耐热钢基本知识

1.耐热钢是指在高温下工作的钢材。耐热钢的发展与电站、锅炉、燃气轮机、内燃机、航空发动机等各工业部门的技术进步密切相关。由于各类机器、装置使用的温度和所承受的应力不同，以及所处环境各异，因此所采用的钢材种类也各不相同。这里所谈的温度是个相对的概念。最早在锅炉和加热炉中使用的材料是低碳钢，使用的温度一般在200℃左右，压力仅为0.8MPa。直到现在使用的锅炉用低碳钢，如20g，使用温度也不超过450℃，工作压力不超过6MPa。随着各类动力装置的使用温度不断提高，工作压力迅速增加，现代耐热钢的使用温度已高达700℃，使用的环境也变得更加复杂与苛刻。现在，耐热钢的使用温度范围为200～1300℃，工作压力为几兆帕到几十兆帕，工作环境从单纯的氧化气氛，发展到硫化气氛、混合气氛以及熔盐和液金属等更复杂的环境。

为了适应各种工作条件不断发展的要求，耐热钢也在不断地发展。从最早期的低碳钢、低合金钢，到成分复杂的、多元合金化的高合金耐热钢。
现按珠光体型低合金热强钢、马氏体型热强钢、阀门钢、铁素体型耐热钢、奥氏体型耐热钢、等分别介绍如下。
1）珠光体型低合金热强钢
该种钢的代表：12Cr1MoV此种钢组织稳定性较好，当温度高达580℃时仍具有良好的热强性。
2）马氏体型热强钢
该种钢的代表：Cr12型马氏体热强钢，有优良的综合力学性能、较好的热强性、耐蚀性及振动衰减性，广泛用于制造汽轮机叶片而形成独特的叶片钢系列，并广泛用作气缸密封环、高温螺栓、转子和锅炉过热器、在热器管、燃气轮机涡轮盘、叶片、压缩机及航空发动机压气机叶片、轮盘、水轮机叶片及宇航导弹部件等。Cr12型耐热钢的开发与应用已有60多年历史，至少已有300余种牌号。但其成分的差别不大，都是以Cr12钢为基础在添加钨、钼、钒、镍、铌、硼、氮、钛、钴等元素含量上做些变化。
3）阀门钢
阀门钢是耐热钢的一个重要分支，该种钢的代表：21Cr-9Mn-4Ni-N钢（21-4N），与21Cr-12NiN、14Cr-14Ni2W-Mox相比，性能优越较经济，在汽油机排气阀门上迅速得到广泛应用。在21-4N钢基础上添加硫改善切削性能形成了21-4NS。添加铌、钼、钨和钒，提高了高温强度、疲劳强度和耐磨性，开发了21-4WNbN，X60CrMnMoVNbN2110钢。
4）铁素体型耐热钢
在室温和使用温度条件下这类钢的组织为铁素体。这类钢铬含量高于12%，不含镍，只含有少量的硅、钛、钼、铍等元素。
5）奥氏体型耐热钢
该种钢的代表：18Cr-8Ni、25Cr-20Ni及Cr-Mn-N、Fe-Mn-Al等钢。这类钢在高温下具有较高的热强性，及优异的抗氧化性。一般制作用于600℃以上承受较高应力的部件，其抗氧化性温度可达850～1250℃。这类钢基本上是和不锈钢同时发展起来的，有些钢同时就是优异的奥氏体型不锈钢。
我国在奥氏体型钢方面，除仿制和生产了大量国外耐热钢牌号外，多年来还开发了Cr-Mn-N、Cr-Mn-Ni-N、Cr-Ni-N及Fe-Al-Mn和Cr-Mn-Al-Si系耐热钢。Cr18Mn12Si2N、Cr20Mn9Ni2Si2N及
3Cr24Ni7SiNRe列入国家标准推广应用。
铸造耐热钢在耐热钢领域中占有相当大的比重。20世纪70～80年代以来，由于石油化学工业的飞速发展，在大型合成氨及乙烯装置中采用了大量的高合金耐热铸钢，其使用温度可达1150℃，开发了一系列Fe-Cr-Ni基耐热钢及耐热合金。如4Cr25Ni35Co15W、4Cr25Ni35WNb、5Cr28Ni48W5等。一些发达国家早在20世纪30年代就制定了耐热铸钢标准。1987年，我国建立了第一个耐热铸钢国家标准。
6）沉淀硬化型耐热钢
沉淀硬化型耐热钢按其组织可分成马氏体沉淀硬化耐热钢（如0Cr17Ni4Cu4Nb）、（半奥氏体-马氏体过滤型）沉淀硬化耐热钢（如0Cr17Ni7Al和0Cr15Ni7Mo2Al）和奥氏体沉淀硬化耐热钢（如0Cr15Ni25Ti2MoVB）等。
2、耐 热 钢 的 分 类

2.1按合金元素含量分类
a）低碳钢：在此类钢中部含或很少含有其他合金元素，其碳含量一般不超过0.2%。
b）低合金耐热钢：在此类钢中都含有一种或几种合金元素，但含量不高，一般钢中所含合金元素的总量不超过5%，碳含量不超过0.2%.
c）高合金耐热钢：在此类钢中合金元素多，合金元素含量一般在10%以上，甚至高达30%以上。
2.2按钢的特性分类
a）抗氧化钢（或称耐热不起皮钢）：此类钢在高温下（一般在550～1200℃）具有较好的抗氧化性能及抗高温腐蚀性能，并有一定的高温强度。用于制造各类加热炉用零件和热交换器，制造热汽轮机的燃烧市、锅炉吊瓜、加热炉炉底板和辊道以及炉管等。抗氧化性能是主要指标，部件本身不承受很大压力。
b）热强钢：在高温（通常在450～900℃）既能承受相当的附加应力又要具有优异的抗氧化、抗高温气体腐蚀能力，通常还要求承受周期性的可变赢利。通常用作汽轮机、燃气轮机的转子和叶片，锅炉的过热器、高温下工作的螺栓和弹簧、内燃机的进排气阀、石油加氢反应器等。
2.3按钢的主要用途分类
工业炉用耐热钢：除反应堆、电站锅炉、石化工业炉外，在冶金、机械、建材、轻工等工业中，广泛用作热交换器、加热炉管、反映罐等多种炉窑中的各种耐热部件，除采用板、管、棒等耐热钢变形材外，并采用大量的耐热钢铸件。冶金厂的各种退火炉罩，可控气氛连续加热炉的马弗罐、辐射管、装料框架、链带等，多采用310（0Cr25Ni20）或3Cr24Ni7SiNRe、2Cr25Ni13钢等。冶金厂连续式加热炉和热处理炉中大量的炉底辊和辐射管亦采用高合金耐热钢离心铸管，常用的牌号有0Cr18Ni9、00Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti、0Cr17Ni12Mo2、00Cr17Ni12Mo2、3Cr24Ni7SiNRe、0Cr23Ni13、1Cr20Ni14、Cr25Ni20Si2、00Cr10Ni20Mo6Cu6、4Cr25Ni35NbW、70CrMoVBRe、
4Cr28Ni48W5Si2、3Cr26Ni4MnMoRe等。在水泥工业中，湿法水泥窑预热带中的耐热钢链条，大型水泥窑蓖冷机用的篦子板，冷却机用的物料斗等，均使用了大量的耐热钢件，如3Cr24Ni7SiNRe、1Cr20Ni14、Cr25Ni20Si2等。

3、耐热钢的牌号表示方法

中国耐热钢的牌号表示方法
根据我国钢铁产品表示方法国家标准（GB/T221—2000）规定，产品牌号的命名采用汉语拼音字母、化学元素符号及阿拉伯数字相结合的方式表示。汉语拼音字母用于表示产品名称、用途、特性和工艺方法。
耐热钢与不锈钢的牌号表示方法相同，一般采用规定的合金元素符号和阿拉伯数字表示。通常在牌号的第一位用一位阿拉伯数字表示平均含碳量（以千分之几计）；
当平均含碳量不小于1.00%时，采用两位阿拉伯数字表示；
当含碳量上限不大于0.03%时（超低碳或极低碳）以两位阿拉伯数字表示（以万分之几计）。
当含碳量上限小于0.1%时以“0”表示含碳量；
当含碳量上限不大于0.03%且大于0.01%时（超低碳），以“00”表示含碳量；
当含碳量上限不大于0.01%时（极低碳），以“01”表示含碳量。合金元素平均含量小于1.50%时，牌号中仅标明元素符号，一般不标明含量；合金元素平均含量为1.50%～2.49%、2.50%～3.49%…22.50%～23.49%…时,相应地写成2、3…23…。专门用途、工艺方法或易切削的耐热钢，在牌号前面冠以专用钢、专用工艺方法或易切削钢的符号。例如：2Cr13：表示平均含碳量为0.2%的平均含铬量为13%的铬耐热钢；
0Cr18Ni10Ti：表示含碳量低于0.1%但大于0.03%的平均含铬18%、含镍10%且含钛的低碳铬镍耐热钢；00Cr19Ni10：表示含碳量低于0.03%的平均含铬19%、含镍10%的超低碳铬镍钢；01Cr19Ni11：表示含碳量低于0.01%的平均含铬19%、含镍11%的极低碳铬镍钢；11Cr17：表示平均含碳量1.10%的平均含铬量为17%的高碳铬钢；
4Cr10Si2Mo：表示平均含碳量为0.40%的平均含铬量为10%、平均含硅量为2%且含钼的铬硅钼钢。珠光体型耐热钢的钢号表示方法，与合金结构钢相同，即前两位用阿拉伯数字表示平均含碳量（以万分之几计），后边为元素符号和表示合金元素平均含量的百分数。耐热铸钢与一般耐热钢的牌号表示方法基本相同，只是在牌号前冠以“ZG”字母（“Z”、“G”分别为“铸”、“钢”汉语拼音的首位字母），以区别于各类变形钢。例如：ZG1Cr18Ni9Ti是和1Cr18Ni9Ti成分相近的耐热铸钢。
4、耐热钢的基本性能
4.1主要合金元素在耐热钢中的作用
耐热钢中常见的合金元素有铬（Cr）、镍（Ni）、钼（Mo）、钨（W）、钒（V）、硅（Si）、铝（Al）、钛（Ti）、铌（Nb）、硼（B）、钴（Co）、锰（Mn）、碳（C）、氮（N）、稀土（Re）、铜（Cu）、铁（Fe）等。磷和硫一般为有害的杂质元素。铬、铝、硅和稀土元素能提高耐热钢的抗氧化性能。铬、钼、钨、钒、钛、铌、钴、硼、稀土等能提高或改善耐热钢的热强性。铁为耐热钢的基本元素。镍和锰的作用主要是获得奥氏体组织。下面分别介绍一下主要合金元素在耐热钢中的作用。
4.1.1铬是耐热钢中抗高温氧化和抗高温腐蚀的主要元素，并能提高耐热钢的热强性。耐热钢的抗高温腐蚀性能与其含铬量有一定的关系。因此常用的耐热钢的铬含量应不低于12%。
4.1.2镍是耐热钢中的重要合金元素之一。为了使钢在室温下获得纯奥氏体组织，其中镍含量不低于25%。但当钢中含有其他合金元素时，为获得纯奥氏体组织，镍含量可适当减少。例如，当钢中含碳量0.1%含碳量为18%时，为了获得钢的纯奥氏体组织，含镍量为8%即可，这就是典型的18-8型奥氏体耐热不锈钢。当钢中含有其他铁苏体形成元素时，为获得纯奥氏体组织，含镍量就要增加，如不增加镍含量，或降低镍含量，就会出现双向组织，或出现不稳定的奥氏体组织，冷加工时可能产生相变（奥氏体组织转变为马氏体组织）。
4.1.3钼为难熔金属，熔点高（2625℃）。对提高耐热钢的热强性有较好的作用。
4.1.4钨为难熔金属，熔点高（3380℃）。加钨可提高固溶体的热强性。
4.1.5钒为难溶金属，熔点高（1910℃）钒是提高铁素体型耐热钢的热强性的有
效元素，钒也在奥氏体型耐热钢中获得应用，但凡含量一般在0.3%～0.5%之间。
4.1.6硅是耐热钢中抗高温腐蚀的有益元素，同时，在钢中加入硅也能改善它在室温条件下工作的性能。耐热钢中的硅含量一般不超过2%。
4.1.7铝是耐热钢中抗氧化的重要合金元素，，耐热钢中的铝含量一般不超过6%。
4.1.8钛是强碳化物形成元素之一，钼的是防止间接腐蚀。
4.1.9铌也是强碳化物形成元素，铌的碳化物在高温下十分稳定，只比钛的碳化物略为逊色。由于铌具有良好的热强性，因此铌在体合金耐热钢和高合金耐热钢中获得了广泛的应用。高合金耐热钢中的铌含量一般为1%～2%。
4.1.10硼与氮和氧都有很强的亲和力，钢中微量硼（0.001%）就可以成培地提高其淬透性。在珠光体耐热钢中，微量硼可以提高钢的高温强度；在奥氏体耐热钢中加入0.025%硼可以提高其抗蠕变性能，但彭含量较高时，其作用相反。加入硼强化晶界对增强耐热钢的持久强度十分重要。硼原子主要分布在晶界上，因此硼对强化晶界起着重要的作用。
4.1.11钴在奥氏体型耐热钢中的作用与镍的作用类似，在铬镍奥氏体型耐热钢中加钴对提高该钢的耐高温腐蚀性能是有利的。钴是一种稀有而昂贵的金属，应当节约使用。
4.1.12锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，它使钢形成和稳定奥氏体组织的能力仅次于镍，以锰代镍的耐热钢，有广泛的用途。锰对钢的高温瞬时强度虽有所提高，但对持久强度和蠕变强度则没有什么显著的作用。
4.1.13碳是钢中不可缺少的元素。碳在钢中的强化作用与它形成的碳化物的成分和结构有着密切的关系，其强化作用也与温度有关。随着温度的升高，由于碳化物的聚集，强化作用有所下降。钢中碳含量增加，会降低钢的塑性和可焊性。因此除强度要求较高的钢中外，一般奥氏体型耐热钢中的碳含量都控制在较低的范围内。
4.1.14氮作为合金化元素在奥氏体型耐热钢中的作用与碳有些类似。在铬镍奥氏体型耐热钢中含氮可提高钢的热强性，几乎对脆性无影响。其原因可能是由于析出弥散的氮化物所致。
4.1.15稀土元素对提高耐热钢的抗氧化性能有较明显的作用。稀土元素的氧化物可以增加基体金属与氧化膜之间的附着力，因为稀土氧化物对基体金属有“钉扎”作用。稀土元素对钢的晶粒度细化有一定的作用。稀土元素与氧、硫、磷、氮、氢等的亲和力都很强。是很好的脱氧、去硫和清除其他有害杂质的气体添加剂。稀土元素能提高耐热钢的抗蠕变性能。

4.2耐热钢的基本性能

4.2.1耐热钢的耐高温腐蚀性能
耐热钢经常处于高温复杂的腐蚀性环境中工作。耐高温腐蚀是耐热钢的一项很重要的性能要求。高温腐蚀是材料在高温下与各类气体环境发生的反应。主要的高温气体腐蚀形式有：高温氧化、硫化、氮化、碳化等形态。另外还有高温熔盐服饰、高温液态金属腐蚀等。
4.2.2抗高温氧化
金属和氧的亲和力大时，且氧在晶铬内溶解度达到饱和时，就在金属表面上形成氮化物。一旦形成了氧化膜，氧化过程的继续进行将取决于两个因素：（a）界面反应速度，包括金属/氧化物界面及氧化物/气体两个界面上的反应速度；（b）参加反应的物质通过氧化膜的扩散速度。在一般情况下，当金属的表面与氧起始反应生产极薄的氧化膜时，界面反应起主导作用，即界面反应是氧化膜生成的控制因素。但随着氧化膜的生长增后，扩散过程将逐渐起着越来越重要的作用，成为继续氧化的控制因素。金属表面形成的氧化膜一般是固态，但是根据氧化膜的性质不同，在较高温度下，有些金属的氧化物是液态，有的还是气态的。
在耐热钢中加入铬、铝、硅和稀土元素等，与氧形成一层完整致密具有保护性的氧化膜。在金属表面施加涂层也是提高抗高温氧化能力的重要方法。如在耐热钢表面渗铝、渗硅或铬铝、铬硅共渗都有显著的抗氧化效果。
4.2.3抗高温硫化
高温硫化是一种比纯氧化更严重的高温腐蚀形态，因为硫化物膜比氧化膜的缺陷浓度大，更容易开裂和剥落，特别是硫化物的熔点低，蒸汽压高，多数硫化物共晶点低。硫化时，硫的存在形式对高温硫化速度有影响。气相的硫可能是以硫蒸汽、二氧化硫、三氧化硫、硫化氢和有机硫化物等形态存在。当硫和氧同时存在时，在金属表面上常形成氧化物和硫化物的混合锈层产物，这种锈层比在H2S或有机硫以及硫蒸汽中产生的硫化物的保护性好。
由于硫化与氧化相似，因此，氧化的基本理论和纺织氧化的基本措施都适用于硫化。在钢中加入铬、铝、硅等合金元素都可以在一定程度上防止或减缓高温硫化。
4.2.4抗高温氮化
氮化与氧化和硫化不同，其产生的失效形式也有所不同。氮化时其最终产物可以全是氮化物层，但该层耐水溶液腐蚀性能很差，或者由于氮扩散到金属中去而降低金属的塑性，当在金属表面不能形成一层连续的氮化物层时，该层很翠。因此，对基本几乎无任何的保护作用。所以，在金属表面一旦形成氮化，将显著地降低金属材料的综合性能。
铁、铬、铝、钛等元素很容易形成氮化物；镍、铜等元素即使在高温下也不形成稳定的氮化物。因此，镍、铜等元素对抑制氮化是有作用的。在混合气氛中（如含有硫的气氛），由于镍易被硫化，因此，镍也是不能抑制氮化的。但在实际工程中，高镍铬的材料仍是抗高温氮化的最佳材料。材料的预氧化对提高其抗氧化性能有一定作用，对不锈耐热钢，效果尤为明显。
4.2.5抗高温碳化
高温碳化是材料暴露于高温下含碳的气体或液态环境中由于气体与材料表面发生高温反应，吸附在其表面上那一部分碳原子产生的表面增碳现象。金属表面吸收大量的谈，碳连续不断地渗入金属内部，当超过了碳在金属中的溶解度，高温下降形成许多不稳定的碳化物、析出石墨等，这就大大地降低了材料的耐腐蚀性能和综合力学性能。特别是不锈钢和耐热钢，由于碳化，在钢中出现大量的碳化铬，从而造成钢的贫铬，使耐腐蚀性能及抗高温氧化性能显著降低。碳化是一种危害很大的高温腐蚀形态，但它不像高温氧化和硫化那样普遍。
使用高合金的耐热钢是解决高温碳化的重要途径。在工程中常用25Cr-20Ni钢和25Cr-35Ni钢来制造高温裂解炉的炉管，效果很好。硅是提高钢抗高温碳化的有利元素之一，但它在钢中的含量不宜超过2%。碳化物稳定元素铌、钛、钨等对提高抗高温碳化性能是有利的。改变气氛的成分能改变碳化条件，改善高温碳化的环境。
4.2.6抗氢腐蚀
氢腐蚀是高温腐蚀形态之一。一般发生在露点以上的高温高压氢环境中，如合成氨的生产和石化工业中的加氢装置等都是在高温高压氢环境中进行的。
氢腐蚀是指高温下钢中首先发生脱碳现象，即钢中的碳化物分解，在钢的表面上形成脱碳层，从而严重地降低钢的力学性能。钢中碳化物分解形成的碳原子在高温高压的氢环境中与氢反应生成甲烷气体。氢腐蚀是一种不可逆的氢损伤形态。
钢中碳含量与氢腐蚀有直接关系。钢中碳含量增加，是钢的抗氢腐蚀性能变坏。在氢腐蚀条件下，选择含碳两地的钢是有益的。在钢中加入能形成稳定性高的碳化物的合金元素，如铬、钼、钨、钛、铌等是提高钢的抗氢腐蚀的主要措施。
4.2.7抗热腐蚀
热腐蚀是金属材料在高温含硫的燃气工作条件下与沉积在其表面上的盐发生的反应引起的高温腐蚀形态。最典型的实例是在含氯化纳的大气与含硫的油料燃烧时沉积在其表面上的硫酸钠引起高温腐蚀。
环境中的硫与氯化钠是导致产生热腐蚀的主要环境因素。硫主要来自燃料，而氯化纳主要来自大气，当一旦形成硫酸盐类时，会加速材料的热腐蚀过程。燃料中的硫含量及燃烧用的空气中的氯化纳含量是影响热腐蚀的主要环境因素。因此，提高燃料的质量，减少燃料中杂志含量是减缓热腐蚀的重要措施。提高合金元素氧化物的稳定性是抗热腐蚀的主要因素。材料中含有钨、钼、钒等合金元素易于形成酸性熔融热腐蚀，特别是番，它对热腐蚀的影响较大。但材料中含有铬、铝等合金元素对材料的抗热腐蚀极为有利。一方面他们能与氧形成保护性良好的氧化膜，也可能形成尖晶石型复合氧化膜，这对提高材料的抗热腐蚀性能有很大好处。在材料中加入稀土元素等微量元素也能提高材料的抗热腐蚀能力。在材料表面涂覆高温涂层是提高材料抗热腐蚀的重要措施。在航空发动机叶片表面上涂高温涂层，能显著地提高叶片抗热腐蚀能力。

4.3耐热钢的常温力学性能
4.3.1屈服强度（屈服点，规定残余伸长应力，规定非比例伸长应力）
当材料进行拉伸试验时，试样在试验过程中力不增加（保持恒定）仍能继续申长（变型）时的应力，成为屈服点。低碳钢和低合金耐热钢常测定此值。屈服点符号用σs表示，单位为MPa。
当材料进行拉伸实验时，不出现明显的屈服点，则测定其相应于一定的残余渗昌（永久塑性变型）或非比例伸长时的应力作为“屈服点”。但这不是真正的屈服点，而分别称为“规定残余伸长应力”和“规定非比例伸长应力”，一般称作“屈服强度”。
4.3.2抗拉强度
当材料进行拉伸实验时，试样拉断前承受的最大标称拉应力，以σb表示，单位为MPa。
4.3.3断后伸长率
当材料进行拉伸实验时，试样拉断后标距的伸长与原始标距的百分比。断后伸长率符号为δ，以百分率（%）表示。
4.3.4断面收缩率
当材料进行拉伸实验时，试样拉断后，缩颈处横截面积的最大缩减量与原始横截面的百分比。断面收缩率符号为Ψ，以百分率（%）表示。
4.3.5布氏硬度
当材料进行布氏硬度实验时，用球面压痕单位表面积上所承受的平均压力表示的硬度值，布氏硬度符号为HBS。
4.3.6洛氏硬度
当材料进行洛氏硬度实验时，用洛氏硬度相应标尺刻度满量程值与残余压痕深度增量之差计算的硬度值。A标尺洛氏硬度符号HRA，标尺洛氏硬度符号为HRB，C标尺洛氏硬度符号为HRC。
4.3.7维氏硬度
当材料进行维氏硬度实验时用正四棱锥形压痕单位表面积上所承受的平均压力表示的硬度值，维氏硬度符号为HV。
4.3.8冲击吸收功
当材料进行冲击试验时，规定形状和尺寸的试样在冲击试验力一次作用下折断时所吸收的功。冲击吸收功符号为Ak，单位为J。当为夏比（V型缺口）冲击试验时，冲击吸收功符号为Akv；当为夏比（U型缺口）冲击试验时，冲击吸收功符号为Aku，当缺口直径为2mm时，该符号为Aku2。
4.3.9冲击韧度（亦称冲击值）
当材料进行冲击试验时，冲击试样缺口底部单位横截面积上的冲击吸收功。冲击韧度的符号为ak，单位为J/cm²。

4.4耐热钢的工艺性能
耐热钢的工艺性能主要包括弯曲性能、顶锻性能、扭转性能、管压扁性能、管扩口性能、管液压性能、冲压性能、焊接性能等。
4.4.1弯曲性能
金属材料在常温下能承受弯曲而不破裂的能力。出现裂纹前能承受的弯曲程度愈大则材料的弯曲性能与好。弯曲程度一般用弯曲角度或弯芯直径d对材料厚度a的比值来表示，弯曲角度愈大或弯芯直径d对材料厚度a的比值愈小则材料的弯曲性能愈好。
4.4.2顶锻性能
金属材料承受锤击或锻打等顶端变形的能力，即为顶锻性能。用顶锻试验进行测定，在常温下进行的叫冷顶锻试验；在锻造温度范围内进行的叫热顶锻试验；进行实验时，应将试样锻短至规定的长度（一般为原长度的1/3或1/2），锻后检查试验侧面，如无裂缝、扯坡、气泡等即认为合格。
4.4.3扭转性能
金属线材进行扭转试验，检验金属线材在单向或交变方向扭转时承受塑性变形的能力并显示材料的均匀性、表面和内部缺陷。
4.4.4管压扁性能
金属管进行压扁试验，将金属管压扁至规定尺寸，检验其塑性变形的能力并显示其缺陷。管压扁性能用压扁距表示，单位为mm。试验后检查弯曲变形处，如无裂缝、裂口则认为合格。
4.4.5管扩口性能
金属管进行扩口试验，检验金属管径向扩张塑性变形的能力并显示其缺陷。管扩4.4.6管液压性能
金属管进行液压试验，检查金属管的质量和耐压强度并显示其有无漏水（或其他流水）、浸湿或永久变型（膨胀）等缺陷。
4.4.7冲击性能
金属板、带材通过杯突试验，检查金属板带经过冲击变形而不产生裂纹等缺陷的能力。冲压性能一般用杯突试验的杯突深度来表示。杯突深度不小于规定时则认为合格。材料能承受的杯突深度愈大，冲压性能愈好。
4.4.8焊接性能
金属有适应常用焊接方法和焊接工艺的能力。焊接性好的金属材料易于常用的焊接方法和焊接工艺焊接，焊接性较差的金属材料必须用特定的焊接方法和焊接工艺进行焊接。一般根据金属焊接时产生裂纹的敏感性及焊缝区力学性能的变化等，来判断金属的焊接性能。

5、耐热钢的主要生产工艺简介
耐热钢按其广义范围来分，包括低碳钢、低合金耐热钢和高合金耐热钢，其生产工艺也有所不同。低碳钢与一般的优质碳素钢生产工艺基本相同，低合金耐热钢与通常的合金结构钢生产工艺基本一致，高合金耐热钢与不锈钢基本相同。所以只重点介绍一些各类钢的工艺特点。
5.1耐热钢的冶炼
低碳钢和低合金珠光体耐热钢一般采用碱性氧气转炉和电弧炉冶炼，有的重要钢种采用电弧炉加炉外冶炼工艺。而高合金的耐热钢一般都采用电弧炉或感应电炉冶炼。为了进一步提高耐热钢的质量，降低钢中的杂质和气体含量，许多耐热钢采用真空熔炼货电渣重熔或炉外精炼工艺。常用的炉外精炼工艺有AOD法（氩氧脱碳法）、VOD法（真空吹氧脱碳法）、RH法（转炉真空脱碳法）等。为了进一步改进精炼工艺，有些耐热钢采用了“三步法”冶炼工艺，即由初炼炉（电炉或转炉）—复吹转炉（可以是AOD或其他形式的复吹转炉）—真空吹氧精炼装置（可为VOD炉或RH装置等）。
5.2耐热钢的浇铸
耐热钢的浇铸有模铸和连铸两种。耐热钢生产主要采用模铸。进些年来连铸发展较快。高合金耐热钢无论模铸还是连铸，都要采取保护措施。因为如果钢液与空气接触，钢中的铬、锰、硅、钛、铝等元素就会和空气中的氧、氮反应，生成二次氧化物，严重影响钢的内部质量和钢锭、钢坯的表面质量。
耐热钢模铸一般采用下铸法，将钢水浇入中注管，钢水在经锭盘上的沟道从底部进入锭模，同时浇铸数支钢锭。下铸法的优点是，钢液在锭模内平稳上升，没有飞溅，同时利于采取保护浇铸措施。钢锭表面质量好，生产效率也较高。这种方法的缺点是：整模操作比较复杂，金属损失较多，钢水收得率相对较低。
耐热钢连铸不仅可提高钢水收得率，省去开坯工序，大大降低能耗，使生产效率显著提高。连铸组织均匀、偏析小，连铸生产劳动强度也较低。所以，连铸是耐热钢生产提高质量、降低成本的重要措施，也是现代化生产的重要标志之一。
耐热钢连铸和一般钢连铸具有许多共同点，也有许多不同点，如：
1、钢中含有多种合金元素，尤其是铝、钛，在浇铸过程中极易氧化；
2、钢水与钢包和中间包衬砖接触及与空气中氧接触的时间相对比模铸长，因而容易产生氧化夹杂；
3、耐热钢的凝固形态较复杂，在凝固和冷却过程中存在脆性温度，因而铸坯容易产生裂纹，尤其是奥氏体钢；
4、钢水的粘度大，流动性差，特别是在浇铸含钛钢时，析出的Al2O3、TiO2易造成水口堵塞；
5、由于钢水得导热性差，对冷却和拉坯速度有较严格的要求。这些特点决定了耐热钢连铸比一般钢连铸在工艺和设备上有更高的要求，如：1、耐热钢连铸对钢水的温度和化学成分要求很严格，而且要求浇铸温度控制在比较窄的范围内；2、为了防止二次氧化，连铸生产过程中要求采取无氧化保护浇铸；3、耐热钢连铸对钢包、中间包、滑动水口、侵入使水口等用的耐火材料也有严格要求；4、为了改善铸坯的凝固组织，减少夹杂物、中心偏析、中心缩孔、内裂等缺陷，获得高质量的连铸坯，一般采用电磁搅拌技术；5、耐热钢连铸坯的冷却工艺与一般钢不同，特别是马氏体钢，一定要在300℃以上将铸坯装入退火炉内缓冷，防止发生马氏体相变，产生变形裂纹；6、耐热钢连铸坯的质量要求比一般钢严格的多。

5.3耐热钢的加工
珠光体型耐热钢具有较好的塑性变形性能，可轧制、锻造成各种型材。铁素体型耐热钢可获得缺陷较少的钢锭，压力加工工艺性能也好。由于它有晶粒长大倾向，锻造时加热的上限温度必须严格控制。奥氏体—铁素体双相钢的塑性加工性能较差，加工时易出现裂纹。奥氏体型耐热钢的铸锭易产生穿晶的柱状组织，偏析带过大和晶粒粗大等缺陷。由于奥氏体钢的导热性差，膨胀系数大，热加工加热时须缓慢加热，否则可能引起内部裂纹。耐热钢的热塑性变形抗力大，模锻叶片和涡轮盘要求有较高的模锻温度，且模锻温度范围较窄。

5.4板带材生产
耐热钢板带材生产一般分为热轧板带材生产、后半生产和冷轧板带材生产。热轧板带生产大多采用板连续或连续式热连轧机，少数采用炉卷轧机和行星轧机生产。生产的规格：厚度为2.0～10mm；宽度为700～1600mm；卷单重为5～18t。供冷轧的板卷厚度一般为3.0～5.0mm。厚度5.0以上为热轧成品。
厚板是指厚度3mm以上的热轧钢板。除了部分使用板卷剪切外，大部分在热板轧机或宽厚度板轧机上生产。热板轧机生产的产品一般为：厚度5～20mm；宽度1500～1800mm；长度2000～6500mm。宽厚板轧机生产的最大厚度可达到200mm（经常使用在60mm以下）宽度达3000mm以上。根据实际用途，厚板大多数为奥氏体钢，少量为马氏体钢，而铁素体钢基本上不生产厚板。
冷轧板带生产一般用20辊、12辊、8辊等多辊轧机。由于多辊轧机变形抗力小，可在高速、高压下、高精度地进行轧制。也可采用冷连轧机生产板带。冷轧板带对表面质量要求非常严格，生产过程中应采取一系列消除表面缺陷和防护表面损伤的措施。
5.5钢管生产
耐热钢管生产主要是无缝钢管生产，也有焊接钢管。无缝钢管，根据尺寸范围、要求的尺寸精度和表面质量，一般以热加工方式或热加工之后继续进行冷加工的方式生产。一般外径不小于900mm时，用热挤压法生产；外径不小于220mm时，用热挤压方法生产毛管，然后进行冷轧；党对尺寸精度和表面质量有高的要求时，一般应增加冷拔工序。无缝钢管的热加工工艺主要有热挤压和热轧两种。供热加工用毛管有挤压机或穿孔机提供。热挤压钢管和热轧钢管既可经过热处理直接生产出产品，也可作为冷加工管的坯料。
冷轧和冷拔是两种不同的钢管生产工艺过程。冷轧的工艺特点是周期性的反复的过程，而冷拔则是连续的过程。冷轧一次变形量大，不仅使冷加工周期大为缩短，而且其壁厚精度和表面质量都较高。但外径的尺寸精度不如冷拔。冷拔设备简单，工模具制作方便，操作容易掌握，规格更换容易，能拔制尺寸精度和表面质量都较高的小口径薄壁管，因而应用较为普遍。因此，一般采取以冷拔为主的冷轧—冷拔联合工艺，即用冷轧定壁，实现变形，用冷拔控制外经，以满足不同品种的要求。
焊管生产的主要特点是生产设备轻、投资少、建设速度快、焊接方法简便、产品规格范围比较广。尤其适合于薄壁管生产，尺寸精度高，偏差小，内外表面平滑，成才率高，成本低。近年来，出现了“焊接加冷拔”的新工艺。冷轧板卷纵剪后，经氩弧焊焊接成形，在经冷拔和热处理等工序，其质量达到无缝管水平，成本也较低。美国发电站热交换器管、电站用的“U”型管都采用了这种方法生产。焊管采用钨极惰性气体保护焊、等离子束焊、电子束焊等。焊接的钢中范围有珠光体低合金耐热钢、奥氏体型耐热钢及铁素体型耐热钢等。焊管外径一般为6～1500mm，壁厚为0.3～10mm。
5.6棒型材生产
耐热钢的棒型材主要有圆钢、方钢、扁钢、六角钢、八角钢及少数异型钢。耐热钢棒型材生产过程包括钢锭开坯、加热、轧制成材及热处理、表面加工处理等。
低碳钢的导热性比合金钢的导热性好，所以碳钢的装炉温度、加热速度及极限加热温度的范围都较宽，而合金钢具有较严格的要求，而且合金钢加热到相变温的时还要有一定的保温时间；低碳钢的热塑性好，变形抗力较小，热轧温度范围较大，一般可采用较大的变形量轧值，而合金钢的热塑性规律不一，一般变形抗力较大，咬入困难，只能采取较小变形量，确保均允变形才不致产生应力裂纹。
铁素体型耐热钢，导热性较差，导热系数只有一般低碳钢的一半，并且热膨胀系数较大，容易产生热盈利，因此要求加热时采用慢速加热并要求有足够的均热时间，要控制合适的终轧温度。钢锭和钢坯的表面缺陷可用机械方法清除，不要用砂轮研磨，以免产生研磨裂纹。
奥氏体型耐热钢，导热性低但无组织应力产生，因此钢锭的装炉温度不限。在高温有良好的塑性，但热变形抗力很大，随着温度下降，变形抗力急剧增高。因此要控制终轧温度与变形程度。在型钢轧制中，其宽展系数几乎是碳钢的1.5倍，应采用单独的孔型系统。这类钢不需缓冷或热处理，无组织应力产生。
马氏体型耐热钢，导热性较差，导热系数仅稍高于奥氏体钢，而且有较大的组织应力和热盈利。钢锭需要热装炉。冷钢锭进行表面清理前应先进行消除应力退火。钢锭装炉前，需先预热，要缓慢加热，均允加热。轧制时变形抗力较大，不宜采用大压下量轧制。加热温度和终轧温度应尽量高一些。这类钢对热应力很敏感，应按不同钢中控制冷却速度。清理表面缺陷之前，钢锭、钢坯应进行软化退火，以免产生研磨裂纹。
5.7热处理
把各种钢坯、钢坯加热到规定的温度并保持一定的时间，然后用选定的冷却速度和冷却方法进行冷却，从而得到需要的显微组织和性能的操作工艺较热处理。热处理操作工艺由加热、保温和冷却三个阶段组成。耐热钢热处理的主要类型有退火、正火、淬火、回火、固溶处理，时效处理以及冷处理等。轧钢生产中的热处理大都属于轧后热处理或钢材出厂前热处理。耐热钢的组织、性能与热处理有密切的关系。通过适宜的热处理工艺，可充分发挥材料的潜力。
珠光体型耐热钢通常在正火或调质状态下使用。马氏体型耐热钢采用调质处理。正火或调质的目的是为了获得稳定的组织、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，只在750～950℃下进行退火处理，退火后续快速冷却以避免475℃脆性。
奥氏体钢按其生产特点可分为变形加工材料和铸造材料。变形加工材料在固溶处理或稳定化处理或沉淀硬化（固溶处理加时效）状态使用。退火是为了稳定组织以及消除冷作硬化的焊接盈利。铸造材料一般在铸造状态或固溶状态使用，也有在沉淀硬化状态下使用的。
固溶处理的主要目的有：一是使钢中的各种相和碳化物固溶与固溶体中，获得强化的固溶体；二是得到适宜的晶粒度。
时效的目的是为了使过饱和固溶体析出弥散的强化相，达到弥散强化的效果。

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