耐热钢铸件广泛使用于工作温度大于650℃的场合。在很多情况下,这种铸
钢件还会遇到各种腐蚀性气体,因此高温强度只是选材依据之一,材料的耐腐蚀
性也必须加以考虑。在高温腐蚀环境中,碳钢和低合金钢缺乏足够的高温强度和
耐腐蚀性能,在这种条件下工作的零件,应选用耐热钢,耐热钢具有在高温下长
时间工作所必需的高温强度和耐腐蚀性能,除了高温强度和耐腐蚀性能外,有的
铸造耐热钢还要具有承受工作温度周期变化和工作环境性质变化的能力。
按照合金类别,耐热钢主要有三大类,即高铬钢、高铬镍钢和高镍铬钢。这
几类高合金钢成分与耐腐蚀不锈钢相近,不同之处是碳含量较高,所以有较高的
高温强度,它们与相应牌号锻钢的不同在于碳含量高,成分范围窄,在订购耐热
铸钢件时,必须指明铸钢的牌号,因为化学成分上的差异对钢的性能有很大的
影响。
(1)高铬钢这类钢含Cr 8%~30%,含少量的Ni或不含Ni组织是铁素
体,为了提高钢的抗高温性能,可在钢中加入cu( Si)2.0%~3.0%,如
ZG40Cr9Si2。为了细化钢的晶粒,可加入质量分数为1%左右的Ti,如
ZGCr25Ti,这类钢在高温下强度较低,抗燃气腐蚀性能差,应用范围有限,一
般用作阀门、法兰以及受力较小的管接头;而ZG30Cr26Ni5耐热钢强度较高,
可用于矿石烧结炉的零件。
(2)高铬镍钢 这类钢含Cr超过18%,含Ni超过8%,而含Cr量总是超
过含Ni量,其基体组织是奥氏体,有一些钢中有少量铁素体,强度和韧性均比
高铬钢高。为了进一步提高钢的抗氧化性,可往钢中加入∞(Si)1.3%~2.0%,
如ZG35Cr24Ni7SiN。可加入少量强烈形成奥氏体的元素N并代替部分Ni,铬
锰氮铸造耐热钢也是这种类型的高合金钢,其金相组织为奥氏体十铁素体,它含
铬量为17%~20%,再在钢中添加co(Mn) 11%~13%和co(N)0.22%~0. 28%
以取代Ni,加cv(Si)1.6%~2. 4%,进一步提高高温抗氧化性。高铬锰钢必要
时可采用固溶处理(加热至1100℃左右保温淬火)以得到奥氏体十铁素体组织,
一般要求的铸件也可铸态使用。
ZG35Cr25Ni12( HE)耐热钢在高温下具有良好的耐腐蚀性能,并有中等强
度适用温度高达1100℃的零件,这种钢可用于含硫量较高的工作环境,常用作
矿石烧结炉和钢锭加热炉的零件,但这种钢在650~870℃有形成艿相的倾向。
ZG30Cr19Ni9耐热钢基本上不会形成艿相,可在870℃下工作,常用来制作炼油
厂加热炉、水泥窑、矿石烧结炉和热处理炉的管件支架和横梁。ZG40Cr25Ni20
耐热钢具有较高的蠕变强度和持久强度,可用来制造工作温度高达1150℃的构
件,它具有良好的抗燃气腐蚀性能,常用作加热炉滚轴和其他零件,以及蒸汽裂
化粗汽油炉和乙烯热解加热器的管道。ZG40Cr30Ni20耐热钢性能与
ZG40Cr25Ni20相近,在工作温度高达980℃和硫量较高的环境中,它是同类的
热钢中耐腐蚀性能最好的材料,主要用于天然气分解装置。
(3)高镍铬钢 主要合金元素是Ni,含量在23%以上,含Cr量在10%以
上,且含镍量高于含铬量,其整个工作温度范围内保持单一的奥氏体。在这类钢
中,镍是主合金化元素,是促进奥氏体形成元素,也是主要抗高温氧化的合金元
素,并具有一定的抗腐蚀能力,能溶解较多的碳分,减少形成碳化铬的倾向,降
低碳的危害,提高钢的强度,而不降低其塑性,可往钢中添加co(Si)1.5%~
2%,来进一步提高钢的抗氧化性。如ZG35Ni24Cr18Si2高镍铬铸造钢。
这类铸钢通常用于工作温高达1150℃,温度变化大,需要抗热疲劳和热冲
击的零件。但高镍铸钢不宜在硫量较高的环境中使用。
这类钢均具有良好的高温强度和组织稳定性,一般在铸态使用,只有要求较
高蠕变强度的铸件才施行固溶处理和时效处理。
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