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。最早在锅炉和加热炉中使用的材料是低钢，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。从最早期的低碳钢、，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、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、钼、钒、、铌、硼、氮、、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列入推广应用。

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{dy}个耐热铸钢国家标准。

（6）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{dy}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xx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。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xx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，最终导致零件破坏。

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，{zh1}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、钼作用最强。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 

 这类钢一般在600～700℃范围内使用，常用的钢号有1Cr18Ni9Ti（18-8型钢），它是奥氏体不锈钢，同时又有高的抗氧化性（700～900℃），并在600℃还有足够的强度。常用于高压锅炉的过热器、化工高压反应器、喷气发动机尾喷管登。4Cr14Ni14W2Mo钢（14-14-2型钢）是另一种目前应用最多的奥氏体热强钢，它的热强性、组织稳定性及抗氧化性均高于马氏体气阀钢。故常用于制造工作温度≥650℃的内燃机排气阀。

如工作温度超过700℃，则应考虑选用镍基（Ni-Cr合金）、铁基（Fe-Ni-Cr合金）等耐热合金；工作温度超过900℃，则应选用铌基、亩基、陶瓷合金；对于350℃以下工作的零件，则用一般的合金结构钢即可。

二、耐热钢及高温合金

各种动力机械，加热电站中的锅炉和蒸汽轮机、航空和舰艇用的燃汽轮机以及原子反应堆工程等结构中的许多结构件是在高温状态下工作的。工作温度的升高，一方面影响钢的化学稳定性；另一方面降低钢的强度。为此，要求钢在高温下应具有
    （1）抗蠕变、抗热松弛和热疲劳性能及抗氧化能力
    （2）在一定介质中耐腐蚀的能力以及足够的韧性
    （3）具有良好的加工性能及检
    （4）按照不同用途有合理的组织稳定性。
    耐热钢是指在高温下工作并具有一定强度和抗氧化耐腐蚀能力的钢种，耐热钢包括热稳定钢和热强钢。热稳定钢是指在高温下抗氧化或执高温介质腐蚀而不破坏的钢种，如炉底板、炉栅等。它们工作时的主要失效形式是高温氧化。而单位面积上承受的载荷并不大。热强钢是指在高温下有一定抗氧化能力并具有足够强度而不产生大量变形或断裂的钢种，如高温螺栓、涡轮叶片等。它们工作时要求承受较大的载荷，失效的主要原因是高温下强度不够。

三、钢的热稳定性和热稳定钢

（1）钢的抗氧化性能及其提高途径

工件与高温空气、蒸汽或燃气相接肽表面要发生高温氧化或腐蚀破

坏。因此，要求工件必须具备较好的热稳定性。除了加入合金元素方法外，目前还采用渗金属的方法，如渗Cr、渗Al或渗Si，以提高钢的抗氧化性能。
    （2）热稳定钢
    热稳定钢（又称抗氧化钢广泛用于工业锅炉中的构件，如炉底板、马弗罐、辐射管等这种用途的热稳定钢有铁素体F型热稳定钢和奥氏 体A型热稳定的钢两类。
    F型热稳定钢是在F不锈钢的基础上进行抗氧化合金化而形成的钢种、具有单相F基体，表面容易获得连续的保护性氧化膜。根据使用温度 ，可分为Cr13型钢、Cr18型钢和 Cr25型钢等。F型热稳定钢和F不锈钢一样，因为没有相变，所以晶粒较粗大，韧性较低，但抗氧化性很强。
    A型热稳定钢是在A型不锈钢的基础上进一步经Si、Al抗氧化合金化而形成的钢种。A型热稳定钢比F型热稳定钢具有更好的工艺性能和热强性。但这类钢因消耗大量的Cr、Ni资源，故从50年代起研究了Fe-Al－Mn系和Cr－Mn-N系热稳定钢，并已取得了一定进展。

四、金属的热强性

   （1）高温下金属材料力学性能特点
    在室温下，钢的力学性能与加载时间无关，但在高温下钢的强度及变形量不但与时间有关，而且与温度有关，这就是耐热钢所谓的热强性。热强性系指耐热钢在高温和载荷共同作用下抵抗塑性变形和破坏的能力。由此可见在评定高温条件下材料的力学性能时，必须用热强性来评定。热强性包括材料高温条件下的瞬时性能和长时性能。
    瞬时性能是指在高温条件下进行常现力学性能试验所测得的性能指标。如高温拉伸、高温冲击和高温等。其特点是高温、短时加载，一般说来瞬时性能P是钢热强性的一个侧面，所测得的性能指标一般不作设计指标，而是作为选择高温材料的一个参考指标。
    长时性能是指材料在高温及载荷共同长时间作用下所测得的性能、常见的性能指标有：蠕变极限、持久强度、应力松他高温疲劳强度和冷热疲劳等（详见金属力学性能地这是评定高温材料必须建立的性能指标。
   （2）热泪性的影响因表及其提高途径
    1、影响耐热钢热强性的因素
    随着温度的升高，耐热钢抵抗塑性变形和断裂的能力不断降低，这主要是由以下两个因素造成的：
①影响耐热钢的软化因素

随着温度的升高、钢的原子问结合力降低原子扩散系数增大，从而导致钢的组织由亚稳态向稳定态过渡、如第二相的聚集长大、多相合金中成分的变化、亚结构祖化及发生再结晶等这些因素都导致钢的软化。
②形变断裂方式的变化

金属材料在低温下形变时一般都以滑移方式进行，但随着温度的升高，载荷作用时间加长，这时不仅有滑移，而且还有扩散形变及品界的滑动与迁移等方式。扩散形变是在金属发生变形但看不到滑移线的情况下提出的。这种变形机制是高温时金属内原子热运动加剧，致使原子发生移动，但在元外力作用了原子的移动无方向性，故宏观上不发生变形；当有外力作用时，原子移动极易发生且有方向性，因而促进变形。当温度升高时，在外力作用下晶界也会发生滑动和迁移，温度越高，载荷作用的时间愈长，晶界的滑动和迁移就越明显。
    常温下金属的断裂在正常情况下均属穿品断裂，这是由于晶界区域晶格畸变程度大、晶内强度低于晶界强度所致。但随温区升高，由于晶界区域品格畸变程度小使原子扩散速度增加，晶界强厦减弱。温度越高，载荷作用时间越长，则金属断裂方式更多地呈晶间断裂。
2、提高钢的热强性途径
    基于上述分析，提高钢的热强性主要途径省三个方面基体强化煤二相强化、晶界强化。
    ①基体强化

主要出发点是提高基体金属的原子问结合力、降低固溶体的扩散过程。研究表明，从钢的化学成分来说，凡是熔点高、自扩散系数小店首提高钢的再结晶温度的合金元素固溶于基体后都能提高钢的热强性。如h基及M是高温合金中主要的固 溶强化元素有Mo、W、Co和Cr等。从固溶体的晶格类型来说，奥氏作基比铁素作基体的热
强性高。这是由于奥氏体的点阵排列较铁素体致密，扩散过程不易进行。如在铁基合金中，Fe、C，Mo等元素在A中的扩散系数显著低于在F中的扩散系数，这就使回复和再结晶过程减慢，第二相聚集速 度减慢，从而使钢在高温状态下不易软化。
②第二相强化

主要出发点是要求第二相稳定，不易聚集长大批在高温下长期保持细小均匀的弥散状态，因此对第二相粒子的成分利结构有一定的要求。耐热钢大多用难塔台金碳化物作强化相，如 MC，M23C6、M6C等。为获得更高的热强性，可用热稳定性更高的全属间化合物。如Ni3(TiAl),Ni3Ti,Ni3Al等作为基体的强化相。
③晶界强化、为减少高温状态下晶界的滑动，主要有下列途径：
    （1）减少晶界、需适当控制钢的晶粒度。晶粒过细品界多，虽然阻碍晶内滑移，但晶界滑动的变形量增大、塑变抗力降低。晶粒过大，钢的脆性增加，所以要适当控制耐热钢的晶粒厦，一般在2～4级晶粒度时能得到较好的高温综合性能。
    （2）净化晶界。钢中的S和P等低熔点杂质易在晶界偏聚，并和铁易于形成低熔点共晶体，从而削弱晶界强度，使钢的热强性下降。着钢中加入B、稀土等 元素，可形成高熔点的稳定化合物，在结晶过程中可作为晶核，使易熔杂质从晶界转入晶内，从而使晶界得到净化，强化了晶界。
    （3）填补晶界上空位、晶界处空位较多，使扩散易于进行，是裂纹易于扩展的地力加入B、Ti、Zr等表面活化元素，可以填充晶界空位，阻碍晶界原子扩散，提高蠕变抗力。
    （4）晶界的沉淀强化。如果在晶界上沉淀出不连续的强化相，将使塑性变形时沿晶界的滑移及裂纹沿晶界的扩展受阻，使钢的热强性提高。例如用二次的方法可在品界上析出链状的Cr23C6化合物，从而提高钢的热强性。
    除此之外，还可用形变热处理方法将晶界形状改变为锯齿状品界和在晶内造成多边化的亚晶界，进一步提高钢的热强性。
18.3 a-Fe基热强钢
    a-Fe基热强钢包含珠光体型热强钢和马氏体型热强钢、这两类钢在加热和冷却时会发生a裆7转变，故使进一步提高使用温度受到限制。这类钢在中温下有较好的热强性、热稳定性及工艺性能，线膨胀系数小，合碳量也较低，价格低廉，是适宜在600～650℃以下温区使用的热强钢，广泛应用于制造锅炉、汽轮机及石油提炼设备等。

五、珠光作型热强钢
    珠光体热强钢按合碳量和应用特点可分为低碳珠光体效强钢和中碳珠光体热强钢两类、前者主要用于制作锅炉，后者主要用于制作汽轮机等耐热紧固件、汽轮化转子（包含轴、叶轮）等，
    珠光体热强钢的工作温度虽然不高，但由于工作时间长，加之受周围介质的腐蚀作用，在工作过程中可能产生下述的组织转变和性能变化。

①、珠光体的球化和碳化物的聚集
珠光体热强钢在长期高温作用下，其中的片状碳化物转变成球状，

分散细小的碳化物聚集成大颗粒的碳化物。这种组织的变化将引起钢的强烈较优，导致蠕变极限、持久强度、屈服极限的降低。这种转变是一种由不平衡状态向平衡状态过渡的自发进行的过处是通过碳原子的扩散进行的。
    影响碳化物球化及聚集的主要因素是温度、时间和化学成分。碳钢最容易球化，合碳量增加会加速球化过程。在钢的成分中几代溶入固溶体并降低碳的扩散速度和增加碳化物中原子结合力的元素如 Cr、MO、V、Ti等均能阻碍或延缓球化及聚集过程。
②、钢的石墨化
    钢件在工作温度和应力长期作用下，会使碳化物分解成游离的石墨，这个过程也是自发进行的，称为P热强钢的石墨化过程、它不但xx了碳化物的作用，而 且石墨相当于钢中的小裂纹，使钢的强度和塑性显著降低而引起钢件脆断。这是一种十分危险的转变过程。
    向钢中加入Cr、Ti、Nb等合金元素，均能阻止石墨化过程；另外，在冶炼时不能用促进石墨化的Al脱氧；采用退火或回火处理也能减少石墨化倾向。

③、合金元素的再分布
    耐热钢长期工作时，会发生合金元素的重新分配现象，即碳化物形成元素Cr、Mo向碳化物内扩散、富集，而造成固溶体合金元素贫化，导致热强性下降。生产中经常采用加入强碳物形成元素V、Ti、Nb等从而阻止合金元素扩散聚集的再分队提高钢的热强性。

④、热脆性
    珠光体型不锈钢在某一温度下长期工作时，可能发生冲击韧性大幅度下降，突然发生脆性断裂的现象。这种脆性积为热脆性。它与在该温度下某种新相的析出有关。防上热脆性可采取如下措施，使钢的长期工作温度避开脆性区温度；冶炼时尽量降低队P含量：加入适量的W、Mo等合金元素，已发生热脆性的钢，可采用600～650℃高温回火后快冷的方法加以xx。
    珠光体热强钢的热处理，一般经正火（ Ac3＋ 50℃）处理所得到的组织是不稳定的，为了保证在使用温度下组织性能稳且一般采用高于使用温度100℃的回 火处理。

六、马氏作型热弹钢
    这类钢主要用于制造汽轮机叶片和汽轮机或柴油机的排气阀。
    应用最早的是Cr13型钢，它是一种马氏体不锈钢。经热处理后，可获得较高的机械性能和良好的耐热性。
    Crl3型马氏体效强钢的热处理工艺通常采用1000～1150℃油淬，650～750℃高温回火得到回火屈氏体和回火索氏体组织，以保证在使用温度下组织和性能的稳定。它们用于制造像用温度低于588℃的汽轮机和燃气轮机的叶片。
γ－Fe基热强钢
   　珠光体、马氏体类热强钢一般使用温度在650℃以下，不能适用于更高的使用温度其原因在于，无论是珠光作基还是马氏体基热强钢，其基体相都是铁素体，即先天不足。因此必须更换基作组织，即用奥氏体。负数氏体基钢之所以比Fe基钢具有更高的热强性，其原因在于：γ-Fe晶格的原子间结合力比α－Fe晶格的原子间结合力大；γ-Fe扩散系
数小；γ-Fe的再结晶温度高（α－Fe再结晶温度为450～600℃，而γ-Fe再结晶温度大于800℃。
　　γ-Fe基热强钢还具有良好的可焊性、抗氧化性、高的塑性和冲击韧性。这类钢也有一些缺点，如室温屈服强度低、压力加工及切削性能较差、导热性差，而在温度变化时效应力大，故抗热疲劳性能差。但是由于热强性高，所以得到了充分的发展和广泛的应用。

    我公司生产的耐热钢铸件，通常执行中国标准GB9492-87，但有时也应用户的要求，执行过相应的美国标准ANSI/ASTM A297—85。为了让用户对这两种标准的钢种有所了解，以便订货时作出正确合理的选择，现将这两种耐热钢铸件标准中所列的钢种牌号、化学成分、显微组织、性能特点及其应用范围，简述如下：

    中国耐热钢铸件标准GB9492-87的钢种牌号、化学成分、显微组织、性能特点与应用范围：

       众所周知，通常对耐热钢铸件的性能要求不外乎是：①能在高温下抗氧化、抗腐蚀；②能在高温下有足够的强韧性（持久强度与蠕变抗力等），能承受设备赋予的机械负荷；③能在交变温度条件下抵抗热冲击，承受恒定或交变的机械负荷，不断裂、不变形。然而实际应用的工况条件，并不要求铸件同时具备这些性能的全部，而是对某一方面有所侧重，对另一方面则可以忽略或次要地对待。如上所述的我国与美国的耐热钢铸件标准，就其所列的钢种牌号（主要是铬镍钢与镍铬钢）及铬含量来说，虽然跨度较大，覆盖面较宽，用户可以从中有较大的选择空间，但各种铸件实际应用的工况条件千变万化，因此每一个钢种仍然很难恰如其分地适用于每一种工况条件，更何况标准对各个钢种的化学成分都规定了一个较宽的波动范围，并明确指出铸件的金相组织也随之会有相应的变化，比如说，某些钢种在规定的成分范围内，依成分的搭配和铬镍当量比为转移，可能形成单相奥氏体基体，也可能生成奥氏体-铁素体双相基体，以及基体中的不同固溶浓度，更不用说形成各种类型与形态的碳化物了。这自然也就会使得同一钢种的铸件xx可能产生不同的耐热性能。我公司在生产耐热钢铸件时，正是依靠金属学原理和我们的实践经验，极其灵活而合理地利用了这种变化的空间，按照铸件实际使用的工况条件进行控制与取舍，通过成分与工艺的调节，而有所侧重地塑造最需要的使用性能，从而既充分有效地发挥了各种合金元素的作用，又使所生产的铸件达到了{zj0}的使用效果，这就是我公司生产的耐热钢铸件的特点和被命名为“高效耐热钢铸件”的原因。我们用这种方法生产的耐热钢铸件普遍都取得了良好的使用效果。