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基體為奧氏體組織的耐熱鋼。這類鋼含有較多的鎳、錳、氮等奧氏體形成元素,在600℃以上有較好的高溫強(qiáng)度和組織穩(wěn)定性,焊接性能良好,是在600~1200℃應(yīng)用最廣的一類耐熱鋼。按其合金元素組成可分為鉻-鎳、鉻-鎳-氮、鉻-錳-鎳-氮、鉻-錳-氮、鐵-錳-鋁等不同系列:
(1)鉻-鎳系。是這類鋼中應(yīng)用最廣,牌號最多的系列,以其不同的鉻、鎳含量配比,滿足不同溫度檔次的需要,隨著鉻鎳含量的增高,抗氧化性及高溫強(qiáng)度隨之提高。根據(jù)需要在鋼中加入固溶強(qiáng)化元素(鎢、鉬),碳化物形成元素(釩、鈮、鈦)及微量元素(硼、鋯、鎂、稀土等)以進(jìn)一步提高鋼的熱強(qiáng)性。
最典型牌號是1Cr18Ni9,在此基礎(chǔ)上演變的0Cr18Ni11Ti、0Cr18Ni11Nb、Cr17Ni12Mo2等可分別用于600~650℃鍋爐管,850℃左右并承受一定應(yīng)力的石油化工用各種板管材料,如加熱爐管、熱交換器管、燃燒室筒體、爐罩等。適當(dāng)提高鉻鎳含量形成了Cr23Ni13鋼,用于 1000℃左右的爐用耐熱構(gòu)件,1Cr25Ni20(Si2)是用于1000~1200℃范圍內(nèi)世界各國普遍采用的耐熱鋼牌號。為了提高耐熱鋼的抗?jié)B碳性及熱強(qiáng)性,國外發(fā)展了Cr21Ni32AlTi(Incoloy800),用于石化及核能工業(yè)。Cr14Ni14W2Mo、0Cr15Ni-25Ti2MoAlVB、1Cr22Ni20Co20Mo3W3NbN等鋼中加入較多的強(qiáng)化元素鎢和鉬,提高了熱強(qiáng)性,前者用于承受負(fù)荷較高的排氣閥材料,后兩牌號用于700~750℃高溫汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子、螺栓、葉片等。
(2)鉻-鎳-氮系。為了節(jié)約鎳,同時提高鋼的高溫強(qiáng)度,在鋼中加入氮,中國發(fā)展了3Cr19Ni4N、3Cr-24Ni7SiN(RE)等牌號,前者可代替1Cr18Ni9,后者可代替 1Cr23Ni13、1Cr25Ni20及 HK40(4Cr25Ni20),3Cr24Ni7SiN(RE)已列入中國國家標(biāo)準(zhǔn)而廣泛應(yīng)用,2Cr22Ni12N為引進(jìn)鋼種,用于汽油機(jī)及柴油機(jī)排氣閥。
(3)鉻-錳-鎳-氮和鉻-錳-氮系。同時在鋼中加入錳和氮,可節(jié)省大量的鎳,國內(nèi)外均發(fā)展了不少牌號,如5Cr21Mn9Ni4N為典型閥門鋼,大量用于經(jīng)受高溫強(qiáng)度為主的汽油及柴油機(jī)排氣閥。在此基礎(chǔ)上加入鎢、鉬、釩、鈮可進(jìn)一步提高高溫強(qiáng)度,用于承受更大負(fù)荷的排氣閥,如中國的Cr21Mn9WNbN、Cr21Mn-10MoVNbN等。2Cr20Mn9Ni2Si2N、3Cr18Mn12Si2N為中國自己發(fā)展的鋼種,有較好的高溫強(qiáng)度,并具有良好的抗氧化性及抗?jié)B碳性,可用作吊掛支架、滲碳爐內(nèi)構(gòu)件、加熱爐傳送帶、料盤等,前者抗氧化優(yōu)于后者,還可用作鹽浴坩堝及其他爐用材料。與鉻鎳鋼相比,鉻-錳-氮和鉻-錳-鎳-氮鋼強(qiáng)度較高,但由于鋼中加入了較多的錳,對高溫抗氧化性帶來不利的影響,抗氧化性不如鉻-鎳系耐熱鋼。
(4)鐵-錳-鋁系。這類鋼完全不含鉻鎳,以錳碳形成奧氏體基體,靠鋁解決高溫抗氧化問題。早在1934年德國首次發(fā)表了鐵-錳-鋁系鐵角相圖,發(fā)現(xiàn)了含碳的鐵-錳-鋁系存在一個穩(wěn)定的奧氏體相之后,鐵-錳-鋁系奧氏體耐熱鋼的研究逐漸得到重視。20世紀(jì)60年代初,為了節(jié)約鎳鉻,中國開始了鐵-錳-鋁系耐熱鋼的研究,借鑒國外的經(jīng)驗(yàn),發(fā)展了Mn30Al9型耐熱鋼,用于700~950℃的爐用構(gòu)件。為了節(jié)約合金元素,針對950℃以下爐用耐熱鋼的要求,開發(fā)了性能優(yōu)于Mn30Al9型的6Mn18Al5型的耐熱鋼,合金元素節(jié)約了40%,改善了工藝性能。中國牌號6Mn18Al5Si2Ti為爐用鋼,6Mn18Al5SiMoTi、6Mn18Al5SiMoV為閥門鋼。2Mn18Al5SiMoTi(2Mn18Al5Si2Ti)為雙相鋼,可以生產(chǎn)鋼管,用來代替1Cr18Ni9。在生產(chǎn)鐵-錳-鋁系鋼變形材時,需經(jīng)電渣重熔,以保證質(zhì)量和成材率。這些牌號60~70年代在中國曾得到了應(yīng)用和推廣,后來由于鎳鉻資源易于得到,同時也因使用性能的局限性而使用較少。