第一篇：高端锅炉耐热钢范文
火电机组高端锅炉耐热钢特点和国产化进程
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本帖被 ez-wzx 执行锁定操作(2010-02-15) 1 火电机组选材
我国火电机组的生产制造主要是超超临界和超临界机组，亚临界机组的比例很小，今后发展超超临界的比例将要超过超临界机组。
在超临界机组中高端用耐热钢主要是T91/P9
1、TP347H、TP347HFG。在超超临界机组中高端用耐热钢主要是T92/P9
2、T91/P9
1、T122/P1
22、TP347HFG、Super304H、HR3C以及XA70
4、NF709R。目前国内建造中紧缺的是P9
1、T92/P9
2、TP347HFG、Super304H和HR3C，其中T91/P9
1、T9
2、TP347HFG和Super304H国内已经供货，P92和HR3C全部依赖进口，供不应求，价格昂贵。 2 高端锅炉耐热钢的特点
铁素体钢主要集中在T91/P9
1、T92/P9
2、T122/P122，都是马氏体钢，国际上习惯称为铁素体钢。共同的特点是含Cr量在9%～12%Cr，加入W、Mo固溶强化元素和少量析出强化元素，如Nb、V、N、B以及Cu。以下介绍几种耐热钢的主要特点。 2.1 T91/P91钢
1)T91/P91钢的强化
主要依靠M23C6析出相的强化，其次是MX相强化和Mo的固溶强化，在高温长时使用后会析出σ相，当σ相在<2级且弥散分布时对强度有贡献，当σ相长大后就失去了强化作用，同时在σ相周围区域贫Cr。在高温长时运行后M23C6会发生粗化(即长大)使持久强度下降，MX相是一个比较稳定的相，对长时持久强度贡献大，日本学者Abe和欧洲的研究表明，在几万小时后可能发生MX→Z相转变，即若干个MX相聚集成Z相而使强度逐渐下降。T91/P91钢中马氏体板条对强度有明显影响，涉及到板条束的尺寸和板条中的亚结构。T91/P91钢在国内外使用表明，组织稳定，基本满足使用需求。 2)钢中Cr量的控制
应当引起重视的是钢中Cr的含量，标准是8.0%～9.5%，而生产厂往往在冶炼中把Cr的含量控制在下限，即8.2%～ 8.3%，尤其是T91在炉内使用会发生管外表面腐蚀严重，对管内抗蒸汽腐蚀性能也不利。因此，用户在订货时需要与钢厂、钢管厂要求在中限以上，以保证T91/P91钢管高温长时的抗腐蚀性。 3)T91/P91钢中Al、Ti含量的控制
Al在钢中会与钢中的氧结合成粒状Al2O3，与钢中的N结合成AlN。粒状Al2O3是夹杂物，对钢的强度和抗腐蚀性能不利，关键是AlN，AlN是尖角的不规则的脆性相，在应力条件下可能在尖角处由于应力集中而萌生裂纹，危害性大。Al2O3和AlN的生成都会降低钢的塑性性能。夹杂物与基体之间由于微电池效应会发生腐蚀现象，对钢不利。因此，在近几年来国际上重视钢中Al、Ti及Zr量的控制，在ASME 213M-07，ASME 213-08中都规定了Al≤0.02%，Ti≤0.01%，Zr≤0.01%。 4)关于S、P、O含量的看法
在标准中S、P的规定是比较宽的，从日本进口的钢管和质保书看，控制是严的。S是有害元素，主要形成MnS夹杂，由于是塑性夹杂物，对热加工塑性变形影响不大，对钢的塑性性能影响也不大，但是，我们认为MnS夹杂在钢中的存在可以看作是微裂纹的存在，MnS的强度很低，在长时应力条件下会在这些薄弱区域发生微裂纹的发展，因此，会对钢的高温持久强度产生影响。S含量低，MnS的尺寸、数量、形态分布都会改善，条状的MnS变成点状不连续分布、数量减少，尺寸减少都会减少MnS的负面影响。从供货情况来看，日本进口钢管中S含量一般在0.003%以下，国产在0.006%以下，质量好。P含量高一般会影响热加工塑性，可能会影响焊缝的塑性，目前供货在0.020%以下，可以满足生产和使用。氧含量在标准中没有规定，日本进口管分析[O]在20～35ppm，国产在30～60ppm，有炉外精炼条件的特钢厂[O]一般在30～45ppm，[O]低必然会降低钢中氧化物夹杂的级别，改善氧化物夹杂的尺寸、数量、分布和形态，低的[O]会改善钢的性能，但是，会增加炼钢的成本。
5)关于δ-铁素体
T91/P91钢的Cr当量不高，T91钢管中一般不出现δ-铁素体，在大口径厚壁的P91钢管中由于成分偏析和热加工等原因往往会出现δ-铁素体，对钢的持久强度会有不利影响。因此，要求钢的冶炼中使成分均匀化，尤其是浇注成钢锭，要求钢锭中不发生偏析，最好进行高温扩散退火。 2.2 T92/P92钢
1)T92/P92钢的强化：
T92/P92钢是在T91/P91钢基础上发展的，是日本新日铁钢铁公司神原瑞夫和小田克朗在1987年研制成功，即NF616。钢中加入1.50%～2.00%W，把Mo量由0.85～1.05%降到0.30%～0.60%，采用W-Mo复合强化，W+Mo的总量达到1.80%～2.60%，超过T/P91的一倍，同时加入0.001%～ 0.006%B，目的是提高钢的高温持久强度。
T92/P92钢主要依靠M23C6及Laves相(AB2)的强化，其次是MX相强化和固溶强化以及B对晶界的强化。由于B元素加入M23C6相中会抑制M23C6的长大，即在高温下T92/P92中的M23C6长大速度低于T91/P91钢中M23C6的长大速度，即粗化的程度减弱，可以使钢的高温持久强度下降减缓。
T92/P92钢中加入约1.8% W在调质处理状态钢中就存在Laves相，最初的析出量比M23C6量要少很多，但在高温下析出速度快，增量大，在几千小时后的析出量与M23C6相当，成为主要强化相。MX相即(Nb,V)(C,N)相在高温下比M23C6和Laves相稳定，析出相增长不多，尺寸在纳米级，因此，对持久强度有明显贡献。固溶在固溶体中的W和Mo由于置换固溶而强化基体，固溶在固溶体中的N由于间隙引起晶格畸变也能使固溶体强化，T92/P92中的B还强化晶界。由于以上各方面的强化作用使得T92/P92比T91/P91的持久强度大幅度提高，普遍认为可用于620～650℃蒸汽参数机组。 2)钢中Cr量控制
由于T92/P92钢的使用温度比T/P91钢高，抗蒸汽腐蚀和管外壁抗灰腐蚀的要求相应提高，因此希望Cr量控制在中限以上，甚至中上限为好，但在上限会出现δ-铁素体。 3)关于δ铁素体
P92钢由于大口径厚壁，普遍存在δ-铁素体，日本住友公司控制水平高，可能出现δ-铁素体少。这是P92钢的一个重要问题，δ-铁素体的出现，必然降低钢的长时持久强度，要避免δ-铁素体的生成，难度比P91要大，原因是钢中Cr含量应当在中限-中上限，W+Mo总量比P91中高一倍，导致钢的Cr当量提高，这就要求炼钢的技术提高，保证钢锭中不发生偏析。我们认为P92钢中含Ni量需要放宽，比如≤0.60%，有利于降低Cr当量。大钢锭最好进行高温扩散退火，使钢中成分均匀。钢管的热加工温度必须严格控制，防止δ-铁素体的生成。
2.3 T122/P122 T122/P122钢是在T92/P92的基础上发展起来的，是日本住友公司伊势田敦朗在1991年研制成功的。为了提高抗腐蚀性能将Cr量由9%提高到11%，同时加入约1%Cu。 1)T122/P122钢的强化
T122/P122钢中W含量由T92/P92的1.5%～2.0%提高到1.50%～2.50%，V含量由0.15%～0.25%提高到0.15%～ 0.30%，并加入1%Cu，除了T92/P92的固溶强化，M23C6相、Laves相、MX相强化并增加了纳米级的富Cu相强化。T122/P122钢的设计思想是增加W的固溶强化，增加V量提高MX相的析出，再加上富Cu相析出，达到比T92/P92更高的持久强度，实际上比T92/P92低，其原因之一可能是由于Laves相大量析出并长大而引起的。 2)δ-铁素体
伊势田敦朗忽略了δ-铁素体的危害作用，由于Cr、W、V含量的增加导致钢的Cr当量高，增加1%Cu后仍然处于临界状态，在T122/P122中不同程度地存在δ-铁素体，虽然Ni的上限提高到≤0.50%，实际上δ-铁素体甚至多达30%以上，导致高温持久强度下降比T/P92低。从日本和欧洲电站使用情况表明，T122/P122的抗腐蚀性能较好，强度比T91/P91好，总的效果不如T92/P92，2007年ASME公布T122/P122持久强度比原先公布的下降27%，T92/P92钢下降15%，因此，目前设计中大多不采用T122/P122，目前在日本、欧洲以及我们都在T122/P122钢的基础上调整成分，目的是持久强度不低于T92/P92，而抗灰腐蚀性能提高以满足620～650℃蒸汽参数机组的需求。 2.4 TP347H和TP347HFG TP347H和TP347HFG是在18-10奥氏体的基础上0.32%～1.0%Nb和0.06%～ 0.10%N，使钢的高温强度大幅度提高。 1)钢的强化
主要是M23C6相的强化，其次是NbC相和MX相即Nb(C,N)的强化以及Nb的固溶强化。
2)钢的抗灰腐蚀性能
由于大幅度地提高Cr量，抗蒸汽腐蚀和抗灰腐蚀性能比铁素体钢大幅度提高。 3)TP347HFG 通常称细晶347，由于细晶粒钢的抗蒸汽腐蚀性能明显提高，因此采用荒管在1200℃固溶，然后冷轧大变形加工使钢的晶粒碎化，在成品管再结晶温度进行固溶处理，使钢管保持在7级以上晶粒度。
4)关于TP347HFG持久强度高于TP347H的分析
1983年日本住友公司寺西洋志研制成功TP347HFG钢。
TP347H和TP347HGF的生产过程有不同，TP347HGF钢的生产为了获得细晶，在穿管后的管要经过1200～1250℃高温固溶，在这个过程中大块的一次NbC有很大部分溶解到固溶体中，钢管或是持久试样在高温长时过程中析出更多的二次细小弥散的NbC或是Nb(C,N),因而导致TP347HFG钢比未经过高温固溶处理的TP347H具有更高的持久强度 5)TP347HFG生产工艺的意义
TP347HFG生产过程中采用1200～1250℃高温固溶处理的工艺，不仅提高了TP347H钢的强度和抗腐蚀性能，更重要的是为以后的Super304H、HR3C等奥氏体耐热钢管的生产提供了理论指导。
2.5 Super304H(S30432)
Super304H(S30432)钢是日本住友公司1991年椹木義淳与三菱公司合作研制成功，为超超临界机组的开发奠定了基础。该钢是在18-8的基础上吸收多元素复合强化理论研制成功的。
1)Super304H钢的强化特点
该钢在18-8的基础上添加Nb、Cu、N、B，主要是M23C6相的强化，其次是MX即Nb(C，N)相和富Cu相的强化，固溶Nb、N起到一定的固溶强化，B进入晶界使晶界得到强化。 2)抗灰腐蚀性能
由于钢中含18%Cr，在> 650℃高温下使用时抗腐蚀性能显得不足，主要表现在抗蒸汽腐蚀和抗晶间腐蚀性能方面。
在欧洲，超超临界锅炉中采用Super304H钢管制作过热器管使用曾发生蒸汽腐蚀剂严重的现象。研究表明，管内壁经过喷丸处理，使表面50μ级厚度变成细晶，表层硬度也相应地提高，抗蒸汽腐蚀性能明显提高。在机理方面，有人认为晶粒细化后提高了晶内Cr量往晶界和内层表面的扩散速度，保证了管内壁表层中的Cr含量，因而提高了抗蒸汽腐蚀性能。目前国内已能大批量喷丸处理，成本较高。 3)晶间腐蚀
关于晶间腐蚀，近年来用户提出供货钢管必须抗晶间腐蚀，是防止钢管在运行前发生晶间腐蚀而开裂。根据我们几年的研究，Super304H晶间腐蚀性能与成分和热处理工艺有关。晶间腐蚀的机理是晶界富集M23C6后导致晶界及邻近区域贫Cr，在650 ～700℃敏化处理后会产生晶间腐蚀。因此，生产Super304H炼钢中C、Nb含量必须控制，钢管固溶热处理后必须快冷。 4)晶粒度
目前用户订货中要求≥7级。这种要求是基于抗蒸汽腐蚀要求，日本有学者认为≥8级晶粒度会使抗蒸汽腐蚀性能大幅度提高，可以不进行喷丸处理。 3 高端锅炉耐热钢国产化的进程
T91/P91钢在80年后期随着美国CE公司超临界机组的进口而引进。90年代初我们开展了T91钢的研究并开始了国产化的进程，经过几年努力，研究院、钢厂、锅炉厂的紧密合作，宝钢、长钢生产的钢管都通过了评审，批量供应锅炉厂使用。
P91的进程较慢，由于炼钢和热加工条件的限制，直到目前我国还不能生产P91全部规格钢管，只能生产直径小于800mm的大口径、厚壁管。目前，武汉重型铸锻件公司、成都无缝钢管厂、北方重工集团、江苏扬州诚德钢管公司、天津钢管公司、河北宏润钢管公司能生产部分大口径钢管，大规格厚壁管仍然是从日本、欧洲、美国进口。国外进口管质量良莠不均，价格昂贵，工期不保，对锅炉厂制造和电站建设压力很大，由于原材料涨价太快，锅炉厂在销售机组后出现大幅度亏损。
T92/P92钢国产化工作，主要是从90年代末国内合作进行T92的研究和国产化工作的。2006年宝钢通过T92钢管评审后开始批量供货，供应锅炉厂热轧钢管。P92钢管国内正在试制阶段，现在全部依靠进口。进口管不同程度的存在δ-铁素体。
TP347H国内生产已有十年。TP347HFG国内也已经试制成功，宝钢、江苏宜兴钢管厂等厂家已批量供货。钢铁研究总院在1996年开始了Super304H钢的研究，2003年科技部下达863计划与宝钢、哈锅一起进行国产化研究和试制。通过十年来各单位共同努力，对钢的成分、热变形、热处理、晶间腐蚀，高温长时时效和高温持久试样的组织和相结构分析，通过钢厂设备改造和大生产的批量试制，终于获得了成功。2008年已有五家企业通过评审，现已大批量向锅炉厂供货，有宝钢、浙江久立特材科技公司、江苏武进钢管公司、江苏华新钢管公司、江苏宜兴精密钢管厂。
火电机组高端锅炉耐热钢的国产化工作已逐步展开,今后我国将增加研发力度，建立火电机组用钢性能数据库。纵观中国火电的迅速发展，展望未来，我们充满信心和希望
第二篇：超超临界机组锅炉新型耐热钢的焊接
范长信 张红军 董
雷 周荣灿
(西安热工研究院有限公司，陕西省 西安市 710032)
摘
要：目前火电机组正在向着高参数大容量方向发展，蒸汽温度和压力进一步提高，为此开发采用了一些新型马氏体耐热钢和奥氏体耐热钢，这些钢的合金元素含量较以前的锅炉用钢较高，焊接性相比之下有所下降。本文主要介绍了超超临界机组锅炉用新钢种的焊接性、焊接接头的组织、力学性能和典型的失效方式。 关键词：超超临界;锅炉;耐热钢;焊接性;性能
1前言
超超临界机组的出现，提高了机组的效率，减少了污染物的排放，是目前火电发展的必然趋势。蒸汽温度超过了600℃，蒸汽压力超过了25MPa，而且还在不断的升高，这有赖于新型耐热钢的不断发展。目前应用于超超临界机组过路的新型马氏体耐热钢有P9
1、P92(NF616)、E9
11、P122(HCM12A)等，奥氏体耐热钢有TH347HFG、Super304和HR3C等。这些钢的合金元素含量均大于10%，给焊接带来一定的困难[1-2] 。
焊接接头的失效是电站高温承压部件失效的一种主要方式，常常具有早期失效的倾向。因此提高焊接接头的完整性对电站机组的安全运行是十分重要的。焊接接头的完整性主要是焊接接头的性能与母材相一致，表现在成分、组织、性能、结构的连续性。通常我们并不能够使接头的性能与母材完全一致，但是我们总是努力使其趋向一致。过去一般认为焊接接头中存在缺陷，但是现在大多数的高温焊接接头中均不存在影响使用安全性的宏观缺陷。取而代之的是焊接接头组织的不均匀性和由此引起的蠕变性能的不均匀性。与母材相比，焊接接头组织的不均匀将会使其存在强度或大或小、塑性或高或低的区域。这些组织不同的区域在使用过程中将会产生不同的蠕变速率，导致接头中应力的错配和早期失效。在未来电站和焊接接头的设计中，必须考虑焊接接头的性能，使其对电站安全性的危害最小化[3]。
超超临界机组锅炉中的一些新型耐热钢在国内是首次使用，对它们的焊接性能研究尚少，对其焊接接头性能的研究更是空白，应引起高度重视。本文主要介绍了超超临界锅炉用钢焊接接头的性能，对这些新型耐热钢进行了焊接性分析。
2超超临界机组锅炉用新型马氏体耐热钢的焊接
超超临界机组锅炉用新型马氏体耐热钢主要有T/P9
1、T/P9
2、E911和 T/P122等，常用于超超临界机组管道和过热器管上。这些钢由于Cr含量较高，在加工制造过程中容易产生δ铁素体。T/P91是在9Cr-1Mo钢基础上通过加入Nb、V、N等合金元素而形成的新型耐热钢，其使用温度小于585℃。T/P92和E911是在T/P91耐热钢基础上发展起来的新型耐热钢，其中T/P92是在T/P91的基础上通过加入1.5~2.0%W代替部分Mo元素，Mo元素含量下降到0.3~0.6%而形成，E911是在T/P91的基础上加入0.9~1.1%W而形成，它们的使用温度可升高到630℃。这些9%Cr钢具有良好的力学性能。T/P122是新型的12%Cr耐热钢，由于Cr含量的增大，在加工制造工程中更容易出现δ铁素体，通常加入1%的Cu来抑制这种有害组织的形成，这种钢的抗氧化性较好。马氏体钢的下一步发展是在这些钢的基础上加入Co、B等合金元素来进一步提高抗蠕变性能和抗氧化性能。虽然这些钢的抗蠕变和抗氧化性能较好，但
314 在实际工业生产过程中，如果没有合适的焊接工艺来保证，这些钢的优越性也难以发挥出来。 2.1 新型马氏体耐热钢焊接性分析
新型马氏体耐热钢一般通过控轧控冷工艺制造，在焊接过程中，焊缝金属没有这种控轧控冷的机会，很难通过细晶强化和位错强化来改善焊接接头的性能，故焊接接头的性能和母材之间存在一定的差异。这些马氏体耐热钢焊接接头劣化的方式主要有： 2.1.1焊接接头的脆化
马氏体耐热钢焊接接头的脆化主要有粗晶组织引起的脆化和淬硬组织引起的脆化两种脆化方式。焊缝金属晶粒粗大是由于在焊接过程中，奥氏体化时间较长，晶粒长大速度较快，且在焊接过程中不像母材生产过程中有控轧控冷的机会形成的。故在焊接过程中应使用较低的焊接线能量。由于这些钢的合金元素含量较高，焊后冷却速度控制不当就会导致淬硬组织的形成，从而导致焊接接头的脆化。故可采取预热的方法来解决这一问题。 2.1.2热影响区的软化
马氏体耐热钢的供货状态为正火+回火，即调质处理。焊接时，在细晶热影响区和临界热影响区将会产生软化现象。造成这一现象的主要原因是焊接时，细晶热影响区的所经受的温度稍高于Ac3，临界热影响区所经受的温度在Ac1~Ac3之间，处于这一温度区间的金属发生部分奥氏体化，沉淀强化相在这一过程中不能够完全溶解在奥氏体中，在随后的热过程中未溶解的沉淀相发生粗化，造成这一区域的强度降低。软化对短时高温拉伸强度影响不大，但降低持久强度，长期高温运行后，在软化区常常会产生Ⅳ型裂纹。焊接线能量、预热温度对软化带影响较大，焊接线能量大预热温度高，软化区宽。所以，焊接线能量不宜大，预热温度不能高，软化区宽度越窄，其拘束强化作用越强，软化带的影响越小。 2.1.3焊接冷裂纹
冷裂纹是在焊后冷却过程中在Ms点以下或更低的温度范围内形成的一种裂纹，又称延迟裂纹。产生这种裂纹的三要素为淬硬组织、氢元素和应力。马氏体耐热钢焊接冷却过程控制不当往往形成淬硬组织，这一组织会导致裂纹的形成。焊接过程中氢主要来源于母材和焊条，氢的含量越高越易聚集形成裂纹，制造、安装中一般选用低氢型焊条且制订了严格的烘培和保温工艺就是这个原因。拉应力也是产生冷裂纹的一个主要因素，在焊接过程中应尽量减少拘束度，防止产生较大的拘束应力。
理想的焊接工艺是采用适当的工艺措施保证在焊接过程中不产生裂纹，减少脆化、软化等问题，同时还要保证全马氏体组织的形成，满足焊接接头的质量要求。 2.2 新型马氏体耐热钢焊接接头的化学成分
新型马氏体耐热钢的焊接所选用的焊接材料一般是与之匹配的焊接材料。下面简要地阐述一下这些钢焊接接头的化学成分。 2.2.1 T/P91钢[5]
对于T/P91钢，为保证焊接接头足够的韧性，应对焊接接头中的合金元素含量进行控制。Nb元素对冲击韧性的影响较大，焊接接头中Nb的含量一般不低于0.04%， Nb的含量设计为0.04~0.07%。Ni能够有效改善焊接接头的冲击韧性，对Ni含量的适当控制是有益的，这是由于以下两个方面的原因决定的。第
一、它降低了Ac1点，使得Ac1与PWHT(焊后热处理)温度接近，改善了回火性能。第
二、它减少了δ铁素体形成的倾向，δ铁素体的存在对焊接
[4]
315 接头的性能是不利的。可是当Ni含量>1%时，这种元素将会产生一定的副作用，它使得Ac1降低幅度较大，PWHT温度超过了Ac1，PWHT时，发生奥氏体化，在随后的冷却过程中形成未回火的马氏体组织。长期服役过程中，过量的Ni还会改变沉淀相的变化发展过程，恶化蠕变性能，故Ni的含量一般控制在0.4~1.0%。V、C、N等对焊缝金属韧性的影响不大。Mn含量较母材为高，主要目的是为了脱氧，保证形成合适的焊缝金属。可是一些专家认为Mn+Ni的含量最大不超过1.5%，以防止它们过多降低Ac1。在这个限制条件下，为保证脱氧Mn含量较高，Ni的含量可减少到0.5%。Si也是一种有效的脱氧剂，与Cr共同作用可提高这种钢的抗氧化性。尽管有一些规范规定焊缝金属的Si含量和P91母材一致，但降低Si的含量有助于韧性的改善，在这一点上，AWS规定焊材中Si的含量不高于0.30%，低于母材中Si的含量。 2.2.2 T/P92钢[6-7]
T/P92马氏体钢的韧性水平较T/P91低，蠕变强度较高，对于它们的填充金属一般要求SMAW、SAW焊接时要保证室温冲击韧性CVN>41J。试验已经证明，使用和T/P92相同化学成分的焊材将会导致焊接接头韧性和蠕变强度的降低，尤其对SAW，这种情况更为严重。这样以来必须对每种合金元素的作用以及合金元素之间的相互作用进行研究，以确定合适的焊材成分，同时最为重要的是对N、Ni、Mn、Co和B含量进行优化。C、N化合物的形成以及元素B对蠕变断裂强度有着重要的影响，它们的加入增加了材料的屈服强度和抗拉强度，但降低了塑性和韧性。Mn和Ni对强度的影响不大，但是，Mn和Ni的含量超过基体金属的上限能够显著改善焊接接头的韧性，同时降低Ac1，一般它们的极限值由Ac1来确定。Mn和Ni的含量一般<1.5%，同时可以用Co来代替部分Ni。为了避免δ铁素体的生成，应适当控制W的含量。B能够提高蠕变强度，但降低焊接接头的韧性，成分含量应控制在基体金属下限左右。V、Nb、Co对韧性不利，同时易导致热裂纹，因此其含量也应控制在下限左右。除了这些元素的影响，也应考虑Ti、Al氮化物的影响。 2.2.3 E911和T/P122钢[5]
E911钢的化学成分和T/P92钢相似，其焊接接头化学成分的分析可参照T/P92钢的成分分析。对于T/P122钢，由于其合金元素含量较高，焊接时，容易在焊接接头中产生δ铁素体。这两种钢焊接接头成分的分析均可借鉴T/P91钢和T/P92钢的分析方法。Nb元素对冲击韧性的影响较大，Ni对冲击韧性的改善有利，但同时Ni还降低Ac1，故其含量不易太大。Mn和Si是有效的脱氧剂，合适的含量对于改善焊接接头的性能有利。 2.3 新型马氏体耐热钢焊接接头的组织
这些新型马氏体耐热钢顾名思义可知其组织包括焊接接头的组织均为马氏体。焊接接头是一个不均匀体，对于不同的区域，因经历的热过程不同，导致微观组织不同，例如马氏体板条的位向、大小、原奥氏体晶粒度、碳化物的类型、形状、分布等在BM、HAZ、WM的分布有或大或小的差异，当然其力学性能也有区别，如WM和BM的硬度、强度高于FG、ICHAZ，长期运行容易在FG、ICHAZ形成IV型损伤等。下面以T/P92钢为例介绍一下这种马氏体耐热钢焊接接头的组织。
图1给出了T/P92焊接接头的宏观和微观组织形貌。宏观形貌为均匀的多层焊缝金属和回火的HAZ组成，HAZ宽度为2~3mm。
图2给出了T/P92焊接接头焊缝金属的TEM像，可以看出在焊态下，组织为典型的回火
[8]
316 马氏体+M23C6颗粒在原奥氏体晶界和亚晶界处的弥散分布，偶尔可以看到岛状的δ铁素体，这种δ铁素体处在M23C6颗粒的包围之中。PWHT后，组织发生了相当大的回复，但马氏体结构和M23C6颗粒在焊缝晶界的分布清晰可见，如图2b所示。
在T/P92焊接接头的细晶热影响区(FGHAZ)，焊态下，发现了薄弱的回火马氏体组织，马氏体板条不清晰，M23C6颗粒的分布也不够均匀，如图3a所示。PWHT后可以观察到亚晶以及低密度位错的存在，其中部分亚晶已发生了多边化，如图3b所示。
图1 P92焊接接头在PWHT后的宏观和微观组织形貌
2.4 新型马氏体耐热钢焊接接头的力学性能
T/P9
1、T/P92(NF616)、E9
11、T/P122(HCM12A)焊接接头合金元素含量较高，这些合金元素具有固溶强化和沉淀强化的作用，焊接接头的力学性能水平较高。在室温横向焊接
317 图2 P92焊接接头焊缝金属的TEM像a)焊态 b)PWHT
图3 P92焊接接头HAZ的TEM像a)焊态 b)PWHT 接头拉伸试验时断裂发生在母材上，可以认为室温下母材的强度低于焊接接头。高温下的蠕变性能有所差别，下面给出了母材和焊缝金属的高温蠕变性能。 2.4.1 母材的蠕变性能
图4给出了不同钢种在100MPa下运行100000h的使用温度范围。可以看出新型马氏体耐热钢的使用温度已超过了600℃，且这些新型高Cr钢的蠕变断裂强度与奥氏体钢相当。图中虽然没有给出T/P122钢在同一条件下的使用温度，但是相关资料已证实这种钢的使用性能优于T/P92钢，其抗氧化性较好， T/P122钢的使用温度也可在600℃以上。这些新型马氏体耐热钢优越具有很好的抗蠕变性能和耐蚀性，能够减少部件的厚度，提高使用温度。 2.4.2 焊缝金属的蠕变性能
许多试验业已证明这些新型耐热钢焊接接头的高温失效位置主要在焊接接头的热影响区，热影响区是焊接接头的薄弱区域，这主要与其所经受的热过程有关。对于焊缝金属，一些试验结果表明采用匹配焊接材料使得焊缝金属的高温(600℃、650℃)蠕变断裂强度均低于母材。对于T/P9
1、T/P9
2、E911钢采用匹配焊接材料焊接时可以得出以下结论：
1) 焊缝金属的蠕变断裂强度低于母材。
2) 随着试验持久时间的增加，焊缝金属的蠕变断裂强度与母材的差距越来越大。 新型马氏体耐热钢的横向焊接接头高温蠕变试验的失效位置在HAZ的外侧，即靠近母材的HAZ，一般称之为细晶热影响区和临界热影响区。这一区域在焊接过程中发生部分奥氏体化，大多数C、N化合物沉淀析出，PWHT时发生再结晶。由于缺少C、N等晶内强化元素，从而使这一区域的马氏体组织发生软化。在这一软化区域经常发生IV型损伤，以前的经验表明在
[5][9]
318 图4 不同材料在100MPa/100000h下的最大使用温度
所有的CrMo耐热钢中均存在这种现象。由焊接接头的硬度测量也可知道这一区域的硬度比母材和焊缝金属也低许多，一般情况下这种差距约在30HV左右。
横向焊接接头在高温低应力下发生的IV型损伤是CrMo钢的一个典型特征，然而在低温高应力短时持久试验下，焊接接头的失效发生在母材处。从目前的电站使用经验看这种焊接接头的主要损伤还是IV型损伤，可见焊缝金属的蠕变性能对焊接接头的寿命影响不大，除非它和IV型损伤区共同作用。一些专家接受了这个观点。同时，也存在其它两种关于焊缝金属对焊接接头性能影响的观点，特别是焊缝金属的优化可以延迟IV型损伤的发生，这两种观点都认为焊缝金属的蠕变强度将影响蠕变量在焊接接头不同区域的分布。一种观点是降低焊缝金属的强度，使其与IV型区的强度相当。另一种观点是扩大焊接接头熔合区的宽度，这一区域的强度和母材相当，以减少IV型区的蠕变量，延长使用寿命。
普遍认为焊接接头的失效模式受控于HAZ，但是目前关于焊缝金属的选择是否能够延迟损伤或延长部件的使用寿命并没有统一的观点。 2.5 焊缝金属的韧性
新型马氏体耐热钢焊接时如果焊接参数选用不当，很容易产生粗大的马氏体、没有回火的马氏体，还有可能形成δ铁素体等，这些组织都对焊接接头的韧性不利。虽然高温时接头的脆性断裂是不可能的，但考虑水压试验、检修等因素，通常对焊接接头的室温冲击韧也有要求。影响焊接接头的室温冲击韧性的因素如下： 2.5.1 接方法的影响
焊接方法将对焊接接头的韧性有着重要的影响。采用GTAW氩气保护焊，以及使用固体焊丝和金属芯焊丝(MCW)可是使焊接接头在PWHT后获得较高的室温冲击韧性。韧性与氧含量有关，GTAW(氧含量100～200ppm)
319 2.5.2 化学成分的影响
一般情况下，能够改善蠕变性能的元素均恶化焊缝金属的韧性，例如Nb、V、N和Si等，其中N和Si的影响较小。能够抑制δ铁素体形成，保证获得全马氏体组织的合金元素对焊缝金属的蠕变性能和韧性均有利。 2.5.3后热处理的影响
焊后热处理的目的是降低焊接残余应力和改善组织性能。为了保证焊接接头的韧性，焊后热处理的回火作用是非常重要的，它可以使焊接接头获得完全回火的马氏体组织。实际应用时涉及到回火温度和时间的选择。 2.5.4 其它因素的影响
焊接过程中发生的晶粒细化对焊接接头的韧性也有一定的影响。此外，焊层厚度、焊接时的对口以及焊接环境等也对接头的韧性有一定的影响。焊层厚度薄，韧性较高。
对于焊缝金属，不同的标准对其室温(+20℃)冲击韧性有着不同的要求。对于T/P91钢焊缝金属，AWS没有对其室温(+20℃)冲击韧性做出要求，但在非强制性的附录A5.5-96中建议这种钢焊接接头的冲击韧性可由厂商和顾客协商确定。在欧洲的EN 1599:1997中规定了这种钢焊缝金属的室温(+20℃)冲击韧性最小值不得低于38J，平均值不得低于41J。这些值与专家们提出的PWHT后室温(+20℃)冲击韧性在35~50J之间是一致的。
3 超超临界机组锅炉用新型奥氏体耐热钢的焊接[10-11]
鉴于高温过热器(SH)和高温再热器(RH)的蒸汽参数较高，在设计时必须充分考虑其烟气侧腐蚀和蒸汽侧氧化的性能。一般的铁素体耐热钢虽然强度上能够满足SH/RH的要求，但其抗烟气侧腐蚀和蒸汽侧氧化的性能较差，不利于机组的安全可靠的运行，所以在SH/RH设计时，一般可采用奥氏体不锈钢。目前超超临界机组SH/RH的主要设计材料为TP347HFG、Super30
4、HR3C等。这些材料的合金含量如Cr、Ni等较铁素体耐热钢有着很大的提高。为了保证焊接接头和母材具有较佳的匹配性，焊接材料的选取也必须为奥氏体型焊接材料。奥氏体耐热钢由于热膨胀系数大，导热性能差，在焊接和使用过程中易出现下列问题： 3.1 晶间腐蚀
晶间腐蚀是奥氏体耐热钢一种极其危险的破坏形式。它的特点是沿晶界开始腐蚀，从表面上看，一般不容易发觉,但它使承压管道焊接接头的力学性能显著下降和容易发生早期破坏。根据“碳化物析出造成晶间贫铬”理论,在450～850℃范围内，C和Cr易在奥氏体晶粒边界处形成碳化铬,使得晶粒边界处局部贫铬。晶界处的含Cr量被降低到小于12%，钢材因此丧失了耐腐蚀性能。另外，Fe-Cr合金在400～550℃长期加热时，会产生一种特殊的脆性,其硬度显著提高，冲击韧性严重下降,称为475℃脆性。而在实际焊接过程中经过测量发现，焊接接头往往是在400～550℃这个温度区间停留的时间最长，所以对475℃脆性这个问题需要多加关注。 3.2 应力腐蚀裂纹
应力腐蚀裂纹(stress corrosion cracking 简称SCC)是应力和腐蚀联合作用引起的一种低应力脆性裂纹。奥氏体不锈钢线膨胀系数大，导热性差，在结构复杂、刚度较大的情况下，焊接变形受到约束，焊后构件特别是焊接接头存在较大的焊接残余应力，而奥氏体耐热
320 钢的组织特征和腐蚀介质的存在，满足了产生SCC的充要条件，从而使奥氏体不锈钢产生SCC的倾向较大。奥氏体耐热钢的SCC有晶间、晶内和晶间/晶内混合等三种形式，但是以晶间SCC最常见。 3.3 热裂纹
热裂纹主要有结晶裂纹和液化裂纹两种形式，结晶裂纹是在结晶后期，由于低熔点共晶形成的液态薄膜消弱了晶粒间的联系，在拉应力作用下发生开裂的裂纹;液化裂纹是指近缝区或多层间部位在热循环的作用下被金属重新熔化，在拉伸力的作用下，沿奥氏体晶界开裂的裂纹。 3.4 再热裂纹
由于奥氏体不锈钢热膨胀系数大，导热率低，故在焊接时接头附近的温度场和变形量极不均匀，导致很大的残余应力。在随后的PWHT(SR)或者高温服役时，残余应力的释放以及应力集中会使晶界的塑性变形较大，从而产生裂纹。这种裂纹一般出现在粗晶HAZ区，属沿晶裂纹，在粗晶区易于扩展，扩展一旦遇到细晶组织即停止。
奥氏体不锈钢焊缝热影响区的划分不像铁素体钢，尽管微观组织的变化如晶粒长大、溶质的析出以及距熔合线0-5mm区域的碳化物分布的变化，但是并没有相变发生，由于大的热膨胀系数和低的热传导率，在与焊缝连接的母材中存在较大的塑性变形。这个应变影响区SAZ(strain affected zone)与焊接参数(如焊条直径、电流/电压以及电极的摆动幅度等)有关，能够扩展到距熔合线约25mm处。
稳定化奥氏体钢如TP321和TP347中的再热裂纹是一个长期形成的过程。焊后冷却过程中碳化物在母材位错处的沉淀析出，导致晶内强化，晶界区域的蠕变集中以及后来形成的低塑性晶间裂纹。TP316由于没有强碳化物形成元素和相对高的蠕变塑性，一度被认为对于再热裂纹是免疫的。可是，在SAZ中存在复杂的多轴残余应力，与单轴应力相比，塑性大量下降。在英国能源电站的TP316钢焊接接头中曾出现过再热裂纹。以上提及的再热裂纹部分地归因于大零件的壁厚，其具有大的拘束。
对于奥氏体钢，再热裂纹发生在接近熔合线到距熔合线几毫米范围内，经常出现在最后一层焊道之下。可是对于厚壁或结构复杂的部件，再热裂纹也存在于SAZ中。 3.5 疲劳裂纹
由于机组的频繁启停，容易在设备的高应力区域出现疲劳裂纹，疲劳裂纹很难被发现，但其危害性极强。焊接接头存在缺陷(气孔、夹渣、夹钨、未熔合等)的区域容易形成疲劳源。
通过对奥氏体不锈钢焊接接头的大量等温疲劳试验，发现奥氏体钢存在两个奥氏体-铁素体脆性转变温度范围：350-550℃及550-950℃，Broek认为产生疲劳裂纹的因素主要有两点 ，即碳、氮、铬磷化物、铬氧化物、σ相和其它中间相的共同沉淀作用;无任何沉淀相，但有复杂铬化物的形成，容易造成晶格扭曲和晶间硬化作用。
碳化物和脆性沉淀相的含量低于6%时，疲劳裂纹的扩展速度不会超过正常状态下的两倍;但当Laves相、σ相和碳化物的含量超过7%时，疲劳裂纹的扩展速度会超过正常状态下的五倍，;当σ相和碳化物的含量高于6%时，疲劳裂纹的扩展速度不是很稳定。
321 4 结束语
电站高温焊接接头的完整性对于电站的安全运行有着重要的影响，由于焊接接头的组织性能不均匀，导致焊接接头在运行过程中产生应力的再分配和蠕变应变在软化区域的集中，使得这一区域有着早期失效的倾向。
1) 有焊接接头的HAZ性能较差，相对来说它们是安全的薄弱部位。
2) 对于马氏体耐热钢主要存在的问题有焊接接头的脆化、热影响区的软化、焊接冷裂纹和长时服役时产生的IV型裂纹等。
3)对于奥氏体耐热钢主要存在的问题有焊接接头中的晶间腐蚀、应力腐蚀、热裂纹、再热裂纹和疲劳裂纹等。
超超临界机组锅炉中的一些新型耐热钢在我国没有使用经验，应引起重视，在下面几个方面加强研究，以保障我国超超临界机组锅炉的制造、安装质量，确保超超临界机组的安全运行。
1)新型耐热钢的合金化原理、冶金特点; 2)新型耐热钢的常温及高温性能;
3)新型耐热钢的焊接性及焊接工艺、焊后热处理工艺和异种钢焊接工艺; 4) 新型耐热钢的热加工性能及工艺;
5) 新型耐热钢服役后组织、性能的变化规律及寿命评估。
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作者简介
范长信，1962年出生，研究生，硕士，教授级高工，国际焊接工程师。长期从事电站金属技术监督、电站材料焊接研究和电站锅炉压力容器检验工作。
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第三篇：耐热钢
在高温条件下，具有抗氧化性和主够的高温强度以及良好的耐热性能的钢称作耐热钢。耐热钢包括抗氧化钢和热强钢两类。抗氧化钢又简称不起皮钢。热强钢是指在高温下具有良好的抗氧化性能并具有较高的高温强度的钢。耐热钢主要用于在高温下长期使用的零件
heat-resisting steels 在高温下具有较高的强度和良好的化学稳定性的合金钢。它包括抗氧化钢(或称高温不起皮钢)和热强钢两类。抗氧化钢一般要求较好的化学稳定性，但承受的载荷较低。热强钢则要求较高的高温强度和相应的抗氧化性。耐热钢常用于制造锅炉、汽轮机、动力机械、工业炉和航空、石油化工等工业部门中在高温下工作的零部件。这些部件除要求高温强度和抗高温氧化腐蚀外，根据用途不同还要求有足够的韧性、良好的可加工性和焊接性，以及一定的组织稳定性。中国自1952年开始生产耐热钢。以后研制出一些新型的低合金热强钢，从而使珠光体热强钢的工作温度提高到600～620℃;此外，还发展出一些新的低铬镍抗氧化钢种。
耐热钢和不锈耐酸钢在使用范围上互有交叉，一些不锈钢兼具耐热钢特性，既可用作为不锈耐酸钢，也可作为耐热钢使用。
合金元素的作用
铬、铝、硅这些铁素体形成的元素，在高温下能促使金属表面生成致密的氧化膜，防止继续氧化，是提高钢的抗氧化性和抗高温气体腐蚀的主要元素。但铝和硅含量过高会使室温塑性和热塑性严重恶化。铬能显著提高低合金钢的再结晶温度,含量为2%时，强化效果最好。 镍、锰可以形成和稳定奥氏体。镍能提高奥氏体钢的高温强度和改善抗渗碳性。锰虽然可以代镍形成奥氏体，但损害了耐热钢的抗氧化性。
钒、钛、铌 是强碳化物形成元素，能形成细小弥散的碳化物，提高钢的高温强度。钛、铌与碳结合还可防止奥氏体钢在高温下或焊后产生晶间腐蚀。
碳、氮可扩大和稳定奥氏体，从而提高耐热钢的高温强度。钢中含铬、锰较多时，可显著提高氮的溶解度，并可利用氮合金化以代替价格较贵的镍。
硼、稀土均为耐热钢中的微量元素。硼溶入固溶体中使晶体点阵发生畸变，晶界上的硼又能阻止元素扩散和晶界迁移，从而提高钢的高温强度;稀土元素能显著提高钢的抗氧化性，改善热塑性。
类别：耐热钢按其组织可分为四类：
珠光体钢合金元素以铬、钼为主，总量一般不超过5%。其组织除珠光体、铁素体外,还有贝氏体。这类钢在500～600℃有良好的高温强度及工艺性能，价格较低，广泛用于制作600℃以下的耐热部件。如锅炉钢管、汽轮机叶轮、转子、紧固件及高压容器、管道等。典型钢种有：16Mo，15CrMo，12Cr1MoV，12Cr2MoWVTiB，10Cr2Mo1,25Cr2Mo1V,20Cr3MoWV等。
马氏体钢含铬量一般为7～13%,在650℃以下有较高的高温强度、抗氧化性和耐水汽腐蚀的能力，但焊接性较差。含铬12%左右的1Cr
13、2Cr13,以及在此基础上发展出来的钢号如1Cr11MoV，1Cr12WMoV,2Cr12WMoNbVB等,通常用来制作汽轮机叶片、轮盘、轴、紧固件等。此外,作为制造内燃机排气阀用的4Cr9Si2,4Cr10Si2Mo等也属于马氏体耐热钢。 铁素体钢含有较多的铬、铝、硅等元素，形成单相铁素体组织，有良好的抗氧化性和耐高温气体腐蚀的能力,但高温强度较低,室温脆性较大，焊接性较差。如1Cr13SiAl,1Cr25Si2等。一般用于制作承受载荷较低而要求有高温抗氧化性的部件。
奥氏体钢 含有较多的镍、锰、氮等奥氏体形成元素，在 600℃以上时，有较好的高温强度和组织稳定性，焊接性能良好。通常用作在 600℃以上工作的热强材料。典型钢种有1Cr18Ni9Ti, 1Cr23Ni13, 1Cr25Ni20Si2，2Cr20Mn9Ni2Si2N,4Cr14Ni14W2Mo等。
生产工艺
冶炼 耐热钢一般在电弧炉或感应炉中熔炼。质量要求高的往往采用真空精炼和炉外精炼工艺。
铸造 某些高合金耐热钢难以加工变形，生产铸件不仅比轧材合算，而且铸件还有较高的持久强度。所以在耐热钢中耐热铸钢占有相当大的比例。铸造方法除采用砂型铸造外，还可用精密铸造工艺以获得表面光滑、尺寸精确的产品。对合成氨和乙烯裂解用的高温炉管往往采用离心铸造的方法。
热处理 珠光体热强钢通常经正火或调质后使用;马氏体耐热钢用调质处理，以稳定组织，得到良好的综合力学性能和高温强度。
铁素体钢不能通过热处理强化。为消除因冷塑性变形加工和焊接所导致的内应力，可在650～830℃进行退火处理，退火后快速冷却,以便迅速地经过475℃脆性温度范围。
奥氏体抗氧化钢大多采用高温固溶热处理，以获得良好的冷变形性。奥氏体热强钢则先用高温固溶处理，然后在高于使用温度60～100℃条件下进行时效处理,使组织稳定化，同时析出第二相，以强化基体。耐热铸钢多在铸态下使用，也有根据耐热钢的种类采用相应的热处理的。
一、 不锈钢简介
耐空气、蒸汽、水等弱腐蚀介质和酸、碱、盐等化学浸蚀性介质腐蚀的钢。又称不锈耐酸钢。实际应用中，常将耐弱腐蚀介质腐蚀的钢称为不锈钢，而将耐化学介质腐蚀的钢称为耐酸钢。由于两者在化学成分上的差异，前者不一定耐化学介质腐蚀，而后者则一般均具有不锈性。不锈钢的耐蚀性取决于钢中所含的合金元素。铬是使不锈钢获得耐蚀性的基本元素，当钢中含铬量达到12%左右时，铬与腐蚀介质中的氧作用，在钢表面形成一层很薄的氧化膜( 自钝化膜)，可阻止钢的基体进一步腐蚀。除铬外，常用的合金元素还有镍、钼、钛、铌、铜、氮等，以满足各种用途对不锈钢组织和性能的要求。
不锈钢通常按基体组织分为：
1、铁素体不锈钢。含铬12%～30%。其耐蚀性、韧性和可焊性随含铬量的增加而提高，耐氯化物应力腐蚀性能优于其他种类不锈钢。
2、奥氏体不锈钢。含铬大于18%，还含有 8%左右的镍及少量钼、钛、氮等元素。综合性能好，可耐多种介质腐蚀。
3、奥氏体 - 铁素体双相不锈钢。兼有奥氏体和铁素体不锈钢的优点，并具有超塑性。
4、马氏体不锈钢。强度高，但塑性和可焊性较差。
5、沉淀硬化型不锈钢。具有很好的成形性能和良好的焊接性，可作为超高强度的材料在核工业、航空和航天工业中应用。
按成分可分为Cr系(SUS400)、Cr-Ni系(SUS300)、Cr-Mn-Ni(SUS200)及析出硬化系(SUS600)。
二、不锈钢历史
不锈钢是具有60年发展历程的现代材料
三、不锈钢作用
自本世纪初发明不锈钢以来，不锈钢就把现代材料的形象和建筑应用中的卓越声誉集于一身，使其竞争对手羡慕不已。不锈钢不会产生腐蚀、点蚀、锈蚀或磨损。不锈钢还是建筑用金属材料中强度最高的材料之一。由于不锈钢具有良好的耐腐蚀性，所以它能使结构部件永久地保持工程设计的完整性。含铬不锈钢还集机械强度和高延伸性于一身，易于部件的加工制造，可满足建筑师和结构设计人员的需要。
四、不锈钢牌号分组
200 系列—铬-镍-锰 奥氏体不锈钢 300 系列—铬-镍 奥氏体不锈钢
301—延展性好，用于成型产品。也可通过机械加工使其迅速硬化。焊接性好。抗磨性和疲劳强度优于304不锈钢。
302—耐腐蚀性同304，由于含碳相对要高因而强度更好。 303—通过添加少量的硫、磷使其较304更易切削加工。 304—通用型号;即18/8不锈钢。GB牌号为0Cr18Ni9。 309—较之304有更好的耐温性。
316—继304之後，第二个得到最广泛应用的钢种，主要用于食品工业和外科手术器材，添加钼元素使其获得一种抗腐蚀的特殊结构。由于较之304其具有更好的抗氯化物腐蚀能力因而也作“船用钢”来使用。SS316则通常用于核燃料回收装置。18/10级不锈钢通常也符合这个应用级别。
型号 321—除了因为添加了钛元素降低了材料焊缝锈蚀的风险之外其他性能类似304。
400 系列—铁素体和马氏体不锈钢
408—耐热性好，弱抗腐蚀性，11%的Cr，8%的Ni。
409—最廉价的型号(英美)，通常用作汽车排气管，属铁素体不锈钢(铬钢)。
410—马氏体(高强度铬钢)，耐磨性好，抗腐蚀性较差。 416—添加了硫改善了材料的加工性能。
420—“刃具级”马氏体钢，类似布氏高铬钢这种最早的不锈钢。也用于外科手术刀具，可以做的非常光亮。
430—铁素体不锈钢，装饰用，例如用于汽车饰品。良好的成型性，但耐温性和抗腐蚀性要差。
440—高强度刃具钢，含碳稍高，经过适当的热处理後可以获得较高屈服强度，硬度可以达到58HRC，属于最硬的不锈钢之列。最常见的应用例子就是“剃须刀片”。常用型号有 三种：440A、440B、440C，另外还有440F(易加工型)。
500 系列—耐热铬合金钢。 600 系列—马氏体沉淀硬化不锈钢。
630—最常用的沉淀硬化不锈钢型号，通常也叫17-4;17%Cr，4%Ni。
五、不锈钢为什么耐腐蚀?
所有金属都和大气中的氧气进行反应，在表面形成氧化膜。不幸的是，在普通碳钢上形成的氧化铁继续进行氧化，使锈蚀不断扩大，最终形成孔洞。可以利用油漆或耐氧化的金属(例如，锌，镍和铬)进行电镀来保证碳钢表面，但是，正如人们所知道的那样，这种保护仅是一种薄膜。如果保护层被破坏，下面的钢便开始锈蚀。
不锈钢的耐腐蚀性取决于铬，但是因为铬是钢的组成部分之一，所以保护方法不尽相同。
在铬的添加量达到10.5%时，钢的耐大气腐蚀性能显著增加，但铬含量更高时，尽管仍可提高耐腐蚀性，但不明显。原因是用铬对钢进行合金化处理时，把表面氧化物的类型改变成了类似于纯铬金属上形成的表面氧化物。这种紧密粘附的富铬氧化物保护表面，防止进一步地氧化。这种氧化层极薄，透过它可以看到钢表面的自然光泽，使不锈钢具有独特的表面。而且，如果损坏了表层，所暴露出的钢表面会和大气反应进行自我修理，重新形成这种"钝化膜"，继续起保护作用。
因此，所有的不锈钢都具有一种共同的特性，即铬含量均在10.5%以上。
六、不锈钢的类型
"不锈钢"一词不仅仅是单纯指一种不锈钢，而是表示一百多种工业不锈钢，所开发的每种不锈钢都在其特定的应用领域具有良好的性能。成功的关键首先是要弄清用途，然后再确定正确的钢种。有关不锈钢的进一步详细情况可参见由NiDI编制的"不锈钢指南"软盘。 幸而和建筑构造应用领域有关的钢种通常只有六种。它们都含有17～22%的铬，较好的钢种还含有镍。添加钼可进一步改善大气腐蚀性，特别是耐含氯化物大气的腐蚀。
耐大气腐蚀
经验表明，大气的腐蚀程度因地域而异。为便于说明，建议把地域分成四类，即：乡村，城市，工业区和沿海地区。
乡村是基本上无污染的区域。该区人口密度低，只有无污染的工业。 城市为典型的居住、商业和轻工业区，该区内有轻度污染，例如交通污染。
工业区为重工业造成大气污染的区域。污染可能是由于燃油所形成的气体，例如硫和氮的氧化物，或者是化工厂或加工厂释放的其它气体。空气中悬游的颗粒，像钢铁生产过程中产生的灰尘或氧化铁的沉积也会使腐蚀增加。
沿海地区通常指的是距海边一英里以内的区域。但是，海洋大气可以向内陆纵深蔓延，在海岛上更是如此，盛行风来自海洋，而且气候恶劣。例如，英国气候条件就是如此，所以整个国家都属于沿海区域。如果风中夹杂着海洋雾气，特别是由于蒸发造成盐沉积集聚，再加上雨水少，不经常被雨水冲刷，沿海区域的条件就更加不利。如果还有工业污染的话，腐蚀性就更大。
美国、英国、法国、意大利、瑞典和澳大利亚所进行的研究工作已经确定了这些区域对各种不锈钢耐大气腐蚀的影响。有关内容在NiIDI出版的《建筑师便览》中作了简单介绍，该书中的表可以帮助设计人员为各种区域选择成本效益最好的不锈钢。
在进行选择时，重要的是确定是否还有当地的因素影响使用现场环境。例如，不锈钢用在工厂烟囱的下方，用在空调排气挡板附近或废钢场附近，会存在非一般的条件。
七、维修及清理
和其它曝露于大气中的材料一样，不锈钢也会脏。今后的讲座将分析影响维修及清理成本的设计因素。但是，在雨水冲刷，人工冲洗和已脏表面之间还存在着一种相互关系。
通过把相同的板条直接放在大气中和放在有棚的地方确定了雨水冲刷的效果。人工冲洗的效果是通过人工用海绵沾上肥皂水每隔六个月擦洗每块板条的右边来确定的。结果发现，与放在有棚的地方和不被冲洗的地方的板条相比，通过雨水冲刷和人工擦洗去除表面的灰尘和淤积对表面情况有良好的作用。而且还发现，表面加工的状况也有影响，表面平滑的板条比表面粗糙的板条效果要好。
因此洗刷的间隔时间受多种因素影响，主要的影响因素是所要求的审美标准。虽然许多不锈钢幕墙仅仅是在擦玻璃时才进行冲洗，但是，一般来讲，用于外部的不锈钢每年洗刷两次。
八、典型用途
大多数的使用要求是长期保持建筑物的原有外貌。在确定要选用的不锈钢类型时，主要考虑的是所要求的审美标准、所在地大气的腐蚀性以及要采用的清理制度。
然而，其它应用越来越多的只是寻求结构的完整性或不透水性。例如，工业建筑的屋顶和侧墙。在这些应用中，物主的建造成本可能比审美更为重要，表面不很干净也可以。
在干燥的室内环境中使用430不锈钢效果相当好。但是，在乡村和城市要想在户外保持其外观，就需经常进行清洗。在污染严重的工业区和沿海地区，表面会非常脏，甚至产生锈蚀。但要获得户外环境中的审美效果，就需采用含镍不锈钢。所以，304不锈钢广泛用于幕墙、侧墙、屋顶及其它建筑用途，但在侵蚀性严重的工业或海洋大气中，最好采用316不锈钢。
现在，人们已充分认识到了在结构应用中使用不锈钢的优越性。有几种设计准则中包括了304和316不锈钢。因为"双相"不锈钢2205已把良好的耐大气腐蚀性能和高抗拉强度及弹限强度融为一体，所以，欧洲准则中也包括了这种钢。
产品形状
实际上，不锈钢是以全标准的金属形状和尺寸生产制造的，而且还有许多特殊形状。最常用的产品是用薄板和带钢制成的，也用中厚板生产特殊产品，例如，生产热轧结构型钢和挤压结构型钢。而且还有圆型、椭圆型、方型、矩型和六角型焊管或无缝钢管及其它形式的产品，包括型材、棒材、线材和铸件。
表面状态
正如后面将谈到的，为了满足建筑师们美学的要求，已开发出了多种不同的商用表面加工。例如，表面可以是高反射的或者无光泽的;可以是光面的、抛光的或压花的;可以是着色的、彩色的、电镀的或者在不锈钢表面蚀刻有图案，以满足设计人员对外观的各种要求。 保持表面状态是容易的。只需偶尔进行冲洗就能去除灰尘。由于耐腐蚀性良好，也可以容易地去除表面的涂写污染或类似的其它表面污染。
设计
六十多年以来，建筑师们一直选用不锈钢来建造成本效益好的永久性建筑物。现有的许多建筑物充分说明了这种选择的正确性。有些是非常具有观赏性的，如纽约市的Chrysler大厦。但在许多其它应用中，不锈钢所起的作用不是那么引人注目，可是在建筑物的美学和性能方面却起着重要作用。例如，由于不锈钢比其它相同厚度的金属材料更具有耐磨性和耐压痕性，所以在人口流动量大的地方修建人行道时，它是设计人员的首选材料。
不锈钢用作建造新的建筑物和用来修复历史名胜古迹的结构材料已有70多年了。早期的设计是按照基本原则进行计算的。今天，设计规范，例如，美国土木工程师学会的标准ANSI/ASCE-8-90"冷成型不锈钢结构件设计规范"和NiDI与Euro Inox联合出版的"结构不锈钢设计手册"已简化了使用寿命长，完整性好的建筑用结构件的设计。
未来展望
由于不锈钢已具备建筑材料所要求的许多理想性能，它在金属中可以说是独一无二的，而其发展仍在继续。为使不锈钢在传统的应用中性能更好，一直在改进现有的类型，而且，为了满足高级建筑应用的严格要求，正在开发新的不锈钢。由于生产效率不断提高，质量不断改进，不锈钢已成为建筑师们选择的最具有成本效益的材料之一。
不锈钢集性能、外观和使用特性于一身，所以不锈钢仍将是世界上最佳的建筑材料之一。
不锈钢的标识方法 钢的编号和表示方法
①用国际化学元素符号和本国的符号来表示化学成份，用阿拉伯字母来表示成份含量：如：中国、俄国 12CrNi3A ②用固定位数数字来表示钢类系列或数字;如：美国、日本、300系、400系、200系;
③用拉丁字母和顺序组成序号，只表示用途。 我国的编号规则 ①采用元素符号
②用途、汉语拼音，平炉钢：P、 沸腾钢：F、 镇静钢：B、甲类钢：A、T8：特
8、
GCr15：滚珠
◆合结钢、弹簧钢，如：20CrMnTi 60SiMn、(用万分之几表示C含量) ◆不锈钢、合金工具钢(用千分之几表示C含量)，如：1Cr18Ni9 千分之一(即0.1%C),不锈 C≤0.08% 如0Cr18Ni9,超低碳C≤0.03% 如0Cr17Ni13Mo 国际不锈钢标示方法
美国钢铁学会是用三位数字来标示各种标准级的可锻不锈钢的。其中：
①奥氏体型不锈钢用200和300系列的数字标示，
②铁素体和马氏体型不锈钢用400系列的数字表示。例如，某些较普通的奥氏体不锈钢是以20
1、 30
4、 316以及310为标记，
③铁素体不锈钢是以430和446为标记，马氏体不锈钢是以
410、420以及440C为标记，双相(奥氏体-铁素体)，
④不锈钢、沉淀硬化不锈钢以及含铁量低于50%的高合金通常是采用专利名称或商标命名。
4).标准的分类和分级 4-1分级：
①国家标准GB ②行业标准YB ③地方标准 ④企业标准Q/CB 4-2 分类：
①产品标准 ②包装标准 ③方法标准 ④基础标准 4-3 标准水平(分三级)：
Y级：国际先进水平 I级：国际一般水平 H级：国内先进水平 4-4国标
GB1220-84不锈棒材(I级) GB4241-84 不锈焊接盘园(H级) GB4356-84 不锈焊接盘园(I级) GB1270-80 不锈管材(I级) GB12771-91 不锈焊管(Y级) GB3280-84 不锈冷板(I级) GB4237-84 不锈热板(I级) GB4239-91 不锈冷带(I级) 不锈钢
不锈耐酸钢简称不锈钢，它是由不锈钢和耐酸钢两大部分组成的，简言之，能抵抗大气腐蚀的钢叫不锈钢，而能抵抗化学介质腐蚀的钢叫耐酸钢。一般说来，含硌量Wcr大于12%的钢就具有了不锈钢的特点不锈钢按热处理后的显微组织又可分为五大类：即铁素体不锈钢、马氏体不锈钢、奥氏体不锈钢、奥氏体-铁素体不锈钢及沉淀碳化不锈钢文字
不锈钢设备制作过程中会出现表现损伤，缺陷以及一些影响表面的物质，如：粉尘、浮铁粉或嵌入的铁，热回火色和其它氧化层、锈斑、研磨毛刺、焊接引弧斑痕、焊接飞溅、焊剂、焊接缺陷、油和油脂、残余粘合剂和油漆、粉笔和标记笔印等。绝大多数都是因为忽略了它们的有害影响而不重视或做得不好。但是，它们对氧化保护膜有着潜在的危害。保护膜一旦被损坏，被减薄或用其它方法使之改变，下面的不锈钢就会开始腐蚀。腐蚀一般不是遍及整个表面，而是在缺陷处或其周围。这种局总腐蚀通常会为点蚀或缝隙腐蚀，这两种腐蚀会向深度和广度发展，而大部分表面不受侵蚀。下面谈一下造成这些问题的各种原因。
不锈钢表面损伤和夹带外来物的清洗
1、粉尘
制作经常是在有粉尘的场地进行，空气中常带有许多粉尘，它们不断地落在设备表面。它们可以用水或碱性溶液去除掉。不过，有附着力的尘垢需要高压水或蒸气进行清理。
2、浮铁粉或嵌入的铁
在任何表面上，游离铁都会生锈并使不锈钢产生腐蚀。因此，必须清除。浮粉一般可随粉尘一起清除掉。有些粘着力很强，必须按嵌入的铁处理。除粉尘外，表面铁的来源很多，其中包括用普通碳钢钢丝刷清理和用以前在普碳钢，低合金钢或铸铁件上使用过的砂子、玻璃珠或其它磨料进行喷丸处理，或在不锈钢部件及设备附近对前面提到的非不锈钢制品进行修磨。在下料或吊过过程中如果不对不锈钢采取保护措施，钢丝绳、吊具和工作台面上的铁很容易嵌入或玷污表面。
订货要求和制作后检查可以防止并发现游离铁的存在，ASTM标准A380[3]规定了检查不锈钢表面铁或钢微粒的铁锈试验法。当要求绝对不能有铁存在的时候，应该使用这种检验方法。如果结果令人满意，应用干净的纯水或硝酸对表面进行洗涤，直到深蓝色完全消失。
正如标准A380[3]指出的如果铁锈试验溶液不能全部清除干净，不推荐在设备的工艺表面，即用来生产人类消费品的直接接触表面采用这种试验方法。比较简单的试验方法是在水中暴露12~24小时，检查是否有锈斑。这种试验灵敏性差，而且耗时。这些都是检测试验，不是清理方法。如果发现有铁存在，必须用后面介绍的化学和电化学的方法进行清理。
3、划痕
为了防止工艺润滑剂或生成物和/或污物积留，必须对划痕和其它粗糙表面进行机械清理。
4、热回火色和其它氧化层
如果在焊接或修磨过程中不锈钢在空气中被加热到一定的高温，焊缝两侧、焊缝的下表面和底部都会出现铬氧化物热回火色。 热回火色比氧化保护膜薄，而且明显可见。颜色决定于厚度,可呈见彩虹色、蓝色、紫色到淡黄色和棕色。较厚的氧化物一般为黑色。它是由于在高温或长时间在较高度下停留所致。当出现任何一种这类氧化层时，金属表面的铬含量都会降低，造成这些区域的耐腐蚀性降低。在这种情况下，不仅要消除热回火色和其它氧化层，还应对它们下面的贫铬金属层进行清理。
5、锈斑 制作前或制作过程中有时会看到不锈钢产品或设备上生锈，这说明表面受到严重污染。设备投入使用前必须把锈清除掉，彻底清理过的表面应通过铁试验和/或水试验进行检验。
6、粗糙的研磨和机加工
研磨和机加工都会造成表面粗糙，留有凹槽，重叠和毛刺等缺陷。每种缺陷也可能使金属表面损伤到一定深度，以至于受损伤的金属表面无法通过酸洗，电抛光或喷丸等方法清理掉。粗糙表面能够成为发生腐蚀和沉积生成物的发源地，重焊前清理焊缝缺陷或清除多余的焊缝加强高都不能用粗磨进行研磨。对后一种情况，应再用细磨料研磨。
7、焊接引弧斑痕
焊工在金属表面引弧时，会造成表面粗糙缺陷。保护膜受损，留下潜在的腐蚀源。焊工应在已经焊好的焊道上或在焊缝接头的侧边引弧。然后将引弧痕迹熔入焊缝中。
8、焊接飞溅
焊接飞溅与焊接工艺有很大关系。例如：GTAM(气体保护钨极电弧焊)或TIG(惰性气体保护钨极焊)没有飞溅。但是，采用GMAW(气体保护金属电弧焊)和FCAW(带焊剂芯的电弧焊)两种焊接工艺时如果焊接参数使用不当会造成大量飞溅。出现这种情况时，必须调整参数。如果要解决焊接飞溅的问题，焊接前应在接头的每一边涂上防溅剂，这样可以消除飞溅物的附着力。焊完后可以很容易地将这种防溅剂及各种飞溅物清理掉，可不损伤表面或带来轻微损伤。
9、焊剂 利用焊剂进行焊接的工艺有手工焊，带焊剂芯电弧焊和埋弧焊，这些焊接工艺都会在表面留下细小的焊剂颗粒，普通的清理方法无法将它们清除掉。这此颗粒将是缝隙腐蚀的腐蚀源，必须采用机械清理方法去除这些残留焊剂。
10、焊接缺陷
焊接缺陷如：咬边、未焊透、密集气孔和裂纹不仅降低接头的牢固性，而且还会成为缝隙腐蚀的腐蚀源。改善这种结果进行清理操作时，它们还会夹带固体颗粒。这些缺陷可通过重新焊接或修磨后重焊进行修补。
11、油和油脂
有机物质如：油，油脂甚至指印都会成为局部腐蚀的腐蚀源。由于这些物质能起屏障作用，它们会影响化学和电化学清理效果，因而必须彻底清理掉。ASTM A380有一种简单的断水(WATERBREAK)试验检测有机污染物。试验时，从垂直表面的顶部浇下水，在向下流的过程中水会沿着有机物质的周围分开。熔剂和/或酸性化学清洗剂可清除油迹和油脂。
12、残余粘合剂
撕掉胶带和保护纸时，粘合剂总有一部分残留在不锈钢表面。如果粘全剂还没硬，可以用有机熔剂去除。但是，当曝露在光和/或空气中时，粘全剂变硬，形成缝隙腐蚀的腐蚀源。然后需要用细磨料进行机械清理。
13、油漆、粉笔和标记笔印
这些污染物的影响与油和油脂的影响相似。建议用干净的刷子和干净的水或碱性清洗剂进行洗涤，也可以使用高压水或蒸汽冲洗。
在使用状态下以铁素体组织为主的不锈钢。含铬量在11%~30%，具有体心立方晶体结构。这类钢一般不含镍，有时还含有少量的Mo、Ti、Nb等到元素，这类钢具导热系数大，膨胀系数小、抗氧化性好、抗应力腐蚀优良等特点，多用于制造耐大气、水蒸气、水及氧化性酸腐蚀的零部件。这类钢存在塑性差、焊后塑性和耐蚀性明显降低等缺点，因而限制了它的应用。炉外精炼技术(AOD或VOD)的应用可使碳、氮等间隙元素大大降低，因此使这类钢获得广泛应用。
不锈钢和碳钢的物理性能数据对比，碳钢的密度略高于铁素体和马氏体型不锈钢，而略低于奥氏体型不锈钢;电阻率按碳钢、铁素体型、马氏体型和奥氏体型不锈钢排序递增;线膨胀系数大小的排序也类似，奥氏体型不锈钢最高而碳钢最小;碳钢、铁素体型和马氏体型不锈钢有磁性，奥氏体型不锈钢无磁性，但其冷加工硬化生成成氏体相变时将会产生磁性，可用热处理方法来消除这种马氏体组织而恢复其无磁性。
奥氏体型不锈钢与碳钢相比，具有下列特点： 1)高的电阴率，约为碳钢的5倍。
2)大的线膨胀系数，比碳钢大40%，并随着温度的升高，线膨胀系数的数值也相应地提高。
3)低的热导率，约为碳钢的1/3。 不锈钢的力学性
不论不锈钢板还是耐热钢板，奥氏体型的钢板的综合性能最好，既有足够的强度，又有极好的塑性同时硬度也不高，这也是它们被广泛采用的原因之一。奥氏体型不锈钢同绝大多数的其它金属材料相似，其抗拉强度、屈服强度和硬度，随着温度的降低而提高;塑性则随着温度降低而减小。其抗拉强度在温度15~80°C范围内增长是较为均匀的。更重要的是：随着温度的降低，其冲击韧度减少缓慢，并不存在脆性转变温度。所以不锈钢在低温时能保持足够的塑性和韧性。
不锈钢的耐热性能
耐热性能是指高温下，既有抗氧化或耐气体介质腐蚀的性能即热稳定性，同时在高温时又有足够的强度即热强性。
碳的影响:碳在奥氏体不锈钢中是强烈形成并稳定奥氏体且扩大奥氏体区的元素.碳形成奥氏体的能力约为镍的30倍,碳是一种间隙元素,通过固溶强化可显著提高奥氏体不锈钢的强度.碳还可提高奥氏体不锈钢在高浓氯化物(如42%MgCl2沸腾溶液)中的耐应力腐蚀的性能. 但是,在奥氏体不锈钢中,碳常常被视为有害元素,这主要是由于在不锈钢和耐蚀用途中的一些条件下(比如焊接或经450~850℃加热),碳可与钢中的铬形成高铬的Cr23C6型碳化合物从而导致局部铬的贫化,使钢的耐蚀性特别是耐晶间腐蚀性能下降.因此,60年代以来新发展的铬镍奥氏体不锈钢大都是碳含量小于0.03%或0.02%超低碳型的,可以知道随着碳含量降低,钢的晶间腐蚀敏感性降低,当碳含量低于0.02%才具有最明显的效果,一些实验珠光还指出,碳还会增大铬奥氏体不锈钢的点腐蚀分倾向.由于碳的有害作用,不仅在奥氏体不锈钢冶炼过和中应按要求控制尽量低的碳含量,而且在随后的热,冷加工和热处理等过程中也在防止不锈钢表面增碳,且免铬的碳化物析出. 铬的影响:铬是奥氏体不锈钢中最主要的合金元素,奥氏体不锈钢的不锈性和耐蚀性的获得主要是由于在会质作用下,铬促进了钢的钝化并使钢保持稳定钝态的结果.○1铬对组织的影响:在奥氏体不锈钢中,铬是强烈形成并稳定铁体的元素,缩小奥氏体区,随着钢中含量增加,奥氏体不锈钢中可出现铁素体(δ)组织,研究表明,在铬镍奥氏体不锈钢中,当碳含量为0.1%,铬含量为18%时,为获得稳定的单一奥氏体组织,所需镍含量最低,约为8%,就这一点而言,常用的18Cr—8Ni型铬镍奥氏体不锈钢是含铬,镍量配比最为适宜的一种. 有奥氏体不锈钢中,随着铬含量的增加,一些金属间相(比如δ相)的形成倾向增大,当钢中含有钼时,铬含含量会增加还会χ相等的形成,如前所述,σ, χ相的析出不仅显著降低钢的塑性和韧性,而且在一些条件下还降低钢的耐蚀性,奥氏体不锈钢中铬含量的提高可使马氏体转烃温度(Ms)下降,从而提高奥氏体基体的稳定性.因此高铬(比如超过20%)奥氏体不锈钢即使经过冷加工和低温处理也很难获得马氏体组织. 铬是强碳化物形成元素,在奥氏体不锈钢中也不例外,奥氏体不锈钢中常见的铬碳化物有Cr23C6;当钢中含有钼或铬时,还可见到期Cr6C等碳化物,它们的形成在某些条件下对钢的性能会产生重要影响.○2铬对性能的影响:一般来主,只要奥氏体不锈钢保持完全奥氏体组织而没有δ铁素体等的形成,仅提高钢中铬含量不会对力学性能有显著影响,铬对奥氏体不锈钢性能影响最大的是耐蚀性,主要表现为:铬提高钢的耐氧化性介质和酸性氯化物介质的性能;在镍以及钼和铜复合作用下,铬提高钢耐一些还原性介质,有机酸,尿素和碱介质的性能;铬还提高钢耐局部腐蚀,比如晶间腐蚀.点腐蚀,缝隙腐蚀以及某此条件下应力体育馆的性能..对奥氏体不锈钢晶间体育馆敏感性影响最大的因素是钢中碳含量,其他元素对晶间体育馆的作用主要视其对碳化物的溶解和沉淀行为的影响而定,在奥氏体不锈钢中,铬能增大碳的溶解度而降低铬的贫化度,因而提高铬含量对奥氏体不锈钢的耐晶间腐蚀是有益,铬非常有效地改善奥氏体不锈钢的耐点腐蚀及缝隙腐蚀性能,当钢中同时有钼或钼及氮存在时,铬的这种有效性大加强,虽然根据研究钼的耐点体育馆及缝隙腐蚀的能力为铬的话倍左右,氮为铬的30倍,但是大量研究,奥氏体不锈钢中如果没有铬或者铬含量较低,钼及氮的耐点腐蚀与缝隙腐蚀作用便会丧失或不够显著. 铬对奥氏体不锈钢的耐应力腐蚀性能的作用,随实验介质条件及实际使用环境而异,在MgCl2沸腾溶液中,铬的作用一般是有害的,但是在含Cl-和氧的水介质,高温高压水以及点腐蚀为起源的应力腐蚀条件下,提高钢中铬含量则对耐应力腐蚀有利,同时,铬还可防止奥氏体不锈钢及合金中由于镍含量提高而容易出现的晶间型应力腐蚀的倾向,对开苛性(NqOH)应力腐蚀,铬的作用也是有益的铬除对负数氏体不锈钢耐蚀性有重要影响外,还能显著提高该类钢的抗氧化,抗硫化和抗融盐腐蚀等性能. 镍是奥氏体不锈钢中的主要合金元素,其主要作用是一百万并稳定奥氏体,使钢获得完全奥氏体组织,从而使钢具有良好的强度和塑性,韧性的配合,并具有优良的冷,热加工性和冷形成性以及焊接,低温与无磁等性能,同时提高奥氏体不锈钢的热力学稳定性,使之不仅比相同铬,钼含量的铁素体,马氏体等类不锈钢肯有更好的不锈性和耐氧化性介质的性能,而且于表面膜稳定性的提高,从而使钢还具有更加优异的耐一些还原性介质的性能. 1镍对组织的影响 镍是强烈一百万并稳定奥氏体且扩大奥氏体相区的元素,为了获得单一的奥氏体组织,当钢中含有0.1%碳和18%铬时所需的最低镍含量约为8%,这便是最著名18-8铬镍奥氏体不锈钢的基本分,奥氏体不锈钢中,随着镍含量的增加,残余的铁素体可完全消除,并显著降低σ相形成的倾向;同时马氏体转烃温度降低,甚至可不出现λ→M相变,但是镍含量的增加会降低碳在奥氏体不锈钢中的溶解度,从而使碳化物析出倾向增强. 2镍对性能的影响
镍对奥氏体不锈钢特别是对铬镍负数氏体不锈钢力学性能的影响主要是由镍对奥氏体稳定性的影响来决定,在钢中可能发生马氏体转变的镍含量范围内,随着镍含量的增加,钢的强度降低页塑性提高,具有稳定奥氏体组织的铬镍奥氏体不锈钢韧性(包括极低温韧性)非常优良,因而可作为低温钢使用,这是众所周知的,对于具有稳定奥氏体组织的铬锰奥氏体不锈钢,镍的加入可进一步改善其韧性.镍还可显著降低奥氏体不锈钢的冷加工硬化倾向,这主要是由于奥氏体稳定性增大,减少以至消除了冷加工过程中的马氏体转变,同时对奥氏体本身的冷加工硬化作用不太明显,不锈钢冷加工硬化倾向的影响,镍降低奥氏体不锈钢冷加工硬化速率,与降低钢的室温及低温强度,提高塑性的作用,决定了镍含量的提高有利于奥氏体不锈的冷加工成形性能,提高镍含量还可减少以至消除18-8和17-14-2型铬镍9钳)奥氏体不锈钢中的δ铁素体,从而提高其热加工性能,但是,δ铁素体的减少对这些钢种的可焊接性不利会增大焊接热裂纹丝倾向,此外,镍还可显著提高铬锰氮(铬锰镍氮)奥氏体不锈钢的热加工性能,从而显著提高钢的成材率 在奥氏体不锈钢中,镍的加入以及随着镍含量的提高,导致钢的热力学稳定性增加,因此奥氏体不锈钢具有更好的不锈性和耐氧化性介质的性能,且随着镍含量增加,耐还原性介质的性能进一步得到改善.值得指出,镍还是提高奥氏体不锈耐许多介质穿晶型应力腐蚀的唯一重要元素. 在各种酸介质中镍对奥氏体不锈钢耐蚀性能的影响,需要指出,在高温高压水中的一些条件下,镍含量的提高导致钢和合金的晶间型应力腐蚀敏感性增加,但是这种不利作用会由于钢及合金中铬含量的提高而获得减轻或受到抑制.随磁卡奥氏体不锈钢中镍含量的提高,其产生晶间腐蚀的临界碳含量降低,即钢的晶间腐蚀敏感性增加,至于对奥氏体不锈钢耐点腐蚀及缝隙腐蚀的性能,镍的作用并不显著,此外,镍还提高奥氏体不锈钢的高温抗氧化性能,这主要与镍改善了铬的氧化膜的成分,结构和性能降低,并且镍含量越高越有害,这主要是由于钢中晶界处一百万低熔点硫化镍所致. 一般来说,简单的铬镍(及铬锰氮)奥氏体不锈钢仅用于要求不锈性和耐氧化性介质(比如硝酸等)的使用条件下,钼作为奥氏体不锈钢中的重要合金元素加入到钢中使其使用范围进一步扩大,钼的作用主要是提高钢在还原性介质(比H2SO4,H3PO4,以及一些有机酸和尿素环境)的耐蚀性,并提高钢的耐点腐蚀及缝隙腐蚀等性能. 1钼对组织的影响
钼和铬都是形成和稳定铁素体并扩大铁素体相区的元素,钼形成铁素体的能力与铬相当.钼还促进奥氏体不锈钢中金属间相,比如σ相,,κ相,和Laves相等的沉淀,对钢的耐蚀性和力学性能都会产生不利影响,告别是导致塑性,韧性下降,为使奥氏体不锈钢保持单一的奥氏体组织,随着钢中钼含量的增加,奥氏体形成元素(镍,氮及锰等)的含量也要相应提高,以保持钢中铁素体与奥氏体形成元素之间的平衡. 2钼对性能的影响
钼对奥氏体不锈钢的氧化作用不显著,因此当铬镍奥氏体不锈钢保持单一的奥氏体组织且无金属间析出时,钼的加入对其室温力学性能影响不大,但是,随着钼含量的增加,钢的高温强度提高,比如持久,蠕变等性能均获较大改善,因此含钼不锈钢也常在高温下应用,然而,钼的加入使钢的高温变形抗力增大,加之钢中常常存在少量δ铁素体因而含钼不锈钢的热衷加工性比不含钼钢为差,而且钼含量越高,热加工性能越坏,另外,含钼奥氏体不锈钢中容易一百万κ(σ)相沉淀,这将显著恶化钢的塑性和韧性,因此在含钼奥氏体不锈钢的生产,设备制造和应用过程中,要注意防止钢中金属间相的形成. 钼在奥氏体不锈钢中的主要作用是提高钢的耐还原性介质的腐蚀性能和耐点腐蚀,耐缝隙腐蚀等的性能.分别为钼对铬镍奥氏体不锈钢在硝酸,硫酸,醋酸,磷酸和尿素等介质中耐蚀性的影响,可以看出,除在氧化性介质HNO3中处,钼的作用都是有益的,因此含钼的奥氏体不锈钢一般不用天耐硝酸的腐蚀,除非硝酸中含F-,Cl-等离子,虽然钼作用为合金元素对奥氏体不锈钢耐还原性介质,面点腐蚀及缝隙腐蚀的原因尚不完全清楚,但大量实验已指出,钼的耐蚀作用仅相当钢中含有较高量的铬时才有效,钼主要是强化钢中铬的耐蚀作用,与此同时,钼形成酸盐后的缓蚀作用也已为实验所证实. 在耐高浓氯化物溶液的应力腐蚀方面,虽然钼作为合金元素对奥氏体不锈钢耐还原性介质,耐点腐蚀及缝隙腐蚀的原因尚不完全清楚,但大量实验已指出,钼的作用仅当钢中含有较高量的铬时才有效,钼主要是强化钢中铬的耐蚀作用,与此同时,钼形成钼酸盐后的缓冲作用也已为实验所证实. 在耐高浓氯化物沉沦的应力腐蚀方面,虽然一此实验指同.3#以下的钼对奥氏体不锈钢的耐应力腐蚀性能有害,,但是由于常见铬镍奥氏体不锈钢多在含有微量氯化物及饱和氧的水介质中使用,其应力腐蚀又以点腐蚀为起源,因此含钼的铬镍钼奥氏体不锈钢由于耐点腐蚀性能较高,所以在实际应用中常常比不含钼钢具有更好的耐氯化物应力腐蚀性能. 不锈钢的特性和用途： 序号 类别 牌号 特性和用途
1 奥氏体形1Cr17Mn6Ni5N 节镍钢种，代替牌号1Cr17Ni7，冷加工后具有磁性。铁道车辆用。
2 1Cr18Mn8Ni5N 节镍钢种，代替牌号1Cr18Ni9 3 1Cr17Ni7 经冷加工有高的强度。铁道车辆，传送带，螺栓螺母 4 1Cr18Ni9 经冷加工有高的强度，但伸长率比1Cr17Ni7稍差。建筑用装饰部件。
5 Y1Cr18Ni9 提高切削、耐烧蚀性。最适用于自动车床。螺栓螺母 6 Y1Cr18Ni9Se 提高切削、耐烧蚀性。最适用于自动车床。铆钉、螺钉。
7 0Cr19Ni9 作为不锈耐热钢使用最广泛，食品用设备，一般化工设备，原子能工业用。
8 00Cr19Ni11 比0Cr19Ni9碳含量更低的钢，耐晶间腐蚀性优越，为焊接后不进行热处理部件类
9 0Cr19Ni9N 在牌号0Cr19Ni9上加N，强度提高，塑性不降低。使材料的厚度减少。作为结构用强度部件。
10 0Cr19Ni10NbN 在牌号0Cr19Ni9上加N和Nb，具有与0Cr19Ni9N相同的特性和用途。
11 00Cr18Ni10N 在牌号00Cr19Ni11上加N，具有以上牌号同样特性，用途与0Cr19Ni9N相同，但耐晶间腐蚀性更好。
12 1Cr18Ni12 与0Cr19Ni9相比，加工硬化性。旋压加工，特殊拉拨，冷镦用。
13 0Cr23Ni13 耐腐蚀性，耐热性均比0Cr19Ni9好。
14 0Cr25Ni20 搞氧化性比0Cr23Ni13好。实际上多作为耐热钢使用。 15 0Cr17Ni12Mo2 在海水和其他各种介质中，耐腐蚀性比0Cr19Ni9好。主要作耐点蚀材料。
16 0Cr18Ni12Mo2Ti 用于抗硫酸、磷酸、蚁酸、醋酸的设备，有良好耐晶间腐蚀性。
17 00Cr17Ni14Mo2 为0Cr17Ni12Mo2的超低碳钢，比0Cr17Ni12Mo2耐晶间腐蚀性好。
18 0Cr17Ni12Mo2N 在牌号0Cr17Ni12Mo2中加入N，提高强度，不降低塑性，使材料厚度减薄。作耐腐蚀性较好的强度较高的部件。
19 00Cr17Ni13Mo2N 在牌号00Cr17Ni14Mo2中加入N，具有以上牌号同样特性，用途与0Cr17Ni12Mo2相同，但耐晶腐蚀性更好。
20 0Cr18Ni12Mo2Cu2 耐腐蚀性、耐点腐蚀性比0Cr17Ni12Mo2好。用于耐硫酸材料。
21 00Cr18Ni14Mo2Cu2 为0Cr18Ni12Mo2Cu2的超低碳钢，比0Cr18Ni12Mo2Cu2耐晶间腐蚀性好。
22 0C19Ni13Mo3 耐点腐蚀性比0Cr17Ni12Mo2好。作染色设备材料等。 23 00Cr19Ni13Mo3 为0Cr19Ni13Mo3的超低碳钢，比0Cr19Ni13Mo3耐晶间腐蚀性好。
24 0Cr18Ni16Mo5 吸取含氯离子溶液的热交换器，醋酸设备，磷酸设备，漂白装置等，在00Cr17Ni14Mo2和00Cr17Ni13Mo3不能适用的环境中使用。
25 1Cr18Ni9Ti 作焊苡，抗磁仪表、医疗器械、耐酸容器及设备衬里输送管道等设备和零件 。
26 0Cr18Ni11Ti 添加Ti提高耐晶间腐蚀性，不推荐作装饰部件。 27 0Cr18Ni11Nb 含Nb提高耐晶间腐蚀性。 28 奥氏体不锈钢 0Cr18Ni9。
在常温下具有奥氏体组织的不锈钢。钢中含Cr约18%、Ni 8%~10%、C约0.1%时，具有稳定的奥氏体组织。奥氏体铬镍不锈钢包括著名的18Cr-8Ni钢和在此基础上增加Cr、Ni含量并加入Mo、Cu、Si、Nb、Ti等元素发展起来的高Cr-Ni系列钢。奥氏体不锈钢无磁性而且具有高韧性和塑性，但强度较低，不可能通过相变使之强化，仅能通过冷加工进行强化。如加入S，Ca，Se，Te等元素，则具有良好的易切削性。此类钢除耐氧化性酸介质腐蚀外，如果含有Mo、Cu等元素还能耐硫酸、磷酸以及甲酸、醋酸、尿素等的腐蚀。此类钢中的含碳量若低于0.03%或含Ti、Ni，就可显著提高其耐晶间腐蚀性能。高硅的奥氏体不锈钢浓硝酸肯有良好的耐蚀性。由于奥氏体不锈钢具有全面的和良好的综合性能，在各行各业中获得了广泛的应用。
29 0Cr18Ni13Si4在牌号0Crl 9Ni9中增加Ni，添加Si，提高耐应力腐蚀断裂性。用子含氯 离子环境。
30 奥氏体--铁素体双相不锈钢 0Cr26Ni5Mo2是奥氏体和铁素体组织各约占一半的不锈钢。在含C较低的情况下，Cr含量在18%~28%，Ni含量在3%~10%。有些钢还含有Mo、Cu、Si、Nb、Ti，N等合金元素。该类钢兼有奥氏体和铁素体不锈钢的特点，与铁素体相比，塑性、韧性更高，无室温脆性，耐晶间腐蚀性能和焊接性能均显著提高，同时还保持有铁素体不锈钢的475℃脆性以及导热系数高，具有超塑性等特点。与奥氏体不锈钢相比，强度高且耐晶间腐蚀和耐氯化物应力腐蚀有明显提高。双相不锈钢具有优良的耐孔蚀性能，也是一种节镍不锈钢。
31 1Cr18Ni11Si4A1Ti 制作抗高温浓硝酸介质的零件和设备。
32 00Cr18Ni5Mo3Si2具有铁素体一鼻氏体形双相组织，耐应力腐蚀破裂性能好，耐点蚀性能 与00Crl7Nil3M02相当，具有较高的强度适于含氯离子的环境，用于炼油、化肥、造纸、石油、化工等工业热 交换器和冷凝器等。
33 铁素体型0Cr13A1从高温下冷却不产生显著硬化，汽轮机材料，淬火用部件，复合钢材。
34 00Cr12比0Crl3含碳量低，焊接部位弯曲性能、加工性能、耐高温氧化性能好。 作汽车排气处理装置，锅炉燃烧室、喷咀. 35 铁素体不锈钢 1Cr17在使用状态下以铁素体组织为主的不锈钢。含铬量在11%~30%，具有体心立方晶体结构。这类钢一般不含镍，有时还含有少量的Mo、Ti、Nb等到元素，这类钢具导热系数大，膨胀系数小、抗氧化性好、抗应力腐蚀优良等特点，多用于制造耐大气、水蒸气、水及氧化性酸腐蚀的零部件。这类钢存在塑性差、焊后塑性和耐蚀性明显降低等缺点，因而限制了它的应用。炉外精炼技术(AOD或VOD)的应用可使碳、氮等间隙元素大大降低，因此使这类钢获得广泛应用。多用于建筑内装饰用，重油燃烧器部件，家庭用具，家用电器部件!
36 Y1Cr17比lCrl7提高切削性能。自动车床用，螺栓、螺母等. 37 1Cr17Mo为1Crl7的改良钢种，比lCrl7抗盐溶液性强，作为汽车外装材料使用. 38 00Cr30Mo2高O—Mo系，C、N降至极低。耐蚀性很好。作与乙酸、乳酸等有机酸有关 的设备，制造苛性碱设备。耐卤离子应力腐蚀破裂、耐点腐蚀. 39 00Cr27Mo2要求性能，用途、耐蚀性和软磁性与00Cr30M02类似。 40 马氏体型 1Cr12作为汽轮机叶片及高应力部件之良好的不锈耐热钢。
41 马氏体不锈钢 1Cr13。通过热处理可以调整其力学性能的不锈钢，通俗地说，是一类可硬化的不锈钢。典型牌号为1Cr13型，如2Cr13 ,3Cr13 ,4Cr13等。粹火后硬度较高，不同回火温度具有不同强韧性组合，主要用于蒸汽轮机叶片、餐具、外科手术器械。根据化学成分的差异，马氏体不锈钢可分为马氏体铬钢和马氏体铬镍钢两类。根据组织和强化机理的不同，还可分为马氏体不锈钢、马氏体和半奥氏体(或半马氏体)沉淀硬化不锈钢以及马氏体时效不锈钢等。
42 1Cr13Mo为比1Crl3耐蚀性高的高强度钢钢种。汽轮机叶片，高温用部件
43 Y1Cr13不锈钢中切削性能最好的钢种。自动车床用 44 2Cr13淬火状态下硬度高.耐蚀性良好。作汽轮机叶片
45 3Cr13比2Cr13淬火后的硬度高，作刀刃具、喷咀。阀座，阀门等 46 3Cr13Mo作较高硬度及高耐磨性的热油泵轴、阀片、阀门轴承，医疗器桩弹簧等 零件
47 Y3Cr13改善3Crl瑚削性能的钢种
48 1Cr17Ni12具有较高强度的耐硝酸及有机酸腐蚀的零件。窖器和设备
49 7Cr17具有较高强度的耐硝酸及有机酸腐蚀的零件。窖器和设备 50 8Cr17硬化状态下，比7Crl7硬，而比11Crl7韧性高。作刀具，阀门
51 11Cr7在所有不锈钢、耐热钢中，硬度量高。作喷咀，轴承 52 Y11Cr17在11Crl7提高7切削性的钢种。自动车床用
53 沉淀硬 0Cr17Ni4Cu4Nb添加铜的沉淀硬化型钢种。轴类、汽轮机部件 54 0Cr17Ni7AI添加铝的沉淀硬化形钢种。作弹簧、垫圈、计器部件 55 0Cr15Ni7Mo2AI 用于有一定耐腐蚀要求的高强度容器、零件及结构件
一种不锈钢可在许多介质中具有良好的耐蚀性，但在另外某种介质中，却可能因化学稳定性低而发生腐蚀。所以说，一种不锈钢不可能对所有介质都耐蚀。
金属的腐蚀，按机理可分为特理腐蚀、化学腐蚀与电化学腐蚀三种。生活实际、工程实际中的金属腐蚀，绝大多数都属于电化学腐蚀。
不锈钢的主要腐蚀形式有均匀腐蚀(表面腐蚀)、点腐蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀和应力腐蚀等。
均匀腐蚀
均匀腐蚀是指接触腐蚀介质的金属表面全部产生腐蚀的现象。根据不同的使用情况对耐蚀提出不同的指标要求，一般可分为两大类：
1. 不锈钢 指在大气及弱腐蚀介质中耐蚀的钢。腐蚀速率小于0.01mm/年的，认为是"完全耐蚀";腐蚀速率小于0.1mm/年的，认为是"耐蚀"的。
2. 耐蚀钢 指在各种强烈腐蚀介质中能耐蚀的钢。 点腐蚀
点腐蚀是指在金属材料表面大部分不腐蚀或腐蚀轻微而分散发生高度的局部腐蚀，常见蚀点的尺寸小于1.00mm，深度往往大于表面孔径，轻者有较浅的蚀坑，严重的甚至形成穿孔。
缝隙腐蚀 缝隙腐蚀是指在金属构件缝隙处发生斑点状或溃疡形的宏观蚀坑，这是局部腐蚀的一种。
晶间腐蚀
晶间腐蚀是一种有选择性的腐蚀破坏，它与一般选择性腐蚀不同之处在于，腐蚀的局部性是显微尺度的，而宏观上不一定是局部的。
不锈钢和碳钢的物理性能数据对比，碳钢的密度略高于铁素体和马氏体型不锈钢，而略低于奥氏体型不锈钢;电阻率按碳钢、铁素体型、马氏体型和奥氏体型不锈钢排序递增;线膨胀系数大小的排序也类似，奥氏体型不锈钢最高而碳钢最小;碳钢、铁素体型和马氏体型不锈钢有磁性，奥氏体型不锈钢无磁性，但其冷加工硬化生成成氏体相变时将会产生磁性，可用热处理方法来消除这种马氏体组织而恢复其无磁性。
奥氏体型不锈钢与碳钢相比，具有下列特点： 1)高的电阴率，约为碳钢的5倍。
2)大的线膨胀系数，比碳钢大40%，并随着温度的升高，线膨胀系数的数值也相应地提高。
3)低的热导率，约为碳钢的1/3。
不论不锈钢板还是耐热钢板，奥氏体型的钢板的综合性能最好，既有足够的强度，又有极好的塑性同时硬度也不高，这也是它们被广泛采用的原因之一。奥氏体型不锈钢同绝大多数的其它金属材料相似，其抗拉强度、屈服强度和硬度，随着温度的降低而提高;塑性则随着温度降低而减小。其抗拉强度在温度15~80°C范围内增长是较为均匀的。更重要的是：随着温度的降低，其冲击韧度减少缓慢，并不存在脆性转变温度。所以不锈钢在低温时能保持足够的塑性和韧性。
所谓双相不锈钢是在其固淬组织中铁素体相与奥氏体相各占一半，一般最少相的含量也许要达到30%。
由于两相组织的特点，通过正确控制化学成分和热处理工艺，使DSS兼有铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢的优点。
与奥氏体不锈钢相比，双相不锈钢的优势如下：(1)屈服强度比普通奥氏体不锈钢高一倍多，且具有成型需要的足够的塑韧性。采用双相不锈钢制造储罐或压力容器的壁厚要比常用的奥氏体减少30-50%，有利于降低成本。
(2)具有优异的耐应力腐蚀破裂的能力，即使是含合金量最低的双相不锈钢也有比奥氏体不锈钢更高的耐应力腐蚀破裂的能力，尤其在含氯离子的环境中。应力腐蚀是普通奥氏体不锈钢难以解决的突出问题。
(3)在许多介质中应用最普遍的2205双相不锈钢的耐腐蚀性优于普通的 316L奥氏体不锈钢，而超级双相不锈钢具有极高的耐腐蚀性，再一些介质中，如醋酸，甲酸等甚至可以取代高合金奥氏体不锈钢，乃至耐蚀合金。
(4)具有良好的耐局部腐蚀性能，与合金含量相当的奥氏体不锈钢相比，它的耐磨损腐蚀和疲劳腐蚀性能都优于奥氏体不锈钢。
(5)比奥氏体不锈钢的线膨胀系数低，和碳钢接近，适合与碳钢连接，具有重要的工程意义，如生产复合板或衬里等。
(6)不论在动载或静载条件下，比奥氏体不锈钢具有更高的能量吸收能力，这对结构件应付突发事故如冲撞，爆炸等，双相不锈钢优势明显，有实际应用价值。
与奥氏体不锈钢相比，双相不锈钢的弱势如下：
(1)应用的普遍性与多面性不如奥氏体不锈钢，例如其使用温度必须控制在250摄氏度以下。
(2)其塑韧性较奥氏体不锈钢低，冷，热加工工艺和成型性能不如奥氏体不锈钢。
(3)存在中温脆性区，需要严格控制热处理和焊接的工艺制度，以避免有害相的出现，损害性能。
与铁素体不锈钢相比，双相不锈钢的优势如下：
(1)综合力学性能比铁素体不锈钢好，尤其是塑韧性，不象铁素体不锈钢那样对脆性敏感。
(2)除耐应力腐蚀性能外，其他耐局部腐蚀性能都优于铁素体不锈钢。
(3)冷加工工艺性能和冷成型性能远优于铁素体不锈钢。 (4)焊接性能也远优于铁素体不锈钢，一般焊前不需预热，焊后不需热处理。
(5)应用范围较铁素体不锈钢宽。
与铁素体不锈钢相比，双相不锈钢的弱势如下： 合金元素含量高，价格相对高，一般铁素体不含镍。
综上所述，可以概括地看出DSS的使用性能和工艺性能的概貌，它以其优越的力学与耐腐蚀综合性能赢得了使用者的青睐，已成为既节省重量又节省投资的优良的耐蚀工程材料。
第四篇：铁素体耐热钢（模版）
为确保火力发电的长期稳定和减少CO2排放问题，开发超临界压力火力发电用高强度耐蚀耐热钢是不可或缺的，使用这种钢能够使蒸汽高温高压化，从而提高发电效率，减少CO2排放。
人们通常将蒸汽温度超过566℃、压力超过24.1MPa的设备称为USC设备。目前，USC设备的最高蒸汽温度已达到610℃，日本等国家正在进行蒸汽温度达到650℃的高强度铁素体耐热钢的研究开发。 作为630℃级汽轮机用铁素体耐热钢，日本开发了MTR10A(10Cr-0.7Mo-1.8W-3Co-VNb)、HR1200(11Cr-2.6W-3Co-NiVNb)和TOS110(10Cr-0.7Mo-1.8W-3Co-VNb)。
对于650℃级铁素体耐热钢，日本从材料结构方面研究了微细组织在晶界附近长时间稳定的问题。 9Cr-3W-3Co-0.2V-0.05Nb-0.08C钢添加了在晶界容易产生偏析的硼后，根据该钢在650℃时的蠕变断裂数据，为抑制试验用钢生成氮化硼(Boronnitride简称BN)，因此不添加氮。无添加硼的钢在1千小时左右的长时间运转后，蠕变断裂强度急剧下降，但随着硼含量的增加，在长时间运转后能抑制蠕变断裂强度的劣化。由于该钢没有添加氮，因此Z相的生成不会导致长时间运转后蠕变断裂强度的劣化。长时间运转后蠕变断裂强度的劣化是由于在蠕变过程中M23C6碳化物凝聚粗化会导致马氏体组织迅速恢复所致。硼在晶界附近的M23C6碳化物中浓缩，可以长时间抑制晶界附近的M23C6碳化物在蠕变过程中发生凝聚粗化，使晶 界附近的微细板条状-块状组织保持长时间不变。
根据在650℃、80MPa时的蠕变速度-时间曲线可知，添加硼后发生大的变化的是加速蠕变的开始时间延长了。由此可使最小蠕变速度变得更低，断裂寿命延长。添加硼，可以抑制晶界附近发生局部蠕变变形，使变形在晶界附近和晶粒内变得更加均匀，还可提高蠕变延性，从而提高蠕变疲劳寿命。在添加140ppm硼的9Cr钢中，当氮为80ppm左右时，蠕变强度变得极大。
作为650℃级高效USC设备用钢，日本在耐热钢的研究方面领先于欧美。为解决能源供给和减少CO2排放这两个课题，因此对耐热钢的高强度化、高温化、尤其是确保长时间运转可靠性的要求非常高，研究开发新一代耐热钢对火力发电来说今后将起越来越重要的作用
第五篇：耐热钢压力容器的焊接
在普通碳钢中加入一定量的合金元素，以提高钢的高温强度和持久强度，就形成了低合金耐热钢，对于压力容器用低合金耐热钢，为改善其焊接性能，常常把碳含量控制在0.2%以下。这类钢通常以退火态或正火+回火状态交货。由于......
一、 压力容器用耐热钢及其焊接性
在普通碳钢中加入一定量的合金元素，以提高钢的高温强度和持久强度，就形成了低合金耐热钢，对于压力容器用低合金耐热钢，为改善其焊接性能，常常把碳含量控制在0.2%以下。这类钢通常以退火态或正火+回火状态交货。由于合金含量在2.5%以下的低合金耐热钢具有珠光体+铁素体组织，故也经常称为珠光体耐热钢，如15CrMoR。合金含量在3% ~ 5%之间的低合金耐热钢供货状态为贝氏体+铁素体组织，故也称为贝氏体耐热钢，如12Cr2Mo1R。
压力容器上使用的低合金耐热钢主要是以加入铬和钼元素或辅以加入少量的钒、钛等元素来提高钢的蠕变强度和组织稳定性，所以也经常称之为Cr-Mo耐热钢或Cr-Mo-V系耐热钢。也正由于这一类钢在耐高温的同时还具有良好的抗氢腐蚀性能，为此，Cr-Mo或Cr-Mo-V系的低合金耐热钢亦经常称为抗氢钢。
作为耐热钢，除上面已讲到的低合金耐热钢外，还有合金含量在在6% ~ 12%之间的中合金耐热钢，如1Cr5Mo、1Cr9Mo1，和合金大于13%的高合金耐热钢，如1Cr17。由于在压力容器中这两类耐热钢并不多见，本节以叙述低合金耐热钢为主。
为保证耐热钢焊接接头在高温、高压和各种腐蚀介质条件下长期安全的运行，其焊接接头性能应满足下列几点要求。
① 接头的等强性 耐热钢接头不仅应具有与母材基本相等的室温和高温短时强度，而且更重要的是应具有与母材相近的高温持久强度。
② 接头的抗氢性和抗氧化性 耐热钢接头应具有与母材基本相同的抗氢性和高温抗氧化性。为此，焊缝金属的合金成分和含量应与母材基本一致。
③ 接头的组织稳定性 耐热钢焊接接头在制造过程中，特别是厚壁接头将经受长时间多次热处理，在运行过程中将长期受高温高压的作用，接头各区不应产生明显的组织变化及由此引起的脆变或软化。
④ 接头的抗脆断性 虽然耐热钢压力容器大多数是在高温下工作，但当压力容器和管道制造完工后将在常温下进行设计压力1.25倍压力的水压试验。在安装检修完后，要经历水压试验及冷启动过程。因此，耐热钢焊接接头亦应具有一定的抗脆断性。
⑤ 接头的物理均一性 耐热钢焊接接头应具有与母材基本相同的物理性能。焊缝金属的热膨胀系数和热导率应基本一致，这样就可避免接头在高温运行过程中的热应力。
低合金耐热钢含有一定量的合金元素，因此它与低合金高强钢都具有一些相同的焊接特点，而又由于其含有一些特殊的微量元素及其不同的介质工作环境，所以也有其独特的焊接特点。
(1)淬硬性 低合金耐热钢中的主要合金元素Cr和Mo等都能显著提高钢的淬硬性。其中Mo的作用比Cr大50倍。这些合金元素推迟了钢在冷却过程中的转变，提高了过冷奥氏体的稳定性，从而在较高的冷却速度下可能形成全马氏体组织，比如12Cr2Mo1R焊接时，如果焊接线能量较小，钢板厚度较大且不预热焊接时就有可能发生100%的马氏体转变。
(2)冷裂纹 由于Cr-Mo钢极易产生淬硬的显微组织，再加上焊缝区足够高的扩散氢浓度和一定的焊接残余应力共同作用，焊接接头易产生氢致延迟裂纹。这种裂纹在热影响区和焊缝金属中都易发生。在热影响区大多是表面裂纹，在焊缝金属中通常表现为垂直于焊缝的的横向裂纹，也可能发生在多层焊的焊道下或焊根部位。冷裂纹是Cr-Mo钢焊接中存在的主要危险。
(3)消除应力裂纹 因为这类裂纹是在消除应力热处理时，接头再次处于高温下所产生的裂纹，故又称为再热裂纹。Cr-Mo钢是再热裂纹敏感性钢种，敏感的温度范围一般在500 ~ 700℃之间。
大量试验结果表明，钢中Cr、Mo、V、Nb、Ti等强碳化物形成元素对再热裂纹形成有很大影响。通常以裂纹指数PSR粗略地评价钢的消除应力裂纹敏感性。PSR按下式计算：
PSR=Cr% + Cu% + 2Mo% + 10V% + 7Nb% + 5Ti% - 2
当PSR≥0时，就有可能产生消除应力裂纹。但对于碳含量低于0.1%的钢种，上式不适用。
(4)热裂纹 对低合金耐热钢，人们往往注重冷裂纹的防止。实际上，当焊道的成形系数(熔宽与熔深比)小于1.2 ~ 1.3时，焊道中心易形成热裂纹。这是因为窄而深的梨形焊道，低熔点共晶聚集于焊道中心，在焊接应力作用下，导致焊道中心出现热裂纹。一切影响焊道成形系数的因素都会影响热裂纹的发生。
(5)回火脆性 Cr-Mo钢及其焊接接头在350 ~ 500℃温度区间长期运行过程中发生脆变的现象称为回火脆性。例如某厂一台2.25Cr-1Mo钢制压力容器在332 ~ 432℃运行30000h后，钢的40J脆性转变温度从-37℃提高到了+60℃，并最终导致灾难性的脆性断裂事故。
Cr-Mo钢及其焊接接头的回火脆性敏感性有两种评价方式：
①X系数和J系数
X=(10P+5Sb+4Sn+As)×10-2(式中元素以ppm含量代入，如0.01%应以100ppm代入)
J=(Si+Mn)(P+Sn)×104 (式中元素以百分数含量代入，如0.15%应以0.15代入)
这两个系数的界定是随着工业的不断发展和进步一步步提高的，最早要求X≤25ppm，J≤200，后来达到X≤20ppm，J≤150，直至目前又提高了要求，要求X≤15ppm，J≤100。
② 分步冷却试验法(步冷)
分步冷却试验法是将试件加热到规定的最高温度后分步冷却，温度每降一级，保温更长时间。步冷处理目的是在200 ~ 300 h内使钢产生最大的回火脆性，与350 ~ 500℃温度区间设备经过2000 ~ 5000 h才能产生的效果相同。
加热后，使钢材发生快速回火脆化。分别对步冷试验前后的钢材进行系列冲击，绘制出步冷试验前 、后回火脆化程度的曲线，确定延脆性转变温度VTr54 (试样经Min. PWHT处理后的夏比冲击功为54J时相应的转变温度)的变量ΔVTr54 (试样经Min. PWHT + 步冷处理后的夏比冲击功为54J时相应的转变温度增量)，按下式进行计算：
美国雪弗龙公司早期提出的指标：
VTr54 +1.5ΔVTr54 ≤ 38℃(100℉)
20世纪90年代普遍采用的指标：
VTr54 +2.5ΔVTr54 ≤ 38℃
随着对设备安全性要求的提高及钢材、焊材性能的提高，对该指标的要求越来越高，2006年某工程公司为宁波和邦化学有限公司设计的两台加氢反应器提出的指标是：
VTr54 +3ΔVTr54 ≤ 10℃
二、 压力容器用耐热钢焊材选用
(1)与低合金高强钢相同，焊缝金属和母材等强度原则仍是低合金耐热钢焊材选用的基本原则，只不过此时不但要考虑焊缝金属与母材的常温强度等强，同时也要使其高温强度不低于母材标准值的下限要求。
(2)为使其焊缝金属具有与母材同样的使用性能，因此要求其焊缝金属的铬、钼含量不得低于母材标准值的下限。
(3)为保证焊缝金属有同样小的回火脆性，应严格限制焊材中的氧、硅、磷、锑、锡、砷等微量元素的含量。
(4)为提高焊缝金属的抗裂性，应控制焊材中的含碳量低于母材的碳含量，但应注意，含碳量过低时，经长时间的焊后热处理会促使铁素体形成，从而导致韧性下降，因此，对于低合金耐热钢的焊缝金属含碳量最好控制在0.08% ~ 0.12%范围内，这样才会使焊缝金属具有较高的冲击韧性和与母材相当的高温蠕变强度。
三、 压力容器用耐热钢焊接要点
(1)预热与层间温度 在Cr-Mo钢的焊接特点中提到的冷裂纹、热裂纹及消除应力裂纹，都与预热及层间温度相关。一般来说，在条件许可下应适当提高预热及层间温度来避免冷裂纹和再热裂纹的产生。表为对各种低合金耐热钢推荐选用的预热温度和层间温度，但在设备制造过程中还要结合实际选用。
推荐选用的低合金耐热钢预热及层间温度
对于预热和层间温度，应注意以下几点：
① 整个焊接过程中的层间温度不应低于预热温度。
② 要保证焊件内外表面均达到规定的预热温度。
③ 对于厚壁容器，必须注意焊前、焊接过程和焊接结束时的预热温度基本保持一致并将实测预热温度做好记录。
④ 若容器焊前进行整体预热不仅费时而且耗能。实际上，作局部预热可以取得与整体预热相近的效果，但必须保证预热区宽度大于所焊厚度的4倍，且至少不小于150mm。
⑤ 预热与层间温度必须低于母材的Mf点(马氏体转变结束点)，否则当焊件经SR处理后，残留奥氏体可能发生马氏体转变，其中过饱和的氢逸出会促使钢材开裂，如对12Cr2Mo1R的预热和最高层间温度应低于300℃。
⑥ 钢材下料进行热切割时，类似焊接热影响区的热循环，切割边缘的淬硬层可能成为钢材卷制或冲压时的裂源。因此，也应适当预热。
(2)焊后热处理 对于低合金耐热钢，焊后热处理的目的不仅是消除焊接残余应力，而且更重要的是改善组织提高接头的综合力学性能，包括提高接头的高温蠕变强度和组织稳定性，降低焊缝及热影响区硬度，还有就是使氢进一步逸出以避免产生冷裂纹。因此，在拟定低合金耐热钢焊接接头的焊后热处理规范时，应综合考虑下列冶金和工艺特点。
① 焊后热处理应保证近缝区组织的改善。
② 加热温度应保证焊接接头的焊接应力降到尽可能低的水平。
③ 焊后热处理不应使母材及焊接接头各项力学性能降低到设计规定的最低限度以下。这一点往往要通过对母材及焊接接头进行最大和最小模拟焊后热处理(Max. PWHT及Min. PWHT)后的各项力学性能检测来确定。
④ 由于耐热钢的回火脆性及再热裂纹倾向，焊后热处理应尽量避免在所处理钢材回火脆性敏感区及再热裂纹倾向敏感区的温度范围内进行。应规定在危险温度范围内要有较快的加热速度。
综合考虑以上4个特点，需要制定一个合适的耐热钢焊后热处理规范，经过大量的试验、研究，引出了一个指导性参数，即纳尔逊米勒(Rarson—Miller)参数 Tp，也称回火参数。
Tp= T ( 20+log t )×10-3
式中：
T — 热处理绝对温度，K
t — 热处理保温时间，h
从式中可以看出，热处理的温度和保温时间决定了Tp值的高低，也就影响了Cr-Mo钢焊接接头的强度和韧性。Tp值过低，接头的强度和硬度会过高而韧性较低，若Tp值太高，则强度和硬度会明显下降，同时由于碳化物的沉淀和聚集也会使韧性下降，因此，Tp值在18.2 ~ 21.4可以使接头具有较好的综合力学性能。当然，对于每一种Cr-Mo钢都有一个最佳的回火参数范围，如1.25Cr-0.5Mo钢焊缝金属的最佳Tp值为20.0 ~ 20.6之间，对于2.25Cr-1Mo钢而言，其最佳的Tp值在20.2 ~ 20.6之间。
(3)后热和中间热处理 Cr-Mo钢冷裂倾向大，导致生产裂纹的影响因素中，氢的影响居首位，因此，焊后(或中间停焊)必须立即消氢。一般说来，Cr-Mo钢容器的壁厚、刚性大、制造周期长，焊后不能很快进行热处理，为防裂并稳定焊件尺寸，在主焊缝(或主焊缝和壳体接管焊缝)完成后进行比最终热处理温度低的中间热处理。这类钢的后热温度一般为300 ~350℃，也有少数制造单位取350 ~ 400℃的。中间热处理规范随钢种、结构、制造单位的经验而异，一般中间热处理温度为(620 ~ 640℃)±15℃。
(4)焊接规范的选择 焊接线能量、预热温度和层间温度直接影响到焊接接头的冷却条件，一般来说，焊接线能量越大，冷却速度越慢，加之伴有较高的预热和层间温度，就会使接头各区的晶粒粗大，强度和韧性都会降低。对于低合金耐热钢而言，对焊接线能量在一定范围内变化并不敏感，也就是说，允许的焊接线能量范围较宽，只有当线能量过大时，才会对强度和韧性有明显的影响，所以为了防止冷裂纹的产生，希望焊接时线能量不要过小。
四、 耐热钢钢压力容器焊接实例
直径为500mm，壳程壁厚为30mm，管程壁厚为16mm的加热器，壳体材质为15CrMoR，其主要承压焊缝的焊接工艺见表。
说明：
① 壳程筒体直径较小，焊工无法钻入筒体内焊接，故壳程筒体纵、环缝只能从外侧施焊。同样，由于该设备结构方面的原因，壳程、管程筒体与管板的环缝焊接也只能从外侧进行。至于接管与对接法兰环缝，本设备中接管规格为φ273×12，亦无法从内侧施焊。以上焊缝需要单面焊，但又要保证质量，选用TIG焊打底是保证焊缝质量最有效的方法。对于壳程筒体环缝，也可采用GTAW打底，SMAW再焊两道，然后SAW焊剩余层的方法。
② 尽管管程筒体直径较小，但其长度很短，管程筒体纵缝、管程筒体与法兰环缝具备内侧焊条电弧焊的条件，故采用焊条电弧焊进行双面焊。
③ 接管、整体法兰与法兰盖、管板、壳体的角焊缝设备大合拢焊缝，鉴于此部位焊缝形状和焊接条件，一般选用焊条电弧焊。
④ 换热管-管板焊接是热交换设备的重要焊缝，其焊接方法有焊条电弧焊、手工钨极氩弧焊、全位置自动氩弧焊。焊条电弧焊是最早使用的焊接方法，其特点是效率高，但是质量对比于其他两种方法来说要差很多，现在基本上已被淘汰。但是在某些特殊场合，如丝堵式空冷器，其管子-管板焊接必须通过管板前的丝堵板进行焊接，这时只能用采用焊条电弧焊的方法，用小直径焊条焊接，这对焊工操作技术要求很高，一般在焊前需要对焊工进行专门培训。
目前使用最广泛，质量最好的焊接方法为自动氩弧焊。本设备中换热管-管板焊接采用全位置自动氩弧焊，焊接接头形式为角焊缝。焊丝直径为1mm，填丝焊两道。
⑤ 耳座与壳体焊接角焊缝属非承压焊缝，采用熔化极气体保护焊(保护气体为纯CO2)，效率高，焊缝成形好。TWE-811B2为焊材牌号，其焊材型号为E81T1-B2(AWS A5.29)。