工程材料特殊性能钢

1、第五节 特殊性能钢 特殊性能钢特殊性能钢是是指具有特殊物理 、化学性能的钢。 本节只介绍不锈钢和耐热钢。 化学腐蚀是指金属在非电解质中的腐蚀。 电化学腐蚀是指金属在电解质溶液中的腐蚀 ，是有电流参与作用的腐蚀。 一、不锈钢 在腐蚀介质中具有耐蚀性能的钢。 金属的腐蚀 金属的腐蚀分化学腐蚀和电化学腐蚀。 电化学腐蚀条件: 1)电极电位不同的两 个电极; 2)存在电解质溶液; 3)两个电极连通. 满足上述条件就构 成了腐蚀微电池. 金属材料中微电池: 金属材料防止电化学腐蚀的措施： 获得均匀的单相组织-加Ni 提高合金的电极电位-加Cr 使表面形成致密的钝化膜。 其它方法: 涂料、阴极保护、外加电流保护等 不锈钢中合金元素的作用 1、低碳：碳高，则降低耐蚀性 2、Cr:是提高耐蚀性的主要元素 形成稳定致密的Cr2O3氧化膜 . 提高基体电极电位(n/8规律) 3、Ni:获得单相奥氏体组织。 4、Mo:耐有机酸腐蚀。 5、Ti,Nb防止奥氏体钢晶间腐蚀 常用不锈钢 1、马氏体不锈钢 主要是Cr13型不锈钢 钢号为1Cr134Cr13 随含碳量提高，强度、硬度 提高，耐蚀性下降。 1Cr13、

2、2Cr13 热处理: 淬火+高温回火 使用状态下的组织: S回 不锈钢棒 1Cr13、2Cr13具有 耐大气、蒸汽腐蚀 能力及良好的综合 力学性能。 用于要求塑韧性较 高的耐蚀件，如汽 轮机叶片等。 汽轮机叶片 透平转轮 3Cr13、4Cr13 热处理：淬火+低温回火。 使用状态下的组织：M回。 具有较高强度、硬度。 用于要求耐蚀、耐磨件，医疗 器械、量具等。 医疗器械 不锈钢刀 牌号HT 组织应用举例 1Cr13 2Cr13 1050淬 700 回 回S快艇艉轴、汽 轮机叶片 3Cr131050淬 500 回 回T弹性器械 （如弹簧） 4Cr131050淬 250 回 回M刃具、轴承 1Cr17削片刀 铁素体不锈钢水加热器 2、铁素体不锈钢 典型钢号如0Cr13、 1Cr17等。 成分：高铬低碳 l 无相变，不 能进行热处理强化。 l 组织：单相铁素体 性能特点 耐酸蚀，抗氧化能力强，塑性好。但有脆 化倾向: 475脆化：加热到450550停留，产生 脆化。再加热到600快冷可消除。 n 相脆化： n 在600 800长期加热时，析出硬而脆的相。 用途 广泛用于硝酸和氮肥工业的耐蚀件

3、。 硝酸生产装置 铁素体不 锈钢制品 3、奥氏体不锈钢 主要是18-8（18Cr-8Ni）型不锈钢。 成分特点: Cr提高基体电极电位 Ni扩大奥氏体区,形成单相组织. 组织为单相奥氏体。 性能特点：具有良好的耐蚀性，冷热加工性 及可焊性。高的塑韧性,无磁性。 不锈钢的晶间腐蚀: 晶间腐蚀是沿晶界发生腐蚀的现象，危害很大。 原因: 在晶界析出Cr23C6，使晶界附近Cr含量降 到12%以下，在介质作用下发生强烈腐蚀。介质作用下发生强烈腐蚀。 防止晶间腐蚀的措施: 1)进一步降低含碳量, C0.08%-0Cr18Ni9 C0.03%-00Cr18Ni9 2)加 Ti、Nb定碳, 使Ti、Nb优先与C形成碳化物, 避免晶界贫Cr-1Cr18Ni9Ti 应力腐蚀: 奥氏体不锈钢易发生应力腐蚀。即在特定合金-环 境体系中，应力与腐蚀共同作用引起的破坏。应力 腐蚀易在含Cl的介质中发生，裂纹为树枝状。 发生应力腐蚀奥氏 体不锈钢管道内壁 应力腐蚀裂纹 热处理 固溶处理: 加热到1100使碳化物溶解后水冷。 稳定化处理: 主要用于含Ti、Nb的不锈钢。850 880使铬的碳化物溶解, Ti、Nb碳

4、化物保留. 消除残余应力 : 300350消除冷加工应力; 850 消除焊接残余应力. 常用钢种及应用: 1Cr18Ni9、0Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti 1Cr18Ni9Ti-潜艇的声纳导流罩 0Cr18Ni9-一般管路 钢的耐热性包括高温抗 氧化性和高温热强性。 性能要求 1、抗氧化性/热稳定性 指钢在高温下对氧化作用的抗力 . FeO疏松多孔,易剥离, 钢中加入 Cr、Si、Al可形成致密、稳定 的合金氧化膜，阻碍氧进一步 扩散，提高抗氧化性。 二、耐热钢 气轮机叶 片 2、高的热强性 热强性是指金属在高温下的强度，与温度 和时间有关。 指标为蠕变强度和持久强度。 蠕变指金属在高温低于s的应力下所发生 的极其缓慢的塑性变形。 蠕变极限:是指在一定温度下，在一定时间内， 产生一定量变形，材料所能承受的最大应力。 表示在600 ，1000小时内，引起0.1%变 形量所能承受的最大应力是88MPa. 持久强度:是指在一定温度下,在规定时间内材料 断裂所能承受的最大应力. 表示是60MPa在 800 ,约100小时所能承 受的最大断裂应力为186MPa. 3、提高高温强度的途径:

5、 固溶强化; 析出强化； 晶界强化: 1)净化晶界 2)填充晶界 加入B、Zr等降低晶 界能量. T 晶界 晶内 T0 常用耐热钢 1、珠光体耐热钢 常用钢号为15CrMo、 12Cr1MoV，是低合 金钢。 合金元素作用： Cr提高抗氧化性； Mo提高热强性(T再)； V弥散强化。 涡轮机机壳 锅炉管 热处理： 正火+高温回火 组织: F+P 用途：600以下的锅炉零件,压力容器 ，热交换器等。 2、马氏体耐热钢 常用钢号为1Cr13、 1Cr11MoV、4Cr9Si2等 合金元素作用： Cr、Si提高抗氧化性； Mo提高热强性(T再)； V弥散强化。 热处理：调质。 组织： S回。 汽轮机叶片 汽车阀门 用途：1Cr13、1Cr11MoV 用于550以下汽轮机叶片； 4Cr9Si2是汽车阀门用钢。 过热器管排 过热器集箱 3、奥氏体耐热钢 最典型钢号是1Cr18Ni9Ti。 Cr的作用是提高抗氧化性； Ni的作用是获得单相奥氏体； Ti的作用是弥散强化。 热处理采用固溶处理 组织为单相A。 主要用于过热器管道等。 (三)常用耐热合金-镍基合金、钴基合金 Ni基合金： Cr20Ni8

6、0合元W、Mo、Co等 制成 强化机理：固溶强化 析出强化 使用温度： 9001000 牌号、应用 应用-燃气轮机叶片、燃烧室 牌号-GHxxxx、Kxxx 钢钢 号钢钢 种合金元素的主要作用热处热处 理特点使用状态态下组织组织 Q345 低合金高强 度结结构钢钢 Mn:强化F，增加P量，降 低冷脆转变转变 温度 热轧热轧 空冷F+P 65Mn弹弹簧钢钢Mn:提高淬透性，强化F淬火+中温回火T回 ZGMn13耐磨钢钢Mn:获获得单单相A组织组织水韧处韧处 理表:M+碳化物 心:A 20Cr渗碳钢钢Cr:提高淬透性，强化F 渗碳+淬火+低 温回火 表: M回+颗颗粒状碳化物+A心 : M回+F 40Cr调质钢调质钢Cr:提高淬透性，强化F调质处调质处 理S回 9SiCr 低合金工具钢钢Cr:提高淬透性淬火+低温回火 M回+颗颗粒状碳化物+A ( 少量) GCr15滚动轴滚动轴 承钢钢 Cr:提高淬透性，耐磨性 、耐蚀蚀性 淬火+低温回火 M回+颗颗粒状碳化物+A ( 少量) 1Cr13 马马氏体不锈钢锈钢Cr:提高耐蚀蚀性淬火+高温回火S回 5CrNiMo热热作模具钢钢Cr、Ni:提高淬透性，强化F淬火+高温回火S回 Mo:防止高温回火脆性 Cr12MoV冷作模具钢钢 Mo:细细化晶粒，提高耐磨性淬火+低温回火 M回+颗颗粒状碳化物+A ( 少量) W18Cr4V高速钢钢V:提高耐磨性、热热硬性淬火+低温回火 M回+颗颗粒状碳化物+A ( 少量) 1Cr18Ni9Ti不锈钢锈钢Ti:防止晶间间腐蚀蚀固溶处处理A 小结 金属腐蚀的一般概念、提高金属耐蚀性的措施 常用不锈钢的牌号、合金元素的作用、性能特 点及用途 耐热性的一般概念、提高耐热性的途径 常用耐热钢的牌号、合金元素的作用、性能特 点及用途 作业：P180 26

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