签到天数: 943 天 [LV.10]以坛为家III
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核心设计目的不同
不锈钢: 首要目标是抵抗腐蚀 ,特别是在常温或中温环境下抵抗大气、水蒸气、水、各种酸、碱、盐等介质的腐蚀(尤其是氧化性腐蚀 ,如生锈)。耐腐蚀性是它最主要的特性。
耐热钢: 首要目标是在高温环境下保持性能 。这包括:
1.抗氧化性/抗气体腐蚀性: 抵抗高温氧化(起皮)、硫化、渗碳、卤素气体腐蚀的能力。这是耐热钢的最基本要求 。
2.高温强度 (热强性): 在高温下长时间受力时抵抗变形 (蠕变) 和断裂 (持久强度) 的能力。
3.组织稳定性: 在高温下长期工作不发生有害相变而导致性能下降。
主要应用环境不同
不锈钢: 广泛应用于常温、低温或中温腐蚀性环境 。例如:厨房设备、餐具、食品加工设备(卫生、防锈)医疗器械(防腐蚀、易清洁)化工设备(管道、容器、反应釜 - 抵抗酸碱盐腐蚀)建筑装饰(幕墙、栏杆)汽车排气管(部分耐高温不锈钢)、装饰件、紧固件(防锈)
耐热钢: 专为高温服役环境 设计。例如:火力发电设备(锅炉管、过热器、汽轮机叶片、转子)航空发动机(燃烧室、涡轮叶片、导向叶片)工业炉(炉辊、辐射管、炉底板、马弗罐)内燃机(排气歧管、涡轮增压器壳体)石化裂解装置(高温炉管)
合金化侧重点不同 (虽然都依赖铬等元素)
不锈钢: 核心元素是铬 (Cr) 。通常≥10.5% Cr 才能在钢表面形成致密的、自修复的Cr2O3钝化膜,这是不锈钢耐蚀性的关键。镍 (Ni) 用于提高韧性、成形性和对某些介质(如还原性酸)的耐蚀性(如奥氏体不锈钢)。钼 (Mo) 增强对含氯离子介质(如海水、盐水)的点蚀和缝隙腐蚀抗力。碳 (C) 含量一般较低(尤其耐晶间腐蚀要求高时)。
耐热钢:
1.抗氧化性: 铬 (Cr) 同样是核心,形成稳定的Cr2O3膜。更高温环境需要更高Cr含量(如15-25% Cr),甚至加入铝 (Al)、硅 (Si) 形成Al?O?或SiO?保护膜。
2.高温强度: 镍 (Ni) 稳定奥氏体组织(奥氏体耐热钢在高温下有优势)。加入钨 (W)、钼 (Mo) 进行固溶强化,显著提高高温强度(抗蠕变)。钒 (V)、铌 (Nb)、钛 (Ti) 等形成稳定的碳氮化物,产生沉淀强化(弥散强化),是马氏体或铁素体耐热钢提高热强性的主要手段。
组织状态要求不同
不锈钢: 可以有多种组织状态,各有优缺点:奥氏体(304, 316)/铁素体(430)/马氏体(420)/双相(2205)/沉淀硬化(17-4PH)。选择依据主要是耐蚀性需求、强度要求和加工性能。
耐热钢: 对组织稳定性要求极高。常用的有:
铁素体耐热钢: Cr含量高,抗氧化性好,成本低,但高温强度相对较低,脆性倾向大(475℃脆化)。如06Cr13Al (405)。
马氏体耐热钢: 通过Cr、Mo、V等强化,具有良好的高温强度和适当的抗氧化性。如15CrMo (珠光体-马氏体过渡),X20CrMoV12-1 (12%Cr马氏体热强钢)。
奥氏体耐热钢: 高温强度最好,抗氧化性优异,组织稳定性好,是高端耐热钢的主流。如06Cr18Ni11Ti (321), 06Cr23Ni13 (309), 06Cr25Ni20 (310) 以及更高合金化的Incoloy系列等。
高温下的表现差异
不锈钢:
普通奥氏体不锈钢(如304)在550-800℃范围 内容易发生敏化(碳化铬析出导致晶间腐蚀倾向),不是 理想的耐热钢。部分高合金奥氏体不锈钢(如310)兼具良好的抗氧化性和一定的热强性,可归类为耐热不锈钢,但其热强性通常不如专门设计的沉淀强化型奥氏体耐热钢或镍基高温合金。马氏体不锈钢(如420、440)常温耐蚀性好,但高温下强度和抗氧化性迅速下降。
耐热钢: 专门设计在目标高温范围(通常550℃以上) 长期工作,保证抗氧化性和足够的热强度。其合金成分和组织设计就是为此优化的。
关键交集:耐热不锈钢
需要特别指出的是,存在一类钢种,它们既具有优良的耐腐蚀性(不锈钢特性),又具备良好的高温抗氧化性和一定的高温强度(耐热钢特性) ,这类钢称为耐热不锈钢 。
它们是不锈钢的一个子集 ,但具备耐热钢的核心能力 。
典型代表:奥氏体不锈钢中Cr、Ni含量较高的牌号,如 06Cr25Ni20 (310/S31008), 06Cr23Ni13 (309/S30908), 06Cr17Ni12Mo2Ti (316Ti) 等,以及高铬的铁素体不锈钢如 022Cr11Ti (409) (常用于汽车排气)。
这类钢常用于同时要求耐腐蚀和耐中高温 的场合,如汽车排气系统、高温炉部件(要求洁净度)、某些化工反应器等。
总结表格:
特性 不锈钢 耐热钢 耐热不锈钢 (交集)
核心目的 抵抗腐蚀 (常温/中温) 抵抗高温破坏 (氧化 + 蠕变/断裂) 兼具耐腐蚀和良好耐热性 (抗氧化为主)
主要性能 耐蚀性 (尤其氧化性介质) 高温抗氧化性 + 高温强度 (热强性) + 组织稳定性 良好的耐蚀性 + 优良的高温抗氧化性 + 一定高温强度
关键元素 Cr (≥10.5%), Ni, Mo (耐点蚀) Cr (高含量), Ni (奥氏体稳定), W, Mo, V, Nb, Ti (强化) 高 Cr, 高 Ni (奥氏体), 可能含 Mo, Ti, Nb 等
主要组织 奥氏体、铁素体、马氏体、双相、沉淀硬化 铁素体、马氏体、奥氏体 (主导) 主要为奥氏体
应用环境 腐蚀性环境 (化工、食品、医疗、建筑、日用) 高温环境 (动力、航空、冶金、石化炉窑) 高温且有腐蚀性要求的环境 (排气、热交换器、某些炉用部件)
高温局限 普通牌号在550-800℃易敏化,高温强度不足 常温耐蚀性可能不足 (尤其低合金或马氏体类) 高温强度可能不如专门设计的沉淀强化耐热钢或合金
典型例子 304 (0Cr18Ni9), 316 (0Cr17Ni12Mo2), 430 (10Cr17) 15CrMo (P11), X20CrMoV12-1, 06Cr18Ni11Ti (321), Inconel 600 0Cr25Ni20 (310), 0Cr23Ni13 (309), 022Cr11Ti (409)
简单来说:
不锈钢 = 主要防锈、防化学腐蚀 (重点在“不锈”)
耐热钢 = 主要抗高温氧化、抗高温变形断裂 (重点在“耐热”)
耐热不锈钢 = 既要防锈/腐蚀,又要抗高温氧化 (两者兼顾)
选择时,首先要明确应用环境的最大挑战是腐蚀还是高温,抑或是两者的结合,然后才能确定是选普通不锈钢、耐热不锈钢还是专门的耐热钢(可能牺牲一些常温耐蚀性)。在汽车紧固件领域,《汽车紧固件检测实用手册》通常会根据零件的工作温度和环境(如发动机舱高温区、底盘涉水区、排气系统等)来规定适用的材料类别(不锈钢或耐热钢/耐热不锈钢)及其具体性能检测要求。 |
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