选择使用耐热钢时,应重点考虑下面一些问题:
1)对于高温长时工作的设备或零件,不能采用高温短时力学性能指标作为选择材料的依据。因为,在高温条件下,时间因素的影响非常显著;某一温度下不同材料短时力学性能相同,其持久强度和蠕变极限则可能有极大差异。
2)对于高温持久强度和蠕变极限而言,并不是合金元素含量越高越好。例如铬钼钢,当铬含量1.5%~2.0%时,提高蠕变极限和持久强度的作用最为显著;在550℃以下,Cr2Mo的蠕变极限和持久强度较Cr5Mo、Cr9Mo显著提高。因此,在非腐蚀性介质或只有轻微腐蚀性的介质中,采用珠光体耐热钢是最合理的。仅在与腐蚀性较强的介质接触时,才适宜选择含合金元素较高的钢。
3)钢的合金化特点和组织状态不同,耐热温度范围也不同。应该根据设备或零件的工作温度,选择合适的钢号。例如,在540℃以下工作的设备,如果是和一般性的含硫原油接触,根据介质腐蚀严重程度,选择Cr2Mo、Cr5Mo、Cr7Mo或Cr9Mo就足够了;如果是与蒸汽接触,选择12CrMo就够了。在这两种情况下,都没有必要采用可以耐更高温度和耐浸腐性更强的1Cr19Ni9Ti等。(www.xing528.com)
4)蠕变极限和同一温度的持久强度是两种不同的性能指标,知此不能推知彼。不同材料的蠕变极限和持久强度的相对高低也完全不同;有的钢持久强度强而蠕变极限弱,有的则相反。而应力松弛与蠕变极限和持久强度更无联系。钢的化学成分、组织状态对于蠕变极限、持久强度和应力松弛的影响规律是不同的。因此,选择耐热钢的牌号和处理状态时,应针对设备或零件的不同服役要求来确定。例如,450~550℃、公称压力≤160kgf/cm2的管道法兰紧固件,其失效主要是应力松弛引起的,采用正火、650℃回火的25Cr2MoVA比较合适,而淬火回火的25Cr2MoVA或正火回火的12Cr2Mo则不大合适。
5)高温下工作的机件,有的承受负荷,有的不承受负荷或受负荷甚小。前者需要在高温下保持相当高的热强性,并且在使用温度下不起氧化皮;后者只要求在高温下不起氧化皮。这两种情况应分别对待,选择出不同化学成分和组织状态的钢种。
6)耐热钢一般都要经过恰当的热处理才能有高的耐热性。同一牌号的钢,采用不同的热处理,其高温性能会有成倍差异。而且,一般地讲,高温下长期使用的零件的热处理要求与常温条件下工作的零件不同。常温条件下认为淬火回火最能发挥钢的强度潜力,高温零件则不然;对于低合金铁素体和珠光体型耐热钢,其最佳的热处理一般是正火并高温回火(回火温度至少比工作温度高100℃),而奥氏体耐热钢一般是单相化加时效。常温条件下希望钢的晶粒细小一些,而高温时则要求钢的晶粒粗大一些;工作温度越高,耐热强度也越决定于晶粒度。
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