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310S不銹鋼

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至德鋼業對我國耐熱鋼的發展及現狀分析

來源:至德鋼業 日期:2020-03-21 20:07:34 人氣:909

  耐熱鋼是指在260℃~1200℃之間使用,具有抗高溫氧化性能,抗高溫腐蝕性和很好的室溫、高溫力學性能的鋼。隨著科學技術的發展以及對耐高溫材料的研究,越來越多的耐高溫合金應用到了高溫能源系統。在燃氣輪機,熱交換器,航空發動機,反應堆包殼中使用,對有關機械零部件的在高溫下的使用性能要求越來越高。如火電廠的蒸汽鍋爐,熱交換系統,航天發動機的壓氣機,燃燒室,渦輪以及航海蒸汽系統、石油的冶煉加工和化工的高溫工作部件,他們都在高溫下承受各種載荷,如拉伸、彎曲、扭轉、疲勞和沖擊等。此外,它們還與高溫蒸汽、空氣或燃氣接觸,表面發生高溫氧化或氣體腐蝕。在高溫下工作,合金將會發生原子擴散過程,引起組織轉變,這是高溫使用零件和常溫使用零件最根本的區別之處。因為在高溫下應用,所以對這些零部件的技術要求比較高。對于構件的選擇及使用溫度我們要根據材料與熔點之間的關系選擇合適的材料,一般情況下,高溫合金的使用溫度為該合金的(0.3~0.5)熔點℃以上溫度。通過上面的公式,我們可以根據它的熔點確定每一種合金高溫使用溫度,在它的合理溫度范圍內進行使用,我們可以確定鐵基、鈷基和鎳基合金最好是在1000℃以下使用,1000℃以上使用難熔金屬鎢、鉭、鉬、鈮等形成的合金,溫度范圍為1100~3320℃。


   一般情況下,耐熱鋼的選擇就要符合以下的基本要求:


  1. 足夠的化學穩定性,高溫下工作的構件可能會接觸到不同的氣體,在高溫下,具有氧化性和破壞性的氣體很活潑,而金屬材料在高溫下活動性也比較高,當它們發生接觸,氣體和合金很快就會發生反應,把起保護作用的保護膜破壞掉,這樣金屬零件就會失效。


  2. 優異的、綜合的高溫力學性能,高溫構件往往會承受各種載荷,如:自重、拉壓、彎曲、扭轉、恒載和交變載荷,從而使構件產生與時間有關的變形和斷裂,所以高溫工作的材料必須具有優良的抗高溫蠕變斷裂性能等。


  3. 良好的制造性能,高溫金屬材料化學成分設計復雜,控制嚴格,構件形狀往往也很復雜,其性能特征也很獨特。為他們的制造加工帶來了很多的困難。所以,高溫金屬材料應該具有良好的熔煉、變形機械加工、熱處理、焊接等性能。


  4. 適當的經濟可行性,高溫金屬材料的化學成分中含有大量的貴重金屬元素,而且這些貴重的金屬元素冶煉制備成本很高。選擇高溫材料時,根據使用環境和要求,在正常發揮它的使用性能和足夠長的使用年限以外,我們要考慮材料的制備費用,設備情況,材料的可替代性,安全等,全面考慮其使用的可行性。


    20世紀初,人們在單質鎳中加入一定量的鉻元素,改善其在高溫下的綜合性能。20世紀30年代,把少量的鋁元素和鈦元素加入到80Ni-20Cr當中,發現該合金的蠕變強度有了顯著的改善,緊接著把鉻、鈦等元素加入到鐵基和鈷基合金中,與鎳基合金相比達到了同樣的效果。在原有的合金基礎上,加入B、Zr元素能夠起到強化晶界的作用。1950年左右,含5%Mo的合金,含2%Nb的合金都已經研究制備出。在1960年,為了提高耐熱合金的使用溫度,在鎳基合金中加入鎢、鉬、鈷等難熔金屬元素。當人們在元素的加入方面都進行了實驗以后,開始考慮耐高溫合金的制備方法。1970年之前,一般通過鑄造和鍛造方法制造耐高溫合金,發展出了定向凝固,單晶體制備,粉末冶金等方法。1956年開始我們國家就開始嘗試制備高溫合金,起初在燃氣輪機上得到實際應用,至今60多年。高溫合金的使用溫度,從當初的650℃發展到今天的1200℃左右。從最早使用的鐵基高溫合金(亦即耐熱鋼)、鈷基合金,到后來又開發出被譽為“發動機心臟”的鎳基高溫合金,這三不同的合金,鎳基高溫合金是目前使用最為廣泛、使用溫度最高的合金材料。在制造工藝上,定向凝固技術,快速凝固技術,粉末冶金,機械合金化等工藝都應用于高溫合金的制備,使其性能不斷提高。在大量的應用當中,高溫合金在噴氣發動機及燃氣輪機中的應用最引人注目。由于內燃機的熱效率在很大程度上決定于燃氣進口溫度與出口溫度之差,該值越大,熱效率越高。熱效率若增高1%,其節能和提高功率的意義也是非凡的。燃燒溫度的提高,受制于材料的耐熱溫度,這是人們一直在尋求提高高溫合金使用溫度的根本原因之一。隨著材料的進步以及冷卻技術及制備技術的提高,禍輪溫度已從50年代的800℃發展到1400℃左右,這也是高溫合金使用溫度最高、效果最顯著的領域之一。熱效率也相應地從20%升高到30%。


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本文標簽:耐熱鋼 

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