬化型耐热钢按其组织可分成马氏体沉淀硬化耐热钢(如0Cr17Ni4Cu4Nb)、(半奥氏体-马氏体过滤型)沉淀硬化耐热钢(如0Cr17Ni7Al和0Cr15Ni7Mo2Al)和奥氏体沉淀硬化耐热钢(如0Cr15Ni25Ti2MoVB)等。本文由模具钢专业供应商—昆山市龙拓金属制品有限公司(www.ksltjs.com)07月05日讯。
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