耐熱鋼鑄件適用環(huán)境

最早在鍋爐和加熱爐中使用的材料是低碳鋼，使用的溫度一般在200℃左右，壓力僅為0.8MPa。直到使用的鍋爐用低碳鋼，如20g，使用溫度也不超過(guò)450℃，工作壓力不超過(guò)6MPa。隨著各類動(dòng)力裝置的使用溫度不斷提高，工作壓力迅速增加，現(xiàn)代耐熱鋼的使用溫度已高達(dá)700℃，使用的環(huán)境也變得更加復(fù)雜與苛刻。耐熱鋼的使用溫度范圍為200～1300℃，工作壓力為幾兆帕到幾十兆帕，工作環(huán)境從單純的氧化氣氛，發(fā)展到硫化氣氛、混合氣氛以及熔鹽和液金屬等更復(fù)雜的環(huán)境。

耐熱鋼是指具有高溫抗氧化性和高溫強(qiáng)度的鋼。高溫抗氧化性是保證工件在高溫下持久工作的重要條件。鋼件在高溫空氣等氧化環(huán)境中，氧與鋼表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成多種鐵的氧化物層，該氧化物層很疏松，失去了鋼的原有特性，極易脫落。為了提高鋼的高溫抗氧化性，向鋼中加入合金元素，從而改變氧化物的結(jié)構(gòu)。常用的合金元素有鉻、硅、鋁等。它們與氧反應(yīng)，在鋼的表面上生成致密的、穩(wěn)定的氧化物層，或者說(shuō)鈍化層Cr₂O₃、SiO₂或者Al₂O₃等，以保護(hù)鋼不再繼續(xù)氧化。鉻、硅、鋁加入量多，鋼的高溫抗氧化好，但是若硅、鋁加入量太多，鋼的力學(xué)性能和工藝性變差。所以，耐熱鋼以鉻為主要合金元素，以硅、鋁為輔助元素，總之，鋼的高溫抗氧化性只與化學(xué)成分有關(guān)。

高溫強(qiáng)度系指鋼在高溫下能夠長(zhǎng)時(shí)間保持承受機(jī)械載荷的能力。鋼在高溫下承受機(jī)械載荷一是軟化，即強(qiáng)度隨溫度升高而降低。二是蠕變，即在恒定應(yīng)力的作用下，塑性變形量隨時(shí)間延長(zhǎng)而緩慢增大，鋼在高溫下的塑性變形是由晶內(nèi)滑移和晶界滑移造成。提高鋼的高溫強(qiáng)度，通常采用合金化方法。亦是向鋼中加入合金元素，提高原子間的結(jié)合力及形成有利的組織。加入鉻、鉬、鎢、釩、鈦等，可強(qiáng)化鋼的基體，提高再結(jié)晶溫度，還可形成強(qiáng)化相碳化物或金屬間化合物，如Cr₂₃C₆、VC、TiC等。這些強(qiáng)化相在高溫下穩(wěn)定，不溶解，不聚集長(zhǎng)大，并保持其硬度。加入鎳元素，主要是為了得到奧氏體。奧氏體比鐵素體中的原子排列緊密，原子間結(jié)合力強(qiáng)，原子擴(kuò)散較難。所以?shī)W氏體的高溫強(qiáng)度較好?？梢?jiàn)，耐熱鋼的高溫強(qiáng)度不僅與化學(xué)成分有關(guān)，而且還與組織有關(guān)。

按合金元素含量分類

1）低碳鋼：在此類鋼中部含或很少含有其他合金元素，其碳含量一般不超過(guò)0.2%。

2）低合金耐熱鋼：在此類鋼中都含有一種或幾種合金元素，但含量不高，一般鋼中所含合金元素的總量不超過(guò)5%，碳含量不超過(guò)0.2%。

3）高合金耐熱鋼：在此類鋼中合金元素多，合金元素含量一般在10%以上，甚至高達(dá)30%以上。

按鋼的特性分類

1）抗氧化鋼（或稱耐熱不起皮鋼）：此類鋼在高溫下（一般在550～1200℃）具有較好的抗氧化性能及抗高溫腐蝕性能，并有一定的高溫強(qiáng)度。用于制造各類加熱爐用零件和熱交換器，制造熱汽輪機(jī)的燃燒市、鍋爐吊瓜、加熱爐爐底板和輥道以及爐管等?？寡趸阅苁侵饕笜?biāo)，部件本身不承受很大壓力。

2）熱強(qiáng)鋼：在高溫（通常在450～900℃）既能承受相當(dāng)?shù)母郊討?yīng)力又要具有優(yōu)異的抗氧化、抗高溫氣體腐蝕能力，通常還要求承受周期性的可變應(yīng)力。通常用作汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)子和葉片，鍋爐的過(guò)熱器、高溫下工作的螺栓和彈簧、內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)排氣閥、石油加氫反應(yīng)器等。

按鋼的主要用途分類

工業(yè)爐用耐熱鋼：除反應(yīng)堆、電站鍋爐、石化工業(yè)爐外，在冶金、機(jī)械、建材、輕工等工業(yè)中，廣泛用作熱交換器、加熱爐管、反映罐等多種爐窯中的各種耐熱部件，除采用板、管、棒等耐熱鋼變形材外，并采用大量的耐熱鋼鑄件。冶金廠的各種退火爐罩，可控氣氛連續(xù)加熱爐的馬弗罐、輻射管、裝料框架、鏈帶等，多采用310（0Cr25Ni20）或3Cr24Ni7SiNRe、2Cr25Ni13鋼等。冶金廠連續(xù)式加熱爐和熱處理爐中大量的爐底輥和輻射管亦采用高合金耐熱鋼離心鑄管，常用的牌號(hào)有0Cr18Ni9、00Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti、0Cr17Ni12Mo2、00Cr17Ni12Mo2、3Cr24Ni7SiNRe、0Cr23Ni13、1Cr20Ni14、Cr25Ni20Si2、00Cr10Ni20Mo6Cu6、4Cr25Ni35NbW、70CrMoVBRe、 4Cr28Ni48W5Si2、3Cr26Ni4MnMoRe等。在水泥工業(yè)中，濕法水泥窯預(yù)熱帶中的耐熱鋼鏈條，大型水泥窯蓖冷機(jī)用的篦子板，冷卻機(jī)用的物料斗等，均使用了大量的耐熱鋼件，如3Cr24Ni7SiNRe、1Cr20Ni14、Cr25Ni20Si2等。

1）化學(xué)成分對(duì)耐熱鋼使用壽命的影響

有相當(dāng)多種類的化學(xué)元素，能夠影響到耐熱鋼的使用壽命。這些影響作用表現(xiàn)在增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，防止氧化，形成和穩(wěn)定奧氏體，防腐蝕等多個(gè)方面，如作為耐熱鋼中微量元素的稀土元素能夠顯著地提高鋼的抗氧化性，改變熱塑性。耐熱鋼及合金的基本材料一般會(huì)選用熔點(diǎn)比較高，自擴(kuò)散激活能大或?qū)渝e(cuò)能低的金屬和合金。在各種耐熱鋼與高溫合金對(duì)冶煉工藝的要求很到，因?yàn)橐坏╀撝袏A雜雜物或者某些冶金缺陷存在都會(huì)使材料的持久強(qiáng)度極限降低。因此對(duì)化學(xué)物質(zhì)的作用研究也具有深遠(yuǎn)意義。

2）激光沖擊對(duì)耐熱鋼使用壽命的影響

通過(guò)00Cr12對(duì)耐熱鋼試樣進(jìn)行激光沖擊強(qiáng)化處理，然后把它放在25、400、500和600攝氏度的條件下進(jìn)行疲勞拉伸試驗(yàn)，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)測(cè)試在不同的溫度下拉伸時(shí)耐熱鋼試樣的力學(xué)性能。用單側(cè)容限因數(shù)法和二維weibull分布法進(jìn)行疲勞安全壽命估算并且比較，可以發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)激光強(qiáng)化后的試樣屈服強(qiáng)度和彈性模量得到比較明顯的提高，并且隨著溫度的升高而增加。溫度對(duì)耐熱鋼的壽命有很大影響，隨著溫度的提高，疲勞壽命顯著降低。激光技術(shù)是近年來(lái)被人們普遍接受的在常溫的條件下提高材料微動(dòng)疲勞抗力最有效的辦法。

3）變質(zhì)處理、固溶處理等先進(jìn)工藝對(duì)耐熱鋼使用壽命的影響

鑄件中夾雜物形態(tài)和分布、晶粒粗細(xì)及脆性相的特征，研究了ZG0Cr23Ni13耐熱鋼化學(xué)成分、變質(zhì)處理、熱處理、金屬型澆注等因素的作用。經(jīng)過(guò)復(fù)雜的測(cè)試，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及比較，可以得出復(fù)合變質(zhì)處理、金屬型澆注、固溶處理及真空熔煉等先進(jìn)工藝均不同程度的有利于提高常溫、高溫力學(xué)性能及抗熱疲勞性能，這歸因于晶粒的細(xì)化、脆性相網(wǎng)狀組織的消除及夾雜物形態(tài)和分布的改善。對(duì)金屬材料來(lái)說(shuō)，采用不同的熱處理工藝都會(huì)影響組織結(jié)構(gòu)和晶粒大小，從而改變其熱激活運(yùn)動(dòng)的難易程度。在鑄件失效的分析中，有諸多因素導(dǎo)致失效，主要是熱疲勞導(dǎo)致裂紋萌發(fā)和發(fā)展。相應(yīng)的又有一系列因素影響裂紋的萌生和擴(kuò)展，其中，硫含量極為重要，因?yàn)榱鸭y多沿硫化物發(fā)展。硫含量受原材料及其冶煉質(zhì)量影響外，在氫氣保護(hù)性氣氛下工作的鑄件，若氫氣中含有硫化氫將導(dǎo)致鑄件滲硫。其次，固溶處理的充分與否將影響鑄件的強(qiáng)韌性。

三、耐熱鋼的未來(lái)發(fā)展要求

隨著社會(huì)展發(fā)展，科學(xué)技術(shù)得到突飛猛進(jìn)的發(fā)展，但是隨之而來(lái)的是一系環(huán)境問(wèn)題和生態(tài)和諧問(wèn)題。二氧化碳排放量對(duì)當(dāng)前熱電廠的發(fā)展起到消極影響。研究表明，提高運(yùn)行過(guò)程中蒸汽壓力和溫度是解決上述問(wèn)題的最有效途徑。在熱電廠的主要高溫部件使用的基本均為耐熱鋼，所以開(kāi)發(fā)新型耐熱鋼，提高耐熱鋼的使用溫度范圍，增強(qiáng)在更高溫情況下它的蠕變斷裂強(qiáng)度一直是冶金，電力和材料領(lǐng)域研究的熱門重點(diǎn)。

耐熱鋼連鑄不僅可提高鋼水收得率，省去開(kāi)還工序，大大降低能耗，使生產(chǎn)效率顯著提高。連鑄組織均勻、偏析小，連鑄生產(chǎn)勞動(dòng)強(qiáng)度也較低。所以，連鑄是耐熱鋼生產(chǎn)提高質(zhì)量、降低成本的重要措施，也是現(xiàn)代化生產(chǎn)的重要標(biāo)志之一。耐熱鋼連鑄比一般鋼連鑄在工藝和設(shè)備上有更高的要求，如、耐熱鋼連鑄對(duì)鋼水的溫度和化學(xué)成分要求很嚴(yán)格，而且要求澆鑄溫度控制在比較窄的范圍內(nèi)、為了防止二次氧化，連鑄生產(chǎn)過(guò)程中要求采取無(wú)氧化保護(hù)澆鑄、耐熱鋼連鑄對(duì)鋼包、中間包、滑動(dòng)水口、侵入使水口等用的耐火材料也有嚴(yán)格要求、為了改善鑄還的凝固組織，減少夾雜物、中心偏析、中心縮孔、內(nèi)裂等缺陷，獲得高質(zhì)量的連鑄還，一般采用電磁攪拌技術(shù)、耐熱鋼連鑄還的冷卻工藝與一般鋼不同，特別是馬氏體鋼，一定要在300℃以上將鑄還裝入退火爐內(nèi)緩冷，防止發(fā)生馬氏體相變，產(chǎn)生變形裂紋、耐熱鋼連鑄還的質(zhì)量要求比一般鋼嚴(yán)格的多。

選材應(yīng)注意的主要因素

在眾多耐熱鋼牌號(hào)中，選用符合水泥廠工況條件的耐熱鋼，必須綜合考慮以下幾個(gè)因素：

（1）使用耐熱鋼鑄件的工作溫度。工作溫度系指最高溫度，正常溫度和最低溫度以及溫度變化率。

（2）耐熱鋼鑄件承受的機(jī)械載荷。

（3）耐熱鋼鑄件與其接觸的氣體，狀況（包括風(fēng)速含塵量、含化學(xué)成分等）。

（4）價(jià)格要低廉，凡能用鉻、鎳含量低的鑄造耐熱鋼就不用鉻、鎳含量高的。

水泥廠應(yīng)不斷地總結(jié)和積累使用耐熱鋼鑄件的經(jīng)驗(yàn)。若有使用中發(fā)生失效問(wèn)題并經(jīng)分析證明，耐熱鋼鑄件非正常報(bào)廢確系選材不當(dāng)所致時(shí)，則可與制造廠聯(lián)系通過(guò)研究重新選材來(lái)防止失效，制造廠應(yīng)向使用廠提供重新選材資料并指明方向。

工業(yè)行業(yè)協(xié)會(huì)。二零一零年四月二十九日成立。

近兩年來(lái)，泰州興化市鑄造業(yè)形成產(chǎn)業(yè)集群效應(yīng)，二零零九年鑄造產(chǎn)值突破五十億元，耐熱鋼鑄件約占全國(guó)市場(chǎng)份額的百分之八十，目前進(jìn)入列統(tǒng)企業(yè)的有八十多家。該行業(yè)協(xié)會(huì)將發(fā)揮政府與企業(yè)之間的橋梁和紐帶作用，承擔(dān)建設(shè)優(yōu)質(zhì)耐熱鋼、耐磨鋼鑄造產(chǎn)業(yè)基地的責(zé)任。加強(qiáng)行業(yè)自律建設(shè)，引導(dǎo)企業(yè)堅(jiān)持創(chuàng)新，提升核心競(jìng)爭(zhēng)力。

協(xié)會(huì)的職能主要是推進(jìn)和加強(qiáng)全市耐熱鋼鑄造企業(yè)交流協(xié)作，整合業(yè)內(nèi)優(yōu)質(zhì)資源，提供信息咨詢服務(wù)，實(shí)現(xiàn)行業(yè)資源共享，引導(dǎo)企業(yè)和經(jīng)營(yíng)者遵紀(jì)守法、誠(chéng)信經(jīng)營(yíng)、行業(yè)自律，維護(hù)會(huì)員企業(yè)和企業(yè)家的合法權(quán)益，充分發(fā)揮會(huì)員企業(yè)與政府部門之間的橋梁和紐帶作用。

協(xié)會(huì)現(xiàn)有86家企業(yè)單位會(huì)員和17名個(gè)人會(huì)員。鑄造行業(yè)作為我市傳統(tǒng)特色產(chǎn)業(yè)，近年來(lái)取得了長(zhǎng)足發(fā)展，2009年產(chǎn)值突破50個(gè)億。生產(chǎn)的耐熱鋼、耐磨鋼等鑄件在全國(guó)具有一定的影響，占有一定的份額，其產(chǎn)品蓖板、護(hù)板、掛板、襯板、導(dǎo)板、爐底板、噴嘴、汽車精鍛件、球墨鑄鐵、等速萬(wàn)向節(jié)等廣泛應(yīng)用于水泥、電力、冶金、汽車、熱處理等行業(yè)，興化市已成為名副其實(shí)的全國(guó)耐熱鋼鑄造基地。