耐熱性能是指在高溫下,既有抗氧化或耐氣體介質腐蝕的性能(即熱穩定性),同時又有足夠的強度(即熱強性)。不銹鋼除了不生銹外,還具有優良的耐高、低溫性能,許多不銹鋼可兼作耐熱(re)鋼(gang)或低溫鋼使用。
作為耐熱鋼使用的不銹鋼,多為含碳量較高的鐵素體、馬氏體和奧(ao)氏(shi)體(ti)不銹鋼(gang),它們具有下列特點。
①. 保證(zheng)抗氧化性(xing)能需較高含鉻量以形成致密氧化膜
能在800℃、1000℃、1100℃仍保持熱穩定性的鉻的質量分數分別為10%~12%、22%和30%。含Cr量越高抗氧化能力越強。在鋼中加入Al和Si等合金元素有助于增強Cr的影響,使鋼材表面形成結構致密并與鋼材表面牢固結合的氧化膜,如Cr2O3、Al2O3等合金氧化膜。這種合金氧化膜具有良好的保護作用,從而可延長鋼材的使用壽命或提高使用溫度。在不銹鋼中、若氧化膜主要以(Fe,Cr)2O3的形式出現時,其抗氧化溫度劇變的能力最為優越。
②. 保證(zheng)熱強(qiang)要求的(de)措施
a. 增Ni以得到穩定的(de)奧氏體(ti)組織(zhi),利(li)用Mo、W固溶強化,提(ti)高(gao)原子間結合力。但加(jia)Mo對抗氧(yang)化性不利(li)。
b. 形成碳化物(wu)(MC、M23C6)為主的第二相,為此應適當提高(gao)含(han)碳量。
c. 加(jia)入微量硼或稀土等以控制晶粒度(du)并強化晶界,如(ru)耐熱奧(ao)氏體不銹鋼06Cr15Ni25Ti2MoAlVB。
③. 高溫脆化問題
耐熱不銹鋼(gang)在熱加(jia)工(gong)或高(gao)溫(wen)下(xia)長(chang)期(qi)工(gong)作時會產(chan)生各種(zhong)脆(cui)(cui)化(hua)(hua)現(xian)(xian)象,如(ru)06Cr13(0Cr13)鋼(gang)在550℃左右的(de)(de)回火(huo)脆(cui)(cui)性(xing),高(gao)鉻(ge)鐵素體鋼(gang)的(de)(de)晶(jing)粒長(chang)大脆(cui)(cui)化(hua)(hua),奧氏(shi)體鋼(gang)沿晶(jing)界析出(chu)(chu)碳化(hua)(hua)物造(zao)成的(de)(de)脆(cui)(cui)化(hua)(hua)以及鐵素體鋼(gang)的(de)(de)475℃脆(cui)(cui)性(xing)、850℃附近(jin)的(de)(de)。相析出(chu)(chu)脆(cui)(cui)化(hua)(hua),甚(shen)至(zhi)高(gao)Cr-Ni奧氏(shi)體鋼(gang)(如(ru)25-20)也有。相析出(chu)(chu)脆(cui)(cui)化(hua)(hua)問題。耐熱鋼(gang)在高(gao)溫(wen)使用過程(cheng)中要考慮到長(chang)期(qi)高(gao)溫(wen)工(gong)作時可(ke)能產(chan)生的(de)(de)脆(cui)(cui)化(hua)(hua)現(xian)(xian)象和高(gao)溫(wen)疲勞破壞。疲勞破壞一般由(you)表(biao)層或者表(biao)面下(xia)某些缺陷形成裂(lie)紋,裂(lie)紋在交(jiao)變載(zai)荷作用下(xia),逐漸(jian)擴大,直至(zhi)斷裂(lie)。
不銹鋼(gang)的主要(yao)合金元素對耐熱性能的影響將在(zai)本(ben)章第4節予以介(jie)紹(表1-13)。表1-11列出(chu)了(le)幾種耐熱鋼(gang)適用(yong)溫(wen)度(du)范圍及主要(yao)用(yong)途(tu)。
在(zai)較低溫度下,疲(pi)(pi)勞裂紋是穿晶(jing)的(de),而在(zai)高溫下的(de)疲(pi)(pi)勞裂紋是沿晶(jing)間發展的(de)。