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(kang)氧化性能需較高含鉻量以(yi)形成致密氧化膜(mo)
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(zheng)熱強要(yao)求的措施
a. 增Ni以得到穩定(ding)的(de)奧氏體組織,利用Mo、W固溶強化(hua),提(ti)高原子間結合(he)力。但加Mo對抗氧化(hua)性不(bu)利。
b. 形成(cheng)碳化(hua)物(MC、M23C6)為主(zhu)的(de)第二相,為此應(ying)適當提高含碳量。
c. 加入(ru)微(wei)量(liang)硼或稀土(tu)等以(yi)控制(zhi)晶粒度并(bing)強(qiang)化晶界,如耐熱奧氏體不銹鋼(gang)06Cr15Ni25Ti2MoAlVB。
③. 高溫脆化問題
耐(nai)熱不(bu)銹鋼(gang)在(zai)熱加工或高(gao)溫下(xia)長期工作(zuo)時會產生(sheng)各(ge)種脆(cui)化(hua)現(xian)象,如(ru)06Cr13(0Cr13)鋼(gang)在(zai)550℃左(zuo)右的(de)回火脆(cui)性(xing),高(gao)鉻鐵(tie)素體鋼(gang)的(de)晶(jing)(jing)粒長大脆(cui)化(hua),奧氏(shi)體鋼(gang)沿晶(jing)(jing)界(jie)析出碳(tan)化(hua)物造成(cheng)的(de)脆(cui)化(hua)以及鐵(tie)素體鋼(gang)的(de)475℃脆(cui)性(xing)、850℃附近的(de)。相析出脆(cui)化(hua),甚至(zhi)高(gao)Cr-Ni奧氏(shi)體鋼(gang)(如(ru)25-20)也有。相析出脆(cui)化(hua)問題。耐(nai)熱鋼(gang)在(zai)高(gao)溫使用過(guo)程中要考慮到長期高(gao)溫工作(zuo)時可能產生(sheng)的(de)脆(cui)化(hua)現(xian)象和高(gao)溫疲(pi)勞(lao)破(po)壞(huai)。疲(pi)勞(lao)破(po)壞(huai)一般由表(biao)層或者表(biao)面下(xia)某些缺陷形成(cheng)裂紋,裂紋在(zai)交變載荷(he)作(zuo)用下(xia),逐漸(jian)擴大,直至(zhi)斷(duan)裂。
不銹鋼(gang)的(de)(de)主要合(he)金元素(su)對耐熱(re)(re)性能的(de)(de)影響(xiang)將在(zai)本章第(di)4節予(yu)以(yi)介紹(表1-13)。表1-11列出(chu)了幾種耐熱(re)(re)鋼(gang)適用溫度范(fan)圍(wei)及主要用途。
在較低溫度(du)下,疲勞(lao)裂紋(wen)是穿晶的(de),而在高溫下的(de)疲勞(lao)裂紋(wen)是沿晶間(jian)發展(zhan)的(de)。