不锈钢和耐热钢的高温性能

耐热性是指在高温下，既有抗氧化或耐气体介质腐蚀的性能（即热稳定性），同时又有足够的强度（即热强性）。

1.高温性能

不锈钢表面形成的钝化膜不仅具有抗氧化和耐腐蚀的性能，还可提高使用温度。例如，若单独用铬来提高钢的抗氧化性，介质温度达到800℃时，要求w_Cr≥12％；在950℃下耐氧化时，要求w_Cr≥20％；而当w_Cr≥28％时，在1100℃也能抗氧化。18-8不锈钢不仅在低温时具有良好的力学性能，在高温时又有较高的热强性，在900℃的氧化性介质和700℃的还原性介质中，都能保持其化学稳定性，也常用作耐热钢。

Cr或Cr-Ni耐热钢因热处理制度不同，在常温下具有不同的性能。如退火状态的20Cr13钢的抗拉强度为630MPa，1038℃淬火＋320℃回火时抗拉强度达1750MPa，但断后伸长率只有8％；12Cr18Ni9固溶处理状态下抗拉强度仅为600MPa，但断后伸长率可高达55％。

2.热强合金化

耐热钢的高温性能中首先要保证抗氧化性。为此钢中含有Cr、Si或Al，可形成致密完整的氧化膜而防止继续发生氧化。热强性是指在高温下长时间工作对断裂的抗力（持久强度），或在高温下长时间工作时抗塑性变形的能力（蠕变抗力）。为提高钢的热强性，其措施主要有以下几个方面：

1）提高Ni含量以稳定基体，利用Mo、W固溶强化，提高原子间结合力。(www.xing528.com)

2）形成稳定的第二相，主要是碳化物相（MC、M₆C或M₂₃C₆）。因此，为提高热强性希望适当提高碳含量。如能同时加入强碳化物形成元素Nb、Ti、V等更有效。

3）减少晶界和强化晶界，如控制晶粒度并加入微量硼或稀土元素等，如奥氏体钢06Cr15Ni25Ti2MoAlVB中添加B的质量分数约为0.003％。

3.高温脆化

耐热钢在热加工或高温长期工作中，可能产生脆化现象。除了Cr13钢在550℃附近的回火脆性、高铬铁素体钢的晶粒长大脆化，以及奥氏体钢沿晶界析出碳化物造成的脆化之外，值得注意的还有475℃脆化和σ相脆化。

（1）475℃脆化 主要出现在Cr的质量分数超过15％的铁素体钢、铁素体-奥氏体双相钢和含δ铁素体的奥氏体钢中。随着Cr含量的增加，475℃脆化的倾向增大。在430～480℃之间长期加热并缓冷，可导致在常温或负温时出现强度升高而韧性下降的现象，称为475℃脆化。目前对其机理认识不一致：有人认为是在Fe-Cr合金系中以共析反应的方式时效沉淀，析出富Cr的α′相（体心立方结构）所致；也有人认为是析出了有序固溶体Fe₃Cr或FeCr，这种新相的析出是产生475℃脆化的原因。杂质对475℃脆化有促进作用，所以高纯度有利于抑制475℃脆化。已产生475℃脆化的钢，在600～700℃加热，保温1h后空冷，可以恢复原有性能。

（2）σ相脆化σ相是Cr的质量分数约45％的FeCr金属间化合物，无磁性，硬而脆。在纯Fe-Cr合金中，w_Cr＞20％即可产生σ相。当存在其他合金元素，特别是存在Mn、Si、Mo、W等时，会促使在较低Cr含量下即形成σ相，而且可以是三元组成，如FeCrMo。Ni、C、N因可减少δ相而有减轻σ相形成的作用，因为容易发生δ→σ。高Cr-Ni奥氏体钢，如25-20钢也可发生γ→σ。σ相硬度高达68HRC以上，而且多分布在晶界，显著降低韧性。