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(gang)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、馬氏體和奧氏體不銹鋼,它們具有下列特點。
①. 保證抗氧化性(xing)能需較高含鉻量以形成致(zhi)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. 保證熱(re)強(qiang)要(yao)求的(de)措施
a. 增Ni以(yi)得(de)到(dao)穩(wen)定的奧氏(shi)體組織,利(li)用Mo、W固溶(rong)強化,提高原(yuan)子間(jian)結合力。但加(jia)Mo對抗氧化性不利(li)。
b. 形成碳化物(wu)(MC、M23C6)為主的第二相,為此應適當(dang)提高含碳量。
c. 加入(ru)微量硼(peng)或稀土等以控(kong)制晶(jing)粒(li)度并強化晶(jing)界,如耐熱奧氏體(ti)不銹鋼06Cr15Ni25Ti2MoAlVB。
③. 高溫脆化問題
耐熱不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)在(zai)(zai)(zai)熱加工或(huo)高(gao)溫(wen)下長(chang)期工作時會產生(sheng)各種脆(cui)化(hua)現象(xiang),如06Cr13(0Cr13)鋼(gang)(gang)(gang)在(zai)(zai)(zai)550℃左右的(de)回火脆(cui)性(xing),高(gao)鉻鐵素(su)體(ti)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)晶(jing)粒長(chang)大(da)脆(cui)化(hua),奧氏體(ti)鋼(gang)(gang)(gang)沿晶(jing)界析出(chu)碳化(hua)物造成(cheng)的(de)脆(cui)化(hua)以及鐵素(su)體(ti)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)475℃脆(cui)性(xing)、850℃附(fu)近的(de)。相(xiang)析出(chu)脆(cui)化(hua),甚至(zhi)高(gao)Cr-Ni奧氏體(ti)鋼(gang)(gang)(gang)(如25-20)也(ye)有。相(xiang)析出(chu)脆(cui)化(hua)問題。耐熱鋼(gang)(gang)(gang)在(zai)(zai)(zai)高(gao)溫(wen)使用過(guo)程中要考慮(lv)到長(chang)期高(gao)溫(wen)工作時可能產生(sheng)的(de)脆(cui)化(hua)現象(xiang)和高(gao)溫(wen)疲勞破壞。疲勞破壞一(yi)般由表層(ceng)或(huo)者(zhe)表面下某些(xie)缺陷形成(cheng)裂紋(wen),裂紋(wen)在(zai)(zai)(zai)交變載荷(he)作用下,逐漸擴大(da),直至(zhi)斷裂。
不銹鋼(gang)的(de)主要(yao)合金元(yuan)素對耐(nai)(nai)熱性能的(de)影(ying)響將在(zai)本(ben)章(zhang)第4節予以介紹(shao)(表(biao)1-13)。表(biao)1-11列出了(le)幾種耐(nai)(nai)熱鋼(gang)適用溫度范圍及主要(yao)用途。
在(zai)較(jiao)低溫(wen)度(du)下,疲(pi)勞裂紋是(shi)穿晶的(de),而在(zai)高溫(wen)下的(de)疲(pi)勞裂紋是(shi)沿晶間發展的(de)。