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高合金耐热钢的性质和和各成分对性质的影响
发表于:2020-04-18 21:18:53

 高温合金可分为镍基高温合金、钴基高温合金、铁基高温合金、镍铁高温合金。在这几种合金中,镍基合金最为复杂,使用的温度也是最高的,在受热部件应用上应用最为广泛,也是研宄最多的一类高温合金。钴基高温合金、铁基高温合金、镍铁高温合金,虽然研宄不是很多,但是由于其结构简单,基体组织成分和性质比较单一,所以相对而言,其研宄成果少,但是变化不大。从另一角度而言,涉及本论文这么高的镍、铬含量的高合金钢,这方面研宄在我国文献资料研宄中是很少的。


 如果从微观角度而言,应从材质UNS 08811着手,高温合金的性质由不同组织类型的不锈钢在舍夫勒图中的位置,材质UNS 08811中,根据计算:铬当量=%Cr+%Mo+1.5× %Si+0.5× %Nb=20.26+0+1.5× 0.27+0.5×0=20.66 , 镍当量=%Ni+30× %C+0.5x%Mn=31.13+30× 0.08+0.5× 0.96=34.01 。从舍夫勒图中,可以看出材质UNS 08811的组织状态是奥氏体形式存在。


 高合金耐热钢通常是指以铬镍元素为基,为承受相当严酷的机械应力和常常要求具有良好表面稳定性的环境下进行高温服役,而研制的一种合金,常简称为高合金耐热钢,它是耐热钢的一种。高温合金大多隶属于奥氏体耐热钢。与其他种类的大量工业冶金材料相比,高合金耐热钢被应用于跟接近与其实际熔点的温度。高合金耐热一般用于蒸汽锅炉、蒸汽轮机、燃气涡轮、潜水艇、喷气发动机以及火箭,原子能装置的构件和零件,以及石油化工设备。这些合金构件在600℃-1100℃条件下工作,与髙温空气、蒸汽和燃气在静载、疲劳或冲击条件相互接触,表面要发生高温氧化或腐蚀破坏。高合金耐热钢要在高温下承受各种负荷力的作用,具备优良的的热稳定性和热强性。其中高合金耐热钢在高温下抗氧化和抗高温介质腐蚀的能力称其为热稳定性,而在高温和载荷长时间作用下抵抗蠕变和断裂的能力称其成为高温耐热钢的热强性。一般高温耐热钢的热稳定性由单位时间内、单位面积上氧化物重量的增减量来量度,我们可以通过控制金属表面的氧化膜的致密牢固程度来提高金属的热稳定性。而高温耐热钢的热强性由蠕变极限和持久强度来量度,取决于原子的结合力和钢的组织结构状态有关。如果通过往基体钢中加入合金元素形成固溶体?,或者通过热处理和形变热处理,取得合适晶粒大小,促进碳化物的弥散分布,调整基体和强化相成分,细化基体亚结构等,都有助于提高钢的热强性。


 高温合金钢的强化都隶属于奥氏体高温合金固溶强化,这不仅与基体奥氏体结构和性能有关,同时也与热处理或形变热处理等对材料的强度、蠕变和疲劳性能影响有关。工业用的高温合金钢通过加入不同的成分,并同时在不同的条件下进行固溶处理,可以形成不同组织成分,也可以改进钢种的表面性能。例如:


 1.  加入铬、铝、硅,可以生成致密的氧化膜组织Cr2O3、Al2O3、FeO、FeOAl2O3、FeOSiO4等,阻止铁离子和氧原子的扩散,同时提高氧化铁形成温度,因而使钢具有抗氧化性。


 2. 加入镍,30%以上的镍元素在铁碳相图中可以扩大Y相区,在常温下可以形成奥氏体,改善工艺性能,提高热强性。


 3. 加入钨、钼、铬、锰、钒、钛、铌等强化元素,钢能形成各种性能碳化物或金属件化合物的沉淀相。例如Mo2C、V4C3、VC、Nb 可以与基体形成共格可或半共格的结构,阻碍位错的扩展,以致于提高基体热强效果。如果在晶界加入活泼元素等钛、锆、铌,可以填充晶界空位,阻碍晶界原子的扩散,提高蠕变性能,同时还具有与磷、硫等低熔点杂质形成稳定的难溶化合物。


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