低合金热强钢如何提高热强性

❶ 钢材 加热 变形

用以制造高温承压元件的钢管

1 具有足够的蠕变强度、持久强度和持久塑性

通常以持久强度为设计依据，保证在蠕变的条件下安全运行

2 具有良好的高温组织稳定性

长期高温下不发生组织变化

3 具有良好的的高温抗氧化性

要求材料在高温条件下的氧化腐蚀速度小于0.1mm/a

4 具有良好的加工工艺性

要求冷加工性(冷态弯曲)和焊接性

2. 锅炉与压力容器用钢的分类

一、工作温度低于500℃的钢材

碳素钢和低合金结构钢

1 铁素体-珠光体结构钢

屈服强度σs为300-450MPa

16Mn，15MnV，15MnVN加入合金元素，固溶强化，结晶强化作用

2 低碳贝氏体类型钢

屈服强度σs为500-700Mpa

14CrMnMoVB延缓奥氏体分解，得到贝氏体，增加强度

3 马氏体型调质高碳钢

屈服强度σs为600Mpa以上

18MnMoNb和14MnMoNbB正火加回火，有良好的低温韧性

二、工作温度高于500℃的钢材

低合金热强钢和奥氏体不锈钢

1 低合金珠光体热强钢

15CrMo和12Cr1MoV，结晶强化，沉淀强化

2 低合金贝氏体热强钢

12Cr2MoWVTiB和12Cr3MoVSiTiB，特点：合金数量多而量少，高温强度高，抗氧化性强

3 奥氏体不锈钢

18-8型铬镍奥氏体不锈钢：1Cr18Ni9Ti和0Cr18Ni9Ti，高温强度高，抗氧化性强，且具有很高的韧性和较好的加工工艺性

3. 碳素钢

一、碳素钢中主要成分对性能的影响

1 碳的影响

碳增加，强度增大，塑性减少，可焊性变差，时效敏感性降低

2 锰的影响

脱氧(FeO)脱硫，改善热加工性能

3 硅的影响

脱氧

4 硫的影响

热脆性

5 磷的影响

冷脆性

6氧的影响

降低强度、塑性

7 氮的影响

提高强度、硬度，降低塑性

8 氢的影响

氢脆

二、碳钢的分类

化学成分：高(含碳量在于0.65%)、中(含碳量0.25-0.65%)、低碳钢(含碳量小于0.25%)

用途：普通碳素结构钢、优质碳素结构钢和碳素工具钢

1 普通碳素结构钢

甲类钢：按机械性能供应(A)，钢板，角钢等

2 优质碳素结构钢

按机械性能和化学成分供应

含碳量低：钢板、容器、螺钉、螺母

含碳量中：齿轮、轴

含碳量高：弹簧、钢丝绳

3 碳素工具钢(T)

高硬度和耐磨性，制造刀具、量具、模具

三、锅炉与压力容器常用碳素钢

承压元件主要使用低碳钢，因为塑性、韧性、加工工艺性和可焊性好

(1) 优质碳素结构钢

10号和20号无缝钢管

20号钢含碳量比10号钢多一倍，强度高，屈服极限σs和强度极限σb高20%，时效敏感性低，多采用20号钢

(2) 专用碳素钢

A3g A3R 15g 20g，冲击韧性好，金属表面和内部缺陷少

4. 普通低合金结构钢

低合金钢是在碳素钢的基础上加入少量Si,Mn,Cu,Ti,V,Nb,P等合金元素构成的，它的含碳量较低，多数小于0.2%。其组织多数仍为F+P。由于少量合金元素的加入可以大大提高钢材的强度，并改善了钢材的耐腐蚀性能和低温性能。

低合金钢可轧制成各种钢材，如板材，管材，棒材和型材等。它广泛用于制造远洋轮船、大跨度桥梁，高压锅炉，大型容器，汽车，矿山机械及农业机械等。

大型化工容器材料采用16MnR，生量比碳钢可减轻1/3。用15MnV制造球形贮罐，与碳钢相比节省45%。

焊接

5. 低合金热强钢

在原油加热，裂解，催化设备中，常用到许多能耐高温的钢材。如裂解炉管，要求承受650～800℃高温。

20号钢在540℃下于氧化性气体中，因氧化强度只有50MPa。因为石墨化。

常用的抗氧化钢

——Cr13SiAl,Cr25Ti,Cr17Ti,Cr25Ni2

热强钢

——12CrMo,Cr5Mo,1Cr18Ni9Ti,Cr25Ni20

6. 不锈耐酸钢

是不锈钢(耐大气)和耐酸钢(不锈)的总称，

铬不锈钢——1Cr13多用作化工机器中受力大的耐蚀零件，如轴，活塞杆，阀件，螺栓，浮阀等

0Cr13,Cr17Ti F组织，有良好塑性

铬镍不锈钢——1Cr18Ni9 18-8不锈钢

有较高的抗拉强度，较低屈服点，极好的塑性和韧性，焊接性能和冷弯成型性能好，用来制造贮罐，塔器，反应釜，应用最广。

7. 低温用钢

深冷分离，空分，液化气贮罐低温使用。

低温钢平均含碳量0.08～0.18%，单相F组织，加入适量的Mn,Al,Ti,Nb,Cu,V,N等元素改善钢的综合机械性能。

常用低温用钢

1) 低合金低温用钢

16MnDR -40℃ 机械性能优于一般低碳钢

2) 镍钢

2.25% -60℃
3.5% -100℃
9% -200℃

3) 高锰奥氏体钢

15Mn25Al4 其中Mn是形成A的基本元素，Al作为稳定A的元素。

4) 铬镍奥氏体不锈钢

18-8奥氏体不锈钢

国外低温设备用钢，以高铬镍为主，其次用镍钢，铜，铝。

❷ 金属强化的强化的途径

金属材料的强化途径不外两个，一是提高合金的原子间结合力，提高其理论强度，并制得无缺陷的完整晶体，如晶须。已知铁的晶须的强度接近理论值，可以认为这是因为晶须中没有位错，或者只包含少量在形变过程中不能增殖的位错。可惜当晶须的直径较大时(如大于5μm)，强度会急剧下降。有人解释为大直径晶须在生长过程中引入了可动位错，一旦有可动位错存在，强度就急剧下降了。从自前来看，只有少数几种晶须作为结构材料得到了应用。另一强化途径是向晶体内引入大量晶体缺陷，如位错、点缺陷、异类原子、晶界、高度弥散的质点或不均匀性（如偏聚）等，这些缺陷阻碍位错运动，也会明显地提高金属强度。事实证明，这是提高金属强度最有效的途径。对工程材料来说，一般是通过综合的强化效应以达到较好的综合性能。具体方法有固溶强化、形变强化、沉淀强化和弥散强化、细化晶粒强化、择优取向强化、复相强化、纤维强化和相变强化等,这些方法往往是共存的。材料经过辐照后,也会产生强化效应，但一般不把它作为强化手段。 结晶强化就是通过控制结晶条件，在凝固结晶以后获得良好的宏观组织和显微组织，从而提高金属材料的性能。它包括：
1） 细化晶粒。细化晶粒可以使金属组织中包含较多的晶界，由于晶界具有阻碍滑移变形作用，因而可使金属材料得到强化。同时也改善了韧性，这是其它强化机制不可能做到的。
2） 提纯强化。在浇注过程中，把液态金属充分地提纯，尽量减少夹杂物，能显著提高固态 金属的性能。夹杂物对金属材料的性能有很大的影响。在损坏的构件中，常可发现有大量的夹杂物。采用真空冶炼等方法，可以获得高纯度的金属材料。 金属材料经冷加工塑性变形可以提高其强度。这是由于材料在塑性变形后
位错运动的阻力增加所致。 合金化的金属材料，通过热处理等手段发生固态相变，获得需要的组织结构，使金属材料得到强化，称为相变强化．
相变强化可以分为两类：
1) 沉淀强化(或称弥散强化)。在金属材料中能形成稳定化合物的合金元素，在一定条件下，使之生成的第二相化合物从固溶体中沉淀析出，弥散地分布在组织中，从而有效地提高材料的强度，通常析出的合金化合物是碳化物相。
在低合金钢(低合金结构钢和低合金热强钢)中，沉淀相主要是各种碳化物，大致可分为三类。一是立方晶系，如TiC、V4C3，NbC等，二是六方晶系，如M02、W2C、WC等，三是正菱形，如Fe3C。对低合金热强钢高温强化最有效的是体心立方晶系的碳化物。
2) 马氏体强化。金属材料经过淬火和随后回火的热处理工艺后，可获得马氏体组织，使材料强化。但是，马氏体强化只能适用于在不太高的温度下工作的元件，工作于高温条件下的元件不能采用这种强化方法。 晶界部位的自由能较高，而且存在着大量的缺陷和空穴，在低温时，晶界阻
碍了位错的运动，因而晶界强度高于晶粒本身；但在高温时，沿晶界的扩散速度比晶内扩散速度大得多，晶界强度显著降低。因此强化晶界对提高钢的热强性是很有效的。
硼对晶界的强化作用，是由于硼偏集于晶界上，使晶界区域的晶格缺位和空穴减少，晶界自由能降低；硼还减缓了合金元素沿晶界的扩散过程；硼能使沿晶界的析出物降低，改善了晶界状态，加入微量硼、锆或硼+锆能延迟晶界上的裂纹形成过程；此外，它们还有利于碳化物相的稳定。 在实际生产上，强化金属材料大都是同时采用几种强化方法的综合强化，
以充分发挥强化能力。例如：
1）固溶强化十形变强化，常用于固溶体系合金的强化。
2）结晶强化+沉淀强化，用于铸件强化。
3）马氏体强化+表面形变强化。对一些承受疲劳载荷的构件，常在调质处理后再进行喷
丸或滚压处理。
4）固溶强化+沉淀强化。对于高温承压元件常采用这种方法，以提高材料的高温性能。
有时还采用硼的强化晶界作用，进一步提高材料的高温强度。

❸ 合金元素是怎样提高钢的热强性和组织稳定性的

合金元素融入奥氏体后形成合金碳化物，冷却时碳化物又弥散状态强化，就提高钢的热强性和组织稳定性。

❹ 从合金化的角度考虑如何提高钢的热强性

提高钢的热强性可以加入合金元素，在钢中形成大量的碳化物或金属间化合物相，使其在时效处理时呈弥散析出，形成稳定相，在高温下保持对位错运动的机械阻碍作用。

在纯金属或固溶体集体中加入难熔的弥散化合物、氧化物、硼化物、碳化物、氮化物等，由于这类弥散相具有高稳定性，可将金属材料的使用温度提高到熔点往年度的80%~85%。

影响耐热钢热强性的因素

①影响耐热钢的软化因素

随着温度的升高，钢的原子间结合力降低，原子扩散系数增大，从而导致钢的组织由稳定态向亚稳态过渡、如第二相的聚集长大、多慨热拒相合金中成分的变化、亚结构相化及发生再结晶等这些因素都导致钢的软化。

②形变断裂方式的变化

金属材料在低温下形变时一般都以滑移方式进行，但随着温度的升高，载荷作用时间加长，这时不仅有滑移，而且还有扩散形变及晶界的滑动与迁移等方式。

扩散形变是在金属发生变形但看不到滑移线的情况下提出的。这种变形机制是高温时金属内原子热运动加剧，致使原子发生移动，但在无外力作用下原子的移动无方向性，故宏观上不发生变形；当有外力作用时，原子移动极易发生且有方向性，因而促进变形。

❺ 提高钢热强性的途径有哪些

提高钢的热强性主要途径省三个方面基体强化煤二相强化、晶界强化。

❻ 普通低合金钢中主要合金成份及对钢的热处理影响和提高力学性能作用

低合金钢中主要添加铬锰等元素。铬元素可以提高钢的淬透性，并且能够提高硬度。锰可以提高其硬度和疲劳强度。

❼ 热强钢焊条跟低合金钢焊条一样吗

热强钢焊条与低合金钢，金属材质，应用场合不同，焊条是不一样的。

❽ 碳钢、低合金钢、高合金钢、不锈钢、耐热钢、低温钢等保温时间太长和降温速度太慢对组织、性能有什么影响

热处理时保温时间过长、降温过慢，相当于“退火”过分。对任何钢材，都会产生硬度降低、韧性提高的效果。但硬度降太低，强度也降低了。
关于强度于热处理的关系，例如45钢，淬火后组织变的细密，硬度增大的同时强度也提高了。因此材料的强度区分为淬火状态或是退火状态等的不同强度值。

其实去应力退火也是退火，只要你把工件加热烧到一定温度，其内部组织就已经开始发生变化了，对硬度就会产生降低的影响。也就是说，只要工件经历了你的有效升温、降温过程，其金相组织一定会发生变化。

❾ 对热强钢的要求

1)具有足够的热强性，包括高温持久强度或蠕变强度。
2)具有足够的抗腐蚀性和抗氧化性。
3)具有良好的可加工性能，包括冷、热成形性能，热切割性和焊接性等。