1、第第8章章 不銹鋼與耐熱鋼不銹鋼與耐熱鋼8.1 不銹鋼不銹鋼8.2 耐熱鋼耐熱鋼8.1不銹鋼不銹鋼 ( stainless steel )定義定義: 在大氣和弱腐蝕介質(zhì)中有一定抗腐蝕能力的鋼。在大氣和弱腐蝕介質(zhì)中有一定抗腐蝕能力的鋼。金屬腐蝕的概念：金屬腐蝕的概念：金屬表面逐漸受到破壞的過程金屬表面逐漸受到破壞的過程1）金屬腐蝕的種類）金屬腐蝕的種類:化學(xué)腐蝕化學(xué)腐蝕: 金屬與介質(zhì)（干燥氣體和非電解質(zhì)溶液）金屬與介質(zhì)（干燥氣體和非電解質(zhì)溶液）發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的腐蝕。如發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的腐蝕。如:高溫氧化、脫碳高溫氧化、脫碳等。等。電化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕:金屬金屬與介質(zhì)與介質(zhì) ( 電解質(zhì)電解質(zhì)

2、溶液溶液,即酸、堿、即酸、堿、鹽溶液鹽溶液 ) 發(fā)生電發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的腐蝕。的腐蝕。（F+Fe3C）電化學(xué)腐蝕示意圖）電化學(xué)腐蝕示意圖 防止電化學(xué)腐蝕的措施：防止電化學(xué)腐蝕的措施： 獲得均勻的單相組織。獲得均勻的單相組織。 提高基體的電極電位。提高基體的電極電位。 使表面形成致密的鈍化膜。使表面形成致密的鈍化膜。l工業(yè)發(fā)達國家每年金屬腐蝕工業(yè)發(fā)達國家每年金屬腐蝕造成的直接經(jīng)濟損失占造成的直接經(jīng)濟損失占GNP的的4%左右。中國每年腐蝕左右。中國每年腐蝕的損失至少到的損失至少到400億元以上億元以上.ZnZnZn-Cu原電池示意圖原電池示意圖珠光體腐蝕示意圖珠光體腐蝕示意圖電解

3、液電解液 不銹鋼中合金元素的作用不銹鋼中合金元素的作用 1、低碳：碳高，則降低耐蝕性。、低碳：碳高，則降低耐蝕性。 2、Cr：是提高耐蝕性的主要元素：是提高耐蝕性的主要元素 形成穩(wěn)定致密的形成穩(wěn)定致密的Cr2O3氧化膜氧化膜. Cr含量大于含量大于13%時，可顯著提高基時，可顯著提高基體電極電位。體電極電位。 提高鋼的淬透性。提高鋼的淬透性。 3、Ni：獲得單相奧氏體組織。：獲得單相奧氏體組織。 4、Mo：耐有機酸腐蝕。：耐有機酸腐蝕。 5、Ti, Nb: 防止奧氏體鋼晶間腐蝕防止奧氏體鋼晶間腐蝕. 晶間腐蝕是沿晶粒周界發(fā)生腐蝕的現(xiàn)象，危害很大晶間腐蝕是沿晶粒周界發(fā)生腐蝕的現(xiàn)象，危害很大. 它

4、是由于它是由于Cr23C6析出于晶界，使晶界附近析出于晶界，使晶界附近Cr含量降到含量降到12%以以下，在介質(zhì)下，在介質(zhì) 加加 Ti、Nb則先于則先于Cr與與C形成不易溶于奧氏體的碳化物形成不易溶于奧氏體的碳化物, 避免避免晶界貧晶界貧Cr。 晶間腐蝕晶間腐蝕 常用不銹鋼常用不銹鋼不銹鋼棒不銹鋼棒不銹鋼刀不銹鋼刀1、馬氏體型不銹鋼、馬氏體型不銹鋼 - Cr13型鋼型鋼 Cr12%M不銹鋼力性最高、切削加工性好，但耐蝕性較低。不銹鋼力性最高、切削加工性好，但耐蝕性較低。Cr作用作用 :1）氧化膜（鈍化膜）；）氧化膜（鈍化膜）；2) 基體的電極電基體的電極電位；位；3)淬透性，空冷得淬透性，空冷得

5、M 。含含C量為量為0.1-0.45%，強度、硬度、耐磨性較好。，強度、硬度、耐磨性較好。常用牌號及用途：常用牌號及用途：高高C高高Cr的的9Cr18 也屬也屬M 1Cr13、2Cr13 熱處理熱處理: 淬火淬火+高溫回火高溫回火 使用狀態(tài)下的組織使用狀態(tài)下的組織: S回回用于要求塑韌性較用于要求塑韌性較高的耐蝕件，如汽高的耐蝕件，如汽輪機葉片等輪機葉片等.汽輪機葉片汽輪機葉片透平轉(zhuǎn)輪透平轉(zhuǎn)輪具有耐大氣具有耐大氣、蒸汽腐蝕蒸汽腐蝕能力及良好的綜合力學(xué)能力及良好的綜合力學(xué)性能。性能。 3Cr13、4Cr13 熱處理：淬火熱處理：淬火+低溫回火。低溫回火。 使用狀態(tài)下的組織：使用狀態(tài)下的組織：M回

6、回。 具有較高強度、硬度。具有較高強度、硬度。 用于要求耐蝕、耐磨件，用于要求耐蝕、耐磨件， 醫(yī)療器械、量具等。醫(yī)療器械、量具等。醫(yī)療器械醫(yī)療器械不銹鋼刀不銹鋼刀1Cr17削片刀削片刀 2、鐵素體不銹鋼、鐵素體不銹鋼 典型鋼號如典型鋼號如Cr17、Cr25等。等。 成分：高鉻低碳成分：高鉻低碳l 無無相變，不能相變，不能進行熱處理強化。進行熱處理強化。l 組織：單相鐵素體組織：單相鐵素體鋼中鋼中相相 性能特點性能特點 耐酸蝕，抗氧化能力強，塑性好。但有脆化傾向：耐酸蝕，抗氧化能力強，塑性好。但有脆化傾向： 475脆化：加熱到脆化：加熱到350500停留，產(chǎn)生脆化停留，產(chǎn)生脆化. 再加熱到再加熱

7、到600快冷可消除?？炖淇上 相脆化：相脆化： 在在550 850長長期加熱時，析出期加熱時，析出硬而脆的硬而脆的 相。相。 用途用途 廣泛用于硝酸和氮肥工廣泛用于硝酸和氮肥工業(yè)的耐蝕件。業(yè)的耐蝕件。硝酸生產(chǎn)裝置硝酸生產(chǎn)裝置鐵素體不鐵素體不銹鋼制品銹鋼制品 3、奧氏體不銹鋼、奧氏體不銹鋼 主要是主要是18-9（18Cr-9Ni）型不銹鋼。）型不銹鋼。 性能特點：具有良好的耐蝕性，冷熱加工性及性能特點：具有良好的耐蝕性，冷熱加工性及l(fā)可焊性。高的塑韌性可焊性。高的塑韌性,無磁性。無磁性。 l 熱處理：采用固熱處理：采用固溶處理。即加熱到溶處理。即加熱到1100使碳化物溶解使碳化物溶解后水冷

8、。后水冷。l組織為單相奧氏體。組織為單相奧氏體。不銹鋼帶不銹鋼帶固溶處理：固溶處理：加熱到加熱到1100，使所有碳化物都溶于使所有碳化物都溶于奧氏體中奧氏體中，然后水淬快冷然后水淬快冷，得到單相奧氏體組得到單相奧氏體組織，織，基體中各處的基體中各處的Cr含量均達到鈍化成分，從含量均達到鈍化成分，從而消除了貧鉻區(qū)。而消除了貧鉻區(qū)。穩(wěn)定化處理（用于含穩(wěn)定化處理（用于含Ti、Nb 的奧氏體不銹鋼）的奧氏體不銹鋼）原理：原理： 由于由于C與與Ti、Nb的親和力大于的親和力大于C與與Cr， 故故C與與Ti、Nb形成的碳化物更穩(wěn)定。形成的碳化物更穩(wěn)定。穩(wěn)定化處理穩(wěn)定化處理 加熱溫度高于（加熱溫度高于（Cr

9、 Fe）23C6完全溶解的溫完全溶解的溫 度，而低于度，而低于TiC、 NbC 完全溶解的溫度，保溫完全溶解的溫度，保溫 后緩慢冷卻，后緩慢冷卻，TiC、 NbC充分析出，充分析出，C幾乎全部幾乎全部 穩(wěn)定于穩(wěn)定于 TiC、 NbC中，而不再以（中，而不再以（Cr Fe）23C6 的形式析出，以保證基體中的的形式析出，以保證基體中的Cr用于鈍化基體，用于鈍化基體， 不產(chǎn)生貧鉻區(qū)。不產(chǎn)生貧鉻區(qū)。 1Cr18Ni9Ti： 加熱加熱850880，保溫，保溫6h，空冷或爐冷。，空冷或爐冷。應(yīng)力處理應(yīng)力處理 經(jīng)過冷加工或焊接的奧氏體不銹鋼，產(chǎn)生經(jīng)過冷加工或焊接的奧氏體不銹鋼，產(chǎn)生殘余應(yīng)力，易引起應(yīng)力腐蝕

10、，故應(yīng)進行除應(yīng)力殘余應(yīng)力，易引起應(yīng)力腐蝕，故應(yīng)進行除應(yīng)力熱處理。熱處理。 除冷加工殘余應(yīng)力除冷加工殘余應(yīng)力： 加熱加熱300350，保溫，空冷。，保溫，空冷。 除焊接應(yīng)力除焊接應(yīng)力： 加熱加熱850，保溫，慢冷。，保溫，慢冷。 常用鋼種常用鋼種 廣泛用于化工設(shè)備及管道廣泛用于化工設(shè)備及管道反應(yīng)釜反應(yīng)釜大型化工儲罐大型化工儲罐8.2 耐熱鋼耐熱鋼1.定義定義:在高溫下具有抗氧化性和高溫強度的特殊鋼。在高溫下具有抗氧化性和高溫強度的特殊鋼。如制造高壓鍋爐、汽輪機、內(nèi)燃機等的構(gòu)件。如制造高壓鍋爐、汽輪機、內(nèi)燃機等的構(gòu)件。性能要求性能要求抗氧化性抗氧化性 ( 熱穩(wěn)定性熱穩(wěn)定性 )高溫強度高溫強度( 熱

11、強性熱強性 )蠕變強度蠕變強度持久強度持久強度 性能要求性能要求 1、高的抗氧化性：、高的抗氧化性： 鋼中加入鋼中加入Cr、Si、Al可形成致密穩(wěn)定的可形成致密穩(wěn)定的氧化膜，阻礙氧進一氧化膜，阻礙氧進一步擴散，提高抗氧化步擴散，提高抗氧化性。性。氣輪機葉片氣輪機葉片航空發(fā)動機航空發(fā)動機飛機發(fā)動機飛機發(fā)動機過熱器過熱器 2、高的熱強性、高的熱強性 熱強性是指金屬熱強性是指金屬在高溫下的強度在高溫下的強度. 指標(biāo)為蠕變強度指標(biāo)為蠕變強度和持久強度。和持久強度。 蠕變指金屬在高蠕變指金屬在高溫低于溫低于s的應(yīng)力的應(yīng)力下所發(fā)生的極其下所發(fā)生的極其緩慢的塑性變形緩慢的塑性變形. 蠕變強度蠕變強度：材料在

12、高溫長期載荷下對緩慢塑性變形材料在高溫長期載荷下對緩慢塑性變形（即蠕變）的抗力；（即蠕變）的抗力；以以 表示表示700700下經(jīng)下經(jīng)1000h1000h產(chǎn)產(chǎn) 生生0.2%0.2%殘余變形量的最大應(yīng)力。殘余變形量的最大應(yīng)力。 持久強度：持久強度：材料在高溫長期載荷下對斷裂的抗力材料在高溫長期載荷下對斷裂的抗力； 以以 表示在表示在500500下經(jīng)下經(jīng)10000h10000h發(fā)生斷裂的應(yīng)力值。發(fā)生斷裂的應(yīng)力值。持久壽命：持久壽命：表示材料在規(guī)定溫度和規(guī)定應(yīng)力作用下拉表示材料在規(guī)定溫度和規(guī)定應(yīng)力作用下拉 斷的時間。斷的時間。q 耐熱鋼的高溫強度指標(biāo)耐熱鋼的高溫強度指標(biāo)7001000/2 . 0500

13、10000 提高高溫強度的途徑提高高溫強度的途徑: 固溶強化；固溶強化； 析出強化；析出強化； 晶界強化晶界強化(加入加入B、Zr等降低晶界能量等降低晶界能量)高溫合金中的高溫合金中的 析出相析出相高溫合金中的彎曲晶界高溫合金中的彎曲晶界裂紋中止于晶界顆粒狀析出物裂紋中止于晶界顆粒狀析出物渦輪機機殼渦輪機機殼鋼制法蘭鋼制法蘭 常用耐熱鋼常用耐熱鋼 1、珠光體耐熱鋼、珠光體耐熱鋼 常用鋼號為常用鋼號為15CrMo、12CrMoV，是低合金，是低合金鋼。鋼。 合金元素作用：合金元素作用： Cr提高抗氧化性；提高抗氧化性； Mo提高熱強性提高熱強性; V彌散強化。彌散強化。 熱處理：熱處理： 正火正

14、火+高溫回火高溫回火 組織組織: F+P l 用途：用途：600以下的鍋爐零件以下的鍋爐零件,壓力容器，熱交壓力容器，熱交換器等。換器等。 煙管式鍋爐煙管式鍋爐鍋爐管鍋爐管Cr12型型(1Cr12WMoV)、Cr13型型(1Crl3、2Cr13)；含有大量含有大量 Cr，抗氧化性及熱強性高，淬透性好；，抗氧化性及熱強性高，淬透性好；多用于制造多用于制造 600以下受力較大零件，如汽輪機葉以下受力較大零件，如汽輪機葉片等，多在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下使用。片等，多在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下使用。CrSi鋼（鋼（4Cr9Si2、4Cr10Si2Mo）Cr、Si：提高抗氧化性：提高抗氧化性Mo：提高高溫強度和避免回火脆性：提高高溫強度和避免回火脆性C量量0.4%：獲得高硬度和耐磨性：獲得高硬度和耐磨性應(yīng)用：應(yīng)用：700-750的汽車發(fā)動機、柴油機的排氣閥的汽車發(fā)動機、柴油機的排氣閥2、馬氏體耐熱鋼、馬氏體耐熱鋼汽輪機葉片汽輪機葉片汽車閥門汽車閥門鍋爐安全泄壓鍋爐安全泄壓閥閥(2Cr13) 用途：用途：1Cr13、1Cr11MoV用于用于550以下以下汽輪機葉片；汽輪機葉片；4Cr9Si2是是汽車閥門用