耐熱鋼的高溫性能分析介紹

耐熱鋼的高溫性能主要表現在以下幾點：

一、抗氧化性  

  若在鋼的表面形成一層致密的保護膜，那鋼材就具有很好的抗氧化性。耐熱鋼中常用鉻、鋁、硅等合金元素來提高鋼材的抗氧化能力，這些合金元素可以形成致密完整的氧化膜Cr₂O₃、Al₂O₃及SiO₂等。一般在鋼中加人Cr≥18%即可使鋼在1000℃~1100℃耐氧化；加入3%~4%的鋁可使鋼在900℃耐氧化；加入2%~3%的硅可使鋼在900℃~1000℃耐氧化。

二、熱強性 

 熱強性就是指在高溫下長時間工作時，鋼材對斷裂的抗力（即持久強度）；或者在高溫下長時間工作時，鋼材對塑性變形的抗力（即蠕變抗力）。提高鋼材的熱強性有3條途徑：

  a. 固溶強化 

   把鉬、鎢等合金元素固溶到鋼材的基體中，以提高原子間的結合力。

  b. 第二相強化 

   強化相的熔點越高，化學成分和點陣結構越復雜，穩定性就越高。對于常用的奧氏體熱強鋼，主要以碳化物（MC、M6C或M23C6)作為強化相的第二相。因此，為了提高熱強性，希望適當提高含碳量，并同時加人鈮、釩等強碳化物形成元素。

  c. 晶界強化

   通過控制晶粒度（一般希望為3~4級晶粒度）、加入硼及稀土等微量元素等方法強化晶界，以減小高溫下晶界的滑動。

三、高溫脆化 

 耐熱鋼在熱加工過程中或在高溫下長期工作時可能產生脆化現象。脆化有以下幾種：

  1. 馬氏體鋼的回火脆性 

    例如，Cr13鋼在550℃附近的回火脆性。因此在焊接前后的熱處理過程中，應當注意鋼材性能的變化。

  2. 鐵素體鋼的晶粒長大脆化

   由于鐵素體鋼加熱時沒有相變發生，所以晶粒長大現象也不可能通過熱處理來改善。

 3. 奧氏體鋼析出相脆化 

   奧氏體鋼晶界析出碳化物相的脆化。

 4. 475℃脆性 

   它主要出現于含鉻量大于15%的鐵素體鋼中。在350℃-550℃較長時間加熱并緩冷時就出現這種脆化現象。因為在475℃附近最容易出現，所以稱為475℃脆性。關于這種脆性的產生機理，目前尚無統一的認識。已經產生475℃脆性的鋼，經過600℃~700℃加熱，保溫一小時后空冷，可以恢復原有性能。

5. σ相脆化 

  σ相是富鉻的金屬間化合物，其成分可變，質硬而脆，沒有磁性。一般認為，在500℃~900℃長時間加熱有利于σ相的形成。由于σ相的形成過程本質尚待進一步研究，因此主要應該了解生產實際中產生σ相的規律及其消除措施。σ相可能由鐵素體產生，也可能由奧氏體直接產生，或由奧氏體轉變而成。實踐表明，存在鐵素體相時，特別有利于σ相的形成，這是因為鐵素體相富鉻并且利于鉻的擴散，而且凡是鐵素體形成元素都能加速σ相的析出，其中以鉻、鉬、硅、鈦、鈮等元素的影響較為強烈，而奧氏體形成元素鎳等可阻止 σ相析出。

  σ 相本身硬度高達HRC68以上，而且多半分布在晶界，這樣，不但降低材料的塑性和韌性，而且增大了晶間腐蝕的傾向。例如，2520不銹鋼在700℃溫度下工作14個月以后，由于σ相析出而變脆，而后發生了破壞。加熱溫度提高到超出σ相穩定存在的上限溫度時，σ相可以重新溶入到固溶體中。18-8鋼的σ相穩定存在的上限溫度在700℃左右，25-20鋼則在980℃左右。

  根據上述σ相的析出規律，應當采取的防止措施是：控制焊縫金屬的化學成分，適當減少鐵素體形成元素的含量，適當增加碳、錳、鎳的含量。焊件焊后進行固溶處理，可使σ相溶解。為消除在高溫工作過程中形成的σ相，設備每工作一段時間之后，瞬時提高工作溫度至900℃~1000℃,待σ相溶解后，再降至正常工作溫度使用。