至德钢业对我国耐热钢的发展及现状分析

  耐热钢是指在260℃～1200℃之间使用，具有抗高温氧化性能，抗高温腐蚀性和很好的室温、高温力学性能的钢。随着科学技术的发展以及对耐高温材料的研究，越来越多的耐高温合金应用到了高温能源系统。在燃气轮机，热交换器，航空发动机，反应堆包壳中使用，对有关机械零部件的在高温下的使用性能要求越来越高。如火电厂的蒸汽锅炉，热交换系统，航天发动机的压气机，燃烧室，涡轮以及航海蒸汽系统、石油的冶炼加工和化工的高温工作部件，他们都在高温下承受各种载荷，如拉伸、弯曲、扭转、疲劳和冲击等。此外，它们还与高温蒸汽、空气或燃气接触，表面发生高温氧化或气体腐蚀。在高温下工作，合金将会发生原子扩散过程，引起组织转变，这是高温使用零件和常温使用零件最根本的区别之处。因为在高温下应用，所以对这些零部件的技术要求比较高。对于构件的选择及使用温度我们要根据材料与熔点之间的关系选择合适的材料，一般情况下，高温合金的使用温度为该合金的（0.3~0.5）熔点℃以上温度。通过上面的公式，我们可以根据它的熔点确定每一种合金高温使用温度，在它的合理温度范围内进行使用，我们可以确定铁基、钴基和镍基合金最好是在1000℃以下使用，1000℃以上使用难熔金属钨、钽、钼、铌等形成的合金，温度范围为1100～3320℃。

   一般情况下，耐热钢的选择就要符合以下的基本要求：

  1. 足够的化学稳定性,高温下工作的构件可能会接触到不同的气体，在高温下，具有氧化性和破坏性的气体很活泼，而金属材料在高温下活动性也比较高，当它们发生接触，气体和合金很快就会发生反应，把起保护作用的保护膜破坏掉，这样金属零件就会失效。

  2. 优异的、综合的高温力学性能,高温构件往往会承受各种载荷，如：自重、拉压、弯曲、扭转、恒载和交变载荷，从而使构件产生与时间有关的变形和断裂，所以高温工作的材料必须具有优良的抗高温蠕变断裂性能等。

  3. 良好的制造性能,高温金属材料化学成分设计复杂，控制严格，构件形状往往也很复杂，其性能特征也很独特。为他们的制造加工带来了很多的困难。所以，高温金属材料应该具有良好的熔炼、变形机械加工、热处理、焊接等性能。

  4. 适当的经济可行性,高温金属材料的化学成分中含有大量的贵重金属元素，而且这些贵重的金属元素冶炼制备成本很高。选择高温材料时，根据使用环境和要求，在正常发挥它的使用性能和足够长的使用年限以外，我们要考虑材料的制备费用，设备情况，材料的可替代性，安全等，全面考虑其使用的可行性。

    20世纪初，人们在单质镍中加入一定量的铬元素，改善其在高温下的综合性能。20世纪30年代，把少量的铝元素和钛元素加入到80Ni-20Cr当中，发现该合金的蠕变强度有了显著的改善，紧接着把铬、钛等元素加入到铁基和钴基合金中，与镍基合金相比达到了同样的效果。在原有的合金基础上，加入B、Zr元素能够起到强化晶界的作用。1950年左右，含5%Mo的合金，含2%Nb的合金都已经研究制备出。在1960年，为了提高耐热合金的使用温度，在镍基合金中加入钨、钼、钴等难熔金属元素。当人们在元素的加入方面都进行了实验以后，开始考虑耐高温合金的制备方法。1970年之前，一般通过铸造和锻造方法制造耐高温合金，发展出了定向凝固，单晶体制备，粉末冶金等方法。1956年开始我们国家就开始尝试制备高温合金，起初在燃气轮机上得到实际应用，至今60多年。高温合金的使用温度，从当初的650℃发展到今天的1200℃左右。从最早使用的铁基高温合金(亦即耐热钢)、钴基合金，到后来又开发出被誉为“发动机心脏”的镍基高温合金，这三不同的合金，镍基高温合金是目前使用最为广泛、使用温度最高的合金材料。在制造工艺上，定向凝固技术，快速凝固技术，粉末冶金，机械合金化等工艺都应用于高温合金的制备，使其性能不断提高。在大量的应用当中，高温合金在喷气发动机及燃气轮机中的应用最引人注目。由于内燃机的热效率在很大程度上决定于燃气进口温度与出口温度之差，该值越大，热效率越高。热效率若增高1％，其节能和提高功率的意义也是非凡的。燃烧温度的提高，受制于材料的耐热温度，这是人们一直在寻求提高高温合金使用温度的根本原因之一。随着材料的进步以及冷却技术及制备技术的提高，祸轮温度已从50年代的800℃发展到1400℃左右，这也是高温合金使用温度最高、效果最显著的领域之一。热效率也相应地从20％升高到30％。