耐热钢是指在高温下工作的钢材。耐热钢的发展与电站、锅炉、燃气轮机、内燃机、航空发动机等各工业部门的技术进步密切相关。由于各类机器、装置使用的温度和所承受的应力不同，以及所处环境各异，因此所采用的钢材种类也各不相同。这里所谈的温度是个相对的概念。Zui早在锅炉和加热炉中使用的材料是低碳钢，使用的温度一般在200℃左右，压力仅为0.8mpa。知道现在使用的锅炉用低碳钢，如20g，使用温度也不超过450℃，工作压力不超过6mpa。随着各类动力装置的使用温度不断提高，工作压力迅速增加，现代耐热钢的使用温度已高达700℃，使用的环境也变得更加复杂与苛刻。现在，耐热钢的使用温度范围为200～800℃，工作压力为几兆帕到几十兆帕，工作环境从单纯的氧化气氛，发展到硫化气氛、混合气氛以及熔盐和液金属等更复杂的环境

为了适应各种工作条件不断发展的要求，耐热钢也在不断地发展。从Zui早期的低碳钢、低合金钢，到成分复杂的、多元合金化的高合金耐热钢。

 

现按珠光体型低合金热强钢、马氏体型热强钢、阀门钢、铁素体型耐热钢、奥氏体型耐热钢、等分别介绍如下。

 

（1）珠光体型低合金热强钢

 

该种钢的代表：12cr1mov此种钢组织稳定性较好，当温度高达

 

580℃时仍具有良好的热强性。

 

（2）马氏体型热强钢

 

该种钢的代表：cr12型马氏体热强钢，有优良的综合力学性能、较好的热强性、耐蚀性及振动衰减性，广泛用于制造汽轮机叶片而形成独特的叶片钢系列，并广泛用作气缸密封环、高温螺栓、转子和锅炉过热器、在热器管、燃气轮机涡轮盘、叶片、压缩机及航空发动机压气机叶片、轮盘、水轮机叶片及宇航导弹部件等。cr12型耐热钢的开发与应用已有60多年历史，至少已有300余种牌号。但其成分的差别不大，都是以cr12钢为基础在添加钨、钼、钒、镍、铌、硼、氮、钛、钴等元素含量上做些变化。

 

（3）阀门钢

 

阀门钢是耐热钢的一个重要分支，该种钢的代表：21cr-9mn-4ni-n钢（21-4n），与21cr-12nin、14cr-14ni2w-mox相比，性能优越较经济，在汽油机排气阀门上迅速得到广泛应用。在21-4n钢基础上添加硫改善切削性能形成了21-4ns。添加铌、钼、钨和钒，提高了高温强度、疲劳强度和耐磨性，开发了21-4wnbn，x60crmnmovnbn2110钢。

 

（4）铁素体型耐热钢

 

在室温和使用温度条件下这类钢的组织为铁素体。这类钢铬含量高于12%，不含镍，只含有少量的硅、钛、钼、铍等元素。

 

（5）奥氏体型耐热钢

 

该种钢的代表：18cr-8ni、25cr-20ni及cr-mn-n、fe-mn-al等钢。这类钢在高温下具有较高的热强性，及优异的抗氧化性。一般制作用于600℃以上承受较高应力的部件，其抗氧化性温度可达850～1250℃。这类钢基本上是和不锈钢同时发展起来的，有些钢同时就是优异的奥氏体型不锈钢。

 

我国在奥氏体型钢方面，除仿制和生产了大量国外耐热钢牌号外，多年来还开发了cr-mn-n、cr-mn-ni-n、cr-ni-n及fe-al-mn和cr-mn-al-si系耐热钢。cr18mn12si2n、cr20mn9ni2si2n及

 

3cr24ni7sinre列入国家标准推广应用。

 

铸造耐热钢在耐热钢领域中占有相当大的比重。20世纪70～80年代以来，由于石油化学工业的飞速发展，在大型合成氨及乙烯装置中采用了大量的高合金耐热铸钢，其使用温度可达1150℃，开发了一系列fe-cr-ni基耐热钢及耐热合金。如4cr25ni35co15w 、

 

4cr25ni35wnb、5cr28ni48w5等。一些发达国家早在20世纪30年代就制定了耐热铸钢标准。1987年，我国建立了第一个耐热铸钢国家标准。

 

（6）沉淀硬化型耐热钢

 

沉淀硬化型耐热钢按其组织可分成马氏体沉淀硬化耐热钢

 

（如0cr17ni4cu4nb）、（半奥氏体-马氏体过滤型）沉淀硬化耐热钢（如0cr17ni7al和0cr15ni7mo2al）和奥氏体沉淀硬化耐热钢（如0cr15ni25ti2movb）等。

 

 

 

2、耐 热 钢 的 分 类

 

 

 

2.1按合金元素含量分类

 

（a）低碳钢：在此类钢中部含或很少含有其他合金元素，其碳

 

含量一般不超过0.2%。

 

（b）低合金耐热钢：在此类钢中都含有一种或几种合金元素，

 

但含量不高，一般钢中所含合金元素的总量不超过5%，碳含量不超过0.2%.

 

（c）高合金耐热钢：在此类钢中合金元素多，合金元素含量一

 

般在10%以上，甚至高达30%以上。

 

2.2按钢的特性分类

 

（a）抗氧化钢（或称耐热不起皮钢）：此类钢在高温下（一班在

 

550～1200℃）具有较好的抗氧化性能及抗高温腐蚀性能，并有一定的高温强度。用于制造各类加热炉用零件和热交换器，制造热汽轮机的燃烧市、锅炉吊瓜、加热炉炉底板和辊道以及炉管等。抗氧化性能是主要指标，部件本身不承受很大压力。

 

（b）热强钢：在高温（通常在450～900℃）既能承受相当的附

 

加应力又要具有优异的抗氧化、抗高温气体腐蚀能力，通常还要求承受周期性的可变赢利。通常用作汽轮机、燃气轮机的转子和叶片，锅炉的过热器、高温下工作的螺栓和弹簧、内燃机的进排气阀、石油加氢反应器等。

 

2.3按钢的主要用途分类

 

工业炉用耐热钢：除反应堆、电站锅炉、石化工业炉外，在冶金、机械、建材、轻工等工业中，广泛用作热交换器、加热炉管、反映罐等多种炉窑中的各种耐热部件，除采用板、管、棒等耐热钢变形材外，并采用大量的耐热钢铸件。冶金厂的各种退火炉罩，可控气氛连续加热炉的马弗罐、辐射管、装料框架、链带等，多采用310（0cr25ni20）或3cr24ni7sinre、2cr25ni13钢等。冶金厂连续式加热炉和热处理炉中大量的炉底辊和辐射管亦采用高合金耐热钢离心铸管，常用的牌号有5cr28ni48w5、4cr25ni35、4cr25ni13、4cr22ni14、4cr22ni10、

 

4cr25ni20si2、4cr25ni35mo及3cr24ni7sinre钢等。在水泥工业中，湿法水泥窑预热带中的耐热钢链条，大型水泥窑蓖冷机用的篦子板，冷却机用的物料斗等，均使用了大量的耐热钢件，如6cr22re、5cr18mn6n、3cr19ni4n、3cr24ni7sinre等。

 

 

 

3、耐热钢的牌号表示方法

 

常用耐热钢牌号

00cr12、0cr13al、0cr15ni25ti2moalvb、0cr17ni12mo2、0cr17ni4cu4nb、0cr17ni7al、0cr18ni10ti、0cr18ni11nb、0cr18ni13si4、0cr18ni9、0cr19ni13mo3、0cr23ni13、0cr25ni20、1cr11mov、1cr11ni2w2mov、1cr12mo、1cr12wmov、1cr13、1cr13mo、1cr16ni35、1cr17、1cr17ni2、1cr18ni9ti、1cr20ni14si2、1cr25ni20si2、1cr5mo、2cr12movnbn、2cr12nimowv、2cr13、2cr20mn9ni2si2n、2cr21ni12n、2cr23ni13、2cr25n、2cr25ni20、3cr18mn12si2n、4cr10si2mo、4cr14ni14w2mo、4cr9si2、5cr21mn9ni4n、8cr20si2ni

 

中国耐热钢的牌号表示方法

 

根据我国钢铁产品表示方法国家标准（gb/t221—2000）规定，产品牌号的命名采用汉语拼音字母、化学元素符号及阿拉伯数字相结合的方式表示。汉语拼音字母用于表示产品名称、用途、特性和工艺方法。

 

耐热钢与不锈钢的牌号表示方法相同，一般采用规定的合金元素符号和阿拉伯数字表示。通常在牌号的第一位用一位阿拉伯数字表示平均含碳量（以千分之几计）；

 

当平均含碳量不小于1.00%时，采用两位阿拉伯数字表示；

 

当含碳量上限不大于0.03%时（超低碳或极低碳）以两位阿拉伯数字表示（以万分之几计）。

 

当含碳量上限小于0.1%时以“0”表示含碳量；

 

当含碳量上限不大于0.03%且大于0.01%时（超低碳），以“00”表示含碳量；

 

当含碳量上限不大于0.01%时（极低碳），以“01”表示含碳量。合金元素平均含量小于1.50%时，牌号中仅标明元素符号，一般不标明含量；合金元素平均含量为1.50%～2.49%、2.50%～3.49%…22.50%～23.49%…时,相应地写成2、3…23…。专门用途、工艺方法或易切削的耐热钢，在牌号前面冠以专用钢、专用工艺方法或易切削钢的符号。例如：

 

2cr13：表示平均含碳量为0.2%的平均含铬量为13%的铬耐热钢；

 

0cr18ni10ti：表示含碳量低于0.1%但大于0.03%的平均含铬18%、含镍10%且含钛的低碳铬镍耐热钢；

 

00cr19ni10：表示含碳量低于0.03%的平均含铬19%、含镍10%的超低碳铬镍钢；

 

01cr19ni11：表示含碳量低于0.01%的平均含铬19%、含镍11%的极低碳铬镍钢；

 

11cr17：表示平均含碳量1.10%的平均含铬量为17%的高碳铬钢；

 

4cr10si2mo：表示平均含碳量为0.40%的平均含铬量为10%、平均含硅量为2%且含钼的铬硅钼钢。

 

珠光体型耐热钢的钢号表示方法，与合金结构钢相同，即前两位用阿拉伯数字表示平均含碳量（以万分之几计），后边为元素符号和表示合金元素平均含量的百分数。

 

耐热铸钢与一般耐热钢的牌号表示方法基本相同，只是在牌号前冠以“zg”字母（“z”、“g”分别为“铸”、“钢”汉语拼音的首位字母），以区别于各类变形钢。例如：

 

zg1cr18ni9ti是和1cr18ni9ti成分相近的耐热铸钢。

 

 

 

4、耐热钢的基本性能

 

 

 

4.1主要合金元素在耐热钢中的作用

 

耐热钢中常见的合金元素有铬（cr）、镍（ni）、钼（mo）、钨（w）、钒（v）、硅（si）、铝（al）、钛（ti）、铌（nb）、硼（b）、钴（co）、锰（mn）、碳（c）、氮（n）、稀土（re）、铜（cu）、铁（fe）等。磷和硫一般为有害的杂质元素。铬、铝、硅和稀土元素能提高耐热钢的抗氧化性能。铬、钼、钨、钒、钛、铌、钴、硼、稀土等能提高或改善耐热钢的热强性。铁为耐热钢的基本元素。镍和锰的作用主要是获得奥氏体组织。下面分别介绍一下主要合金元素在耐热钢中的作用。

 

4.1.1铬    铬是耐热钢中抗高温氧化和抗高温腐蚀的主要元素，并能提高耐热钢的热强性。耐热钢的抗高温腐蚀性能与其含铬量有一定的关系。因此常用的耐热钢的铬含量应不低于12%。

 

4.1.2镍    镍是耐热钢中的重要合金元素之一。为了使钢在室温下获得纯奥氏体组织，其中镍含量不低于25%。但当钢中含有其他合金元素时，为获得纯奥氏体组织，镍含量可适当减少。例如，当钢中含碳量0.1%含碳量为18%时，为了获得钢的纯奥氏体组织，含镍量为8%即可，这就是典型的18-8型奥氏体耐热不锈钢。当钢中含有其他铁苏体形成元素时，为获得纯奥氏体组织，含镍量就要增加，如不增加镍含量，或降低镍含量，就会出现双向组织，或出现不稳定的奥氏体组织，冷加工时可能产生相变（奥氏体组织转变为马氏体组织）。

 

4.1.3钼    钼为难熔金属，熔点高（2625℃）。对提高耐热钢的热强性有较好的作用。

 

4.1.4钨    钨为难熔金属，熔点高（3380℃）。家钨可提高固溶体的热强性。

 

4.1.5钒    钒为难溶金属，熔点高（1910℃）钒是提高铁素体型耐热钢的热强性的有效元素，钒也在奥氏体型耐热钢中获得应用，但凡含量一般在0.3%～0.5%之间。

 

4.1.6硅    硅是耐热钢中抗高温腐蚀的有益元素，同时，在钢中加入硅也能改善它在室温条件下工作的性能。耐热钢中的硅含量一般不超过2%。

 

4.1.7铝    铝是耐热钢中抗氧化的重要合金元素，，耐热钢中的铝含量一般不超过6%。

 

4.1.8钛    钛是强碳化物形成元素之一，钼的是防止间接腐蚀。

 

4.1.9铌    铌也是强碳化物形成元素，铌的碳化物在高温下十分稳定，只比钛的碳化物略为逊色。由于铌具有良好的热强性，因此铌在体合金耐热钢和高合金耐热钢中获得了广泛的应用。高合金耐热钢中的铌含量一般为1%～2%。

 

4.1.10硼   硼与氮和氧都有很强的亲和力，钢中微量硼（0.001%）就可以成培地提高其淬透性。在珠光体耐热钢中，微量硼可以提高钢的高温强度；在奥氏体耐热钢中加入0.025%硼可以提高其抗蠕变性能，但彭含量较高时，其作用相反。加入硼强化晶界对增强耐热钢的持久强度十分重要。硼原子主要分布在晶界上，因此硼对强化晶界起着重要的作用。

 

4.1.11钴    钴在奥氏体型耐热钢中的作用与镍的作用类似，在铬镍奥氏体型耐热钢中加钴对提高该钢的耐高温腐蚀性能是有利的。钴是一种稀有而昂贵的金属，应当节约使用。

 

4.1.12锰    锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，它使钢形成和稳定奥氏体组织的能力仅次于镍，以锰代镍的耐热钢，有广泛的用途。锰对钢的高温瞬时强度虽有所提高，但对持久强度和蠕变强度则没有什么显著的作用。

 

4.1.13碳    碳是钢中不可缺少的元素。碳在钢中的强化作用与它形成的碳化物的成分和结构有着密切的关系，其强化作用也与温度有关。随着温度的升高，由于碳化物的聚集，强化作用有所下降。钢中碳含量增加，会降低钢的塑性和可焊性。因此除强度要求较高的钢中外，一般奥氏体型耐热钢中的碳含量都控制在较低的范围内。

 

4.1.14氮    氮作为合金化元素在奥氏体型耐热钢中的作用与碳有些类似。在铬镍奥氏体型耐热钢中含氮可提高钢的热强性，几乎对脆性无影响。其原因可能是由于析出弥散的氮化物所致。

 

4.1.15稀土元素     稀土元素对提高耐热钢的抗氧化性能有较明显的作用。稀土元素的氧化物可以增加基体金属与氧化膜之间的附着力，因为稀土氧化物对基体金属有“钉扎”作用。稀土元素对钢的晶粒度细化有一定的作用。稀土元素与氧、硫、磷、氮、氢等的亲和力都很强。是很好的脱氧、去硫和清除其他有害杂质的气体添加剂。稀土元素能提高耐热钢的抗蠕变性能。

一、

在航空、火力电站设备、发动机、化工等部门中，许多零件在高温下使用，要求具有耐热性。所谓耐热性，是指材料在高温下兼有抗氧化与高温强度的综合性能。具有良好耐热性的钢称为耐热钢，它包括抗氧化钢与热强钢两类：抗氧化是在高温下有较好的抗氧化能力，并有一定强度的钢（又称为不起皮钢）；热强钢是在高温下有良好抗氧化能力并具有较高的高温强度的钢。

1、抗氧化钢（不起皮钢）      

一般钢铁在较高温度下（650℃以上）,表面容易氧化，主要是由于在高温下生成松脆多孔德feo，它与基本结合能力薄弱而已剥落。氧原子容易通过feo进行扩散，使钢的内部能继续进行氧化，Zui终导致零件破坏。

抗氧化钢中加入合金元素铬、硅、铝等，他们与氧亲和力大，故优先被氧化，形成一层致密的、高熔点的并牢固覆盖于钢表面的氧化膜（cr2o3、sio2、al2o3），可将金属与外界高温氧化性气体隔绝，从而避免进一步氧化。

实际应用的抗氧化钢，大多数是在铬钢、铬镍钢、铬锰氮钢基础上添加硅、铝制成的。和不锈钢一样，含碳量增多，会降低钢的抗氧化性。故一般抗氧化钢为底碳钢。

2、热强钢      

金属在高温下的强度有两个特点：一是温度升高，金属原子间结合力减弱、强度下降；二是在再结晶温度上即使金属受的应力不超过该温度下的弹性极限，它也会缓慢地发生塑性变形，且变形量随时间的增长而增大，Zui后导致金属破坏。这种现象称为蠕变。产生蠕变的原因是：在高温下金属原子扩散能力增大，使那些在低温下起强化作用的因素逐渐减弱或消失。例如，可促使回复与再结晶，使加工硬化效果减弱或消失；促使过饱和固溶体（如马氏体）发生分解及弥散的硬化质点聚集，使淬火硬化效果减弱或消失等。所有这些过程都导致金属逐渐软化而产生蠕变。显然，其过程与温度、时间有关。根据上述分析，提高材料高温强度的方法有：     

①提高再结晶温度

在钢中加入铬、钼、钨、锰、铌等元素，可提高作为钢集体的固溶体的原子间结合力，使原子扩散困难，并能延缓再结晶过程的进行。其中以钨、钼作用Zui强。非碳化物形成元素钴、镍、硅也有提高再结晶温度的作用。具有高温强度也较铁素体为高。

②利用析出碳化物相而产生强化

在钢中加入钛、铌、钒、钨、钼、铬等元素，可形成稳定而又弥散分布的碳化物，他们在较高温度下，也不易聚集长大，因而能起到阻碍位错移动，提高高温强度的作用。（3）采用较粗晶粒的钢，因高温下晶界的强度比晶粒内部强度底（这与室温时情况正好相反），因此，粗晶粒钢的高温强度比细晶粒钢好。此外，在热处理上采取适当措施，使钢组织在工作温度下，能长期保持稳定，不致因组织转变产生软化或脆化。如耐热钢回火温度都比工作温度高100℃左右，以增加工作时的组织稳定性。热强钢采用合金元素，如铬、镍、钼、钨、硅等，除具有提高高温强度的作用外，还可提高高温抗氧化性。常用的热强钢按正火状态下组织不同，大致可分为珠光体钢、马氏体钢、奥氏体钢三类。常用的热强钢表示方法与不锈钢相同。

（1）、光体钢     

这类钢在350～600℃范围内使用。其含碳量较低，合金元素总量不超过3～5%。它广泛应用于动力、石油部门作为锅炉用钢与管道材料。

（2）、马氏体钢

这类钢在小于620℃范围内使用。常用的钢号有马氏体不锈钢1cr13、2cr13以及在其基础上发展的1cr11mov、1cr12wmov。此外，4cr9si2及4cr10si2mo等铬硅钢是另一类马氏体热强钢，他们含碳量为中碳，主要为提高耐磨性，长用作制造内燃机的气阀，故又称为气阀钢。

（3）、奥氏体&nb