耐热钢和耐蚀钢

《耐热钢和耐蚀钢》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第六章耐热钢和耐蚀钢石油化工行业中由于材料经常在较高温度和有一定的腐蚀介质的环境下工作，所以常常使用耐热钢和耐蚀钢来制造。第一节耐热钢我们把能够在高温下工作的钢叫做耐热钢。从耐热钢的工作环境来看，耐热钢应该具有两方面的性能，即高温化学稳定性和高温强度。这样我们把在高温下能长期工作不致因介质侵蚀而破坏的钢叫做热稳定钢（抗氧化钢或耐热不起皮钢）；在高温下仍具有足够的强度不会大量变形或破断的钢叫做热强钢，热强钢在具有高温强度的同时又应具有抗氧化性。一、对耐热钢的性能要求（一）金属的抗氧化性1、金属的氧化过程金属在高温下工作，最容易被氧化。氧化是一种典型的化学腐蚀，具有化学腐蚀

2、的一系列特征。它是介质直接与金属接触而发生的化学反应。在高温下，当O2、CO2、H2O及H2气体与纯净的钢的表面接触时，介质的分子首先被吸附在金属的表面并分解成原子，然后发生介质原子与金属原子的化合作用，首先是使钢脱碳，随后发生铁的氧化反应，其反应可用下列反应式表示：M+X⇔MX式中M表示金属原子，X表示非金属介质原子。反应生成了相应的腐蚀产物，腐蚀产物根据其特点可以分为以下几类。1）腐蚀产物是可挥发的气体，或者腐蚀产物是结构非常疏松的固态物质留在金属的表面。这时，介质可以继续保持与金属表面的接触，使得腐蚀可以继续进行。2）腐蚀产物是结构比较致密的固态物质，同时腐蚀产物

3、可以完整地覆盖在金属的表面。这样要使氧化过程能继续进行，金属离子和氧原子需要扩散通过腐蚀产物形成的覆盖层后才能发生反应，同时生成的产物使得覆盖层进一步增厚。随着覆盖层的增厚，扩散越来越难于进行，氧化反应的速度也越慢。这种覆盖层能够减慢氧化甚至阻碍氧化的进行，我们称为保护膜。2、保护膜的性质与氧化速度金属的氧化速度与保护膜的性质有着密切的关系，我们把保护膜分为下面两类。1）通过保护膜原子或离子可以继续扩散，随着保护膜的增厚，氧化速度1是随时间变化的。其氧化速度可表示为：yy2=kt+2dydt//==ky或者为ykt+A度厚属于这类的金属有Fe、Co、膜Cu、Ni、Mn、

4、Zr。化y=lnkt氧2）保护膜阻碍原子或离子的扩散，氧化速度服从对数规律。其氧化速度t可表示为：图6—1氧化膜厚度与时间的关系ydydt//==ke或者ylnkt属于这类的金属有Cr、Si、Al、Zn。3、铁的氧化膜结构及合金元素的作用1）铁的氧化膜结构铁的氧化物有三种：（1）、FeO：简单点阵，氧化物结构疏松，金属离子容易通过氧化物的空隙进行扩散，抗氧化能力差。（2）、Fe2O3:密堆积结构，能强烈地阻碍扩散的进行，有着一定的抗氧化性。（3）、Fe3O4:密堆积结构，能强烈地阻碍扩散的进行，与铁的表面结合性很好，抗氧化能力强。铁在200℃以下时，氧化膜的增厚符合对数

5、关系。在250～570℃之间符合抛物线关系。在570℃以上，由于氧化膜的组成发生变化，氧化速度有了明显的增加，这时氧化膜由三层组成，最表层Fe2O3，中层为Fe3O4，与铁接触的部分为FeO。当FeO出现时，铁的氧化速度显著增加，而且FeO的结构疏松，与基体的结合较差。出现FeO时，会由于内层的体积变化破坏了外表层致密的Fe2O3和Fe3O4氧化膜的连续性，从而使氧化更易进行。2）合金元素的作用（1）、形成稳定的合金氧化膜为了形成稳定的合金氧化膜，应该使氧化膜的结构比较致密，这样铁离子和氧离子通过膜的扩散就困难。同时，氧化膜和基体金属应结合紧密，不疏松并且不容易脱落，这

6、就要求两者的点阵类型应该相似，点阵常数应相等或成整数被，氧化膜与基体间内应力较小。加入Cr、Al、Si等合金元素，可以优先氧化，形成这些元素占优势的合金氧化膜，具有良好的保护作用。2（2）、提高FeO的形成温度在铁中加入合金元素Cr、Al、Si等可以提高FeO出现的温度，改度1Ni速善钢和合金的化学稳定性。在Cr、化Al、Si含量比较高时，钢在800～氧0.1对1200℃温度范围内不会出现FeO。Si相（3）、净化晶界，减小晶界Cr优先氧化现象A0.01在钢中加入极少量的稀土金属、048121620碱土金属，可以显著提高其抗氧化性合金元素%能，这主要是由于消除了晶界优先

7、氧图6—2合金元素对铁氧化速度的影响化的倾向。（二）金属的高温机械性能与强化1、金属的高温机械性能在室温下，塑性变形是通过位错的运动来进行的，由于晶界具有高的强度，对位错运动具有较大的阻力，所以室温下晶粒越细，强度越高。高温时，随着温度的升高，度穿晶断裂晶间断裂晶界的强度下降显著，材料强度强亦随之下降。当晶界强度与晶内晶内强度强度相等时，材料的强度就由晶界强度所决定，我们把这时的温度称为等强温度。可以看出，随晶界强度着温度的升高，金属的断裂方式会由穿晶断裂转变为晶间断裂，温度这时晶界越多，发生断裂的可能图6—3晶内强度、晶界强度与温度的关