850摄氏度以下耐热合金应用领域

耐热合金的耐碳化腐蚀性能

850摄氏度以下：热钢和一种耐热合金的耐碳化腐蚀性能。分析了渗碳对五种耐热材料力学性能的影响。由于材料中含有很高的Cr和Ni。同时存在Si，五种材料在900、950℃渗碳100 h后，渗碳层很薄，对力学性能的影响小。

应用领域：石油化工、炉气转化或热处理巾经常使用耐热铸钢与合金的零部件、容器及炉管等．处于高温CO或CH4等含碳气氛中，它们与碳的反应过程称为耐热钢和合金的碳腐蚀或碳化。例如，当燃料燃烧不充分时。可能在零件表面产生积碳现象，也可以产生碳化。碳原子与合金中的铬形成碳化铬，而碳化铬附近贫铬区町能发生严重氧化。发生碳化反应，导致内碳化物形成。随气体碳活度不同，碳化物分别是C场C。和M7C3，铬含量高的合金，还生成Cr3C2，这将会使合金性能发生变化11-2】。在渗碳气氛的高温条件下。耐热钢或合金与碳氧化物或含碳气氛发生反应。首先发生碳的吸附，然后扩散到合金内部。大部分活性合金元素(铬、铌、钛)形成碳化物在钢中基体和晶界处析出，通常效果是降低塑性。

抗渗碳能力取决于合金中铬的含量。增加铬降低渗碳反应。在碳一氧环境巾。含铬合金表面形成Cr：0，氧化层，可降低碳的溶解度和扩散速度。另外。硅、钛、铌也阻碍渗碳．同时提高镍含量也有利于抗渗碳。

该合金能耐很多腐蚀介质腐蚀。其较高的镍含量使其在水性腐蚀条件具有很好的抗应力腐蚀开裂性能。高铬含量使之具有更好的耐点腐蚀和缝隙腐蚀开裂性能。该合金具有很好的耐硝酸、有机酸腐蚀性，但是在硫酸和盐酸中的耐腐蚀性有限。除了在卤化物有可能发生点腐蚀外，在氧化性和非氧化性盐中有很好的耐腐蚀性。在水、蒸气以及蒸汽、空气、二氧化碳的混合物中也具有很好的耐腐蚀性。

    模具钢化学元素性能一览表：

（）碳（C）：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳量0.23%超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。

（）硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15－0.30%的硅。如果钢中含硅量超过0.50-0.60%,硅就算合金元素。硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。在调质结构钢中加入1.0－1.2%的硅，强度可提高15－20%。硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。含硅1－4%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。硅量增加，会降低钢的焊接性能。

（）锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30－0.50%。在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点高40%。含锰11－14%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。

（）磷（P）：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。因此通常要求钢中含磷量小于0.045%，优质钢要求更低些。

（）硫（S）：硫在通常情况下也是有害元素。使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。所以通常要求硫含量小于0.055%，优质钢要求小于0.040%。在钢中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。

（）镍(Ni)：镍能提高钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性。镍对酸碱有较高的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力。但由于镍是较稀缺的资源，故应尽量采用其他合金元素代用镍铬钢。

（）铬（Cr）：在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，因而是不锈钢，耐热钢的重要合金元素。

钼(Mo)：钼能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力(长期在高温下受到应力，发生变形，称蠕变)。结构钢中加入钼，能提高机械性能。还可以抑制合金钢由于火而引起的脆性。在工具钢中可提高红性。

（）钴(Co)：钴是稀有的贵重金属，多用于特殊钢和合金中，如热强钢和磁性材料。

（）钨(W)：钨熔点高，比重大，是贵生的合金元素。钨与碳形成碳化钨有很高的硬度和耐磨性。在工具钢加钨，可显著提高红硬性和热强性，作切削工具及锻模具用。

（）钛(Ti)：钛是钢中强脱氧剂。它能使钢的内部组织致密，细化晶粒力；降低时效敏感性和冷脆性。改善焊接性能。在铬18镍9奥氏体不锈钢中加入适当的钛，可避免晶间腐蚀。

（）钒(V)：钒是钢的优良脱氧剂。钢中加0.5%的钒可细化组织晶粒，提高强度和韧性。钒与碳形成的碳化物，在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力。

（）铌(Nb)：铌能细化晶粒和降低钢的过热敏感性及回火脆性，提高强度，但塑性和韧性有所下降。在普通低合金钢中加铌，可提高抗大气腐蚀及高温下抗氢、氮、氨腐蚀能力。铌可改善焊接性能。在奥氏体不锈钢中加铌，可防止晶间腐蚀现象。在铁基中加入以铌为主的微合金元素组成的合金。

   铌属难熔金属，熔点为2467℃，在1093～1427℃温度范围内强度较高。同钨合金和钼合金相比，铌合金塑性好，加工和焊接性能优良，因而能制成薄板和外形复杂的零件，可用作航天和航空工业的热防护和结构材料。

   铌合金的工业生产，首先将粉末制成合金坯条，然后进行高温烧结法或熔铸法获得锭坯或铸件，但以熔铸法用得多，熔铸法又以电子东熔炼和电弧炉熔炼为主。

   铌合金在低温下（-196℃）仍有较好的塑性。同钼和钨相比，铌的合金元素种类多，加入量高。工业规模生产的铌合金有十余种。作为结构材料的铌合金主要分三类：高强合金(如Nb-30W-1Zr、Nb-17W-4Hf-0.1C、Nb-20Ta-15W-5Mo-1.5Zr-0.1C)、中强合金及低强高塑性合金。

（）铜(Cu)：武钢用大冶矿石所炼的钢，往往含有铜。铜能提高强度和韧性，特别是大气腐蚀性能。缺点是在热加工时容易产生热脆，铜含量超过0.5%塑性显著降低。当铜含量小于0.50%对焊接性无影响。

（）铝(Al)：铝是钢中常用的脱氧剂。钢中加入少量的铝，可细化晶粒，提高冲击韧性，如作深冲薄板的08Al钢。铝还具有抗氧化性和抗腐蚀性能，铝与铬、硅合用，可显著提高钢的高温不起皮性能和耐高温腐蚀的能力。铝的缺点是影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能。

（）硼(B)：钢中加入微量的硼就可改善钢的致密性和热轧性能，提高强度。

（）氮(N)：氮能提高钢的强度，低温韧性和焊接性，增加时效敏感性。

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