高温下对耐热钢的基本要求及治炼、加工工艺特点有哪些

 实践证明，耐热钢和高温合金的成分和杂质含量与其性能有密切的关系，而它们的成分和杂质含量与其冶炼工艺息息相关。因此，选择正确的冶炼工艺是保证耐热钢和高温合金具有高性能的重要手段。而以后的材料加工工艺也对它们的性能有着极其重要的影响。因此，必须简要的介绍一下耐热钢和高温合金的冶炼、加工工艺方法。实践中，对高温下工作的工程结构材料的要求十分苛刻，概括起来的主要要求是：

1. 优异的、综合性的高温力学性能

   
   

   也就是说要求材料具有优异的抗蠕变性能，足够的高温持久强度，良好的高温疲劳性能，适当的高温塑性等，以保证金属材料在服役期间内安全工作，具备应有的使用寿命。

   2. 在相应的工作环境中具有良好的耐高温腐蚀性能

   也就是说，在受力和不受力的高温工作环境中，能耐高温氧化、高温硫化，或耐混合气氛中的高温腐蚀等性能。能达到实际要求的使用寿命，保证不因高温腐蚀而使材料遭受破坏。

  3. 高温下使用的材料应具有足够好的冶炼加工等工艺性能

  高温下工作部件的形状往往十分复杂，对所使用材料的化学成分的要求也十分严格，因此要求这些材料具有良好的冶炼加工性能以及足够好的铸造、锻造、焊接、机加工性能等，以保证能获得实际工程中所需要的工程部件和设备。

 4. 适宜的经济可行性

  即在选材时，除应注意到材料的寿命外，还必须兼顾到材料的成本、加工制造部件或设备的成本、部件的可更换性、安全可靠性等因素，全面地衡量经济的可行性。上述对高温下使用材料的基本要求在具体工程中必须进行综合考虑特别是在设计选材时要全面考虑。

一、冶炼工艺 

  除部分低合金珠光体耐热钢外，大部分耐热钢和高温合金都在电弧炉或在感应电炉中熔炼的。为了进一步的提高它们的质量，降低杂质和气体的含量，许多耐热钢，特别是高温合金采用真空熔炼浇注、电渣重熔、区域熔炼、炉外精炼等方法冶炼。表1.1中列出了几种冶炼工艺特点的比较。可根据耐热钢和高温合金的具体要求选择合适的冶炼工艺。

二、铸造

  珠光体型耐热钢具有良好的铸造性能，可用于生产所需的铸造部件。高合金耐热钢及高温合金多采用精密铸造生产所需的铸件，如铁基和钻基合金铸造的涡轮叶片、增压器和涡轮等[]。鉴于这类材料的冷、热加工工艺性能都很差，为消除高温下晶界的弱化现象，发展出了定向结晶法、单晶法，这可以与合金的成分设计相配合，采用定向共晶来强化合金。为使单相的铁素体钢、奥氏体钢和合金获得合适的初次晶粒度，只能在冶炼浇注时加入能细化晶粒的元素、铸型表面晶粒细化剂以及选择合金相应的凝固条件。

三、塑性变形加工

 珠光体型耐热钢具有较好的塑性形变性能，可轧制、锻造成各种型材。铁素体型耐热钢可获得缺陷较少的钢锭，压力加工工艺性能也好。由于它有晶粒长大的倾向，铸造时加热的上限温度必须严格控制。奥氏体-铁素体双相钢的塑性加工工艺性能较差，加工时易出现裂纹。奥氏体钢和合金的铸锭易产生诸如穿晶的柱状组织，偏析带过大和品粒粗大等缺陷。由于奥氏体钢和合金的导热性差，膨胀系数大，热加工加热时需缓慢加热，否则可能引起内部裂纹。还需指出，耐热钢和高温合金的热塑性变形抗力大，模锻叶片和涡轮盘要求有较高的模锻温度，且模锻温度范围较窄。

四、热处理

 耐热钢和高温合金的组织、性能与热处理工艺有着密切的关系，通过适宜的热处理工艺，可充分发挥材料的潜力。珠光体耐热钢通常在正火或调质状态下使用，马氏体耐热钢多采用调质处理。正火或调质的目的是为了获得稳定的组织，良好的综合力学性能和高温强度。铁素体型耐热钢不能通过热处理强化，只在750-950℃下进行退火处理，退火后需快速冷却以避免475℃脆性。奥氏体钢和合金按其加工特点可分为冷变形、热变形和铸造三种合金。冷变形合金在固溶化状态或稳定化状态使用。退火是为了稳定组织和消除冷作硬化和焊接应力。热变形合金在沉淀硬化（固溶处理+时效）状态使用。铸造合金一般在铸造状态或固溶状态使用，也有在沉淀强化状态下使用的。固溶处理的主要有两个目的：一是使合金的各种相能充分固溶于固溶体中，获得强化的固溶体；二是得到适宜的晶粒度。时效的目的是为了使过饱和的固溶体析出弥散的强化相，达到弥散强化的效果。

五、焊接加工

 珠光体型耐热钢的焊接性能良好，但要按规定选择焊条与焊接工艺，避免在焊缝和热影响区产生淬硬性组织。马氏体耐热钢的焊接性能较差，有强烈的淬硬性倾向，焊后的残余应力也较大，为避免裂纹的产生，一般焊前要预热。随着冶金技术的发展，已获得超纯和高纯铁素体耐热钢，大大提高了它们的塑性及可焊性。奥氏体耐热钢和合金具有较好的塑性，对氢脆不敏感，焊接性能也较好，焊前一般不需要预热，焊后可不进行热处理。

六、机加工工艺

 珠光体耐热钢有较好的切削性能。高合金耐热钢和合金的切削性能较差，镍基和钻基高温合金的切削性能更差。一般来说，合金的含碳量越高，合金中能形成Y相的铝、钛、锯等元素和钼、钨等强化元素的含量越高，其切削性能越差。因此，在选用耐热钢和高温合金时，必须注意其机加工性能及工艺。