耐热钢的高温性能分析介绍

耐热钢的高温性能主要表现在以下几点：

一、抗氧化性  

  若在钢的表面形成一层致密的保护膜，那钢材就具有很好的抗氧化性。耐热钢中常用铬、铝、硅等合金元素来提高钢材的抗氧化能力，这些合金元素可以形成致密完整的氧化膜Cr₂O₃、Al₂O₃及SiO₂等。一般在钢中加人Cr≥18%即可使钢在1000℃~1100℃耐氧化；加入3%~4%的铝可使钢在900℃耐氧化；加入2%~3%的硅可使钢在900℃~1000℃耐氧化。

二、热强性 

 热强性就是指在高温下长时间工作时，钢材对断裂的抗力（即持久强度）；或者在高温下长时间工作时，钢材对塑性变形的抗力（即蠕变抗力）。提高钢材的热强性有3条途径：

  a. 固溶强化 

   把钼、钨等合金元素固溶到钢材的基体中，以提高原子间的结合力。

  b. 第二相强化 

   强化相的熔点越高，化学成分和点阵结构越复杂，稳定性就越高。对于常用的奥氏体热强钢，主要以碳化物（MC、M6C或M23C6)作为强化相的第二相。因此，为了提高热强性，希望适当提高含碳量，并同时加人铌、钒等强碳化物形成元素。

  c. 晶界强化

   通过控制晶粒度（一般希望为3~4级晶粒度）、加入硼及稀土等微量元素等方法强化晶界，以减小高温下晶界的滑动。

三、高温脆化 

 耐热钢在热加工过程中或在高温下长期工作时可能产生脆化现象。脆化有以下几种：

  1. 马氏体钢的回火脆性 

    例如，Cr13钢在550℃附近的回火脆性。因此在焊接前后的热处理过程中，应当注意钢材性能的变化。

  2. 铁素体钢的晶粒长大脆化

   由于铁素体钢加热时没有相变发生，所以晶粒长大现象也不可能通过热处理来改善。

 3. 奥氏体钢析出相脆化 

   奥氏体钢晶界析出碳化物相的脆化。

 4. 475℃脆性 

   它主要出现于含铬量大于15%的铁素体钢中。在350℃-550℃较长时间加热并缓冷时就出现这种脆化现象。因为在475℃附近最容易出现，所以称为475℃脆性。关于这种脆性的产生机理，目前尚无统一的认识。已经产生475℃脆性的钢，经过600℃~700℃加热，保温一小时后空冷，可以恢复原有性能。

5. σ相脆化 

  σ相是富铬的金属间化合物，其成分可变，质硬而脆，没有磁性。一般认为，在500℃~900℃长时间加热有利于σ相的形成。由于σ相的形成过程本质尚待进一步研究，因此主要应该了解生产实际中产生σ相的规律及其消除措施。σ相可能由铁素体产生，也可能由奥氏体直接产生，或由奥氏体转变而成。实践表明，存在铁素体相时，特别有利于σ相的形成，这是因为铁素体相富铬并且利于铬的扩散，而且凡是铁素体形成元素都能加速σ相的析出，其中以铬、钼、硅、钛、铌等元素的影响较为强烈，而奥氏体形成元素镍等可阻止 σ相析出。

  σ 相本身硬度高达HRC68以上，而且多半分布在晶界，这样，不但降低材料的塑性和韧性，而且增大了晶间腐蚀的倾向。例如，2520不锈钢在700℃温度下工作14个月以后，由于σ相析出而变脆，而后发生了破坏。加热温度提高到超出σ相稳定存在的上限温度时，σ相可以重新溶入到固溶体中。18-8钢的σ相稳定存在的上限温度在700℃左右，25-20钢则在980℃左右。

  根据上述σ相的析出规律，应当采取的防止措施是：控制焊缝金属的化学成分，适当减少铁素体形成元素的含量，适当增加碳、锰、镍的含量。焊件焊后进行固溶处理，可使σ相溶解。为消除在高温工作过程中形成的σ相，设备每工作一段时间之后，瞬时提高工作温度至900℃~1000℃,待σ相溶解后，再降至正常工作温度使用。