钢材的耐高温性能提升主要可以通过以下几种具体方法来实现:
添加合金元素:
通过向钢材中添加如铬(Cr)、硅(Si)、铝(Al)、钼(Mo)、钨(W)、钒(V)、钛(Ti)等合金元素,可以明显提高钢材的耐高温性能。
这些合金元素能在钢材表面形成致密且熔点高的氧化膜(如CrO、SiO、AlO等),有效阻止钢材在高温下的进一步氧化。
例如,在钢中加入15%的铬,其抗氧化温度可达900℃;继续加入20%~25%的铬,其抗氧化温度可达1100℃。
调整组织结构:
通过优化钢材的晶粒结构,如晶粒细化、析出强化、强化晶界等,可以提高其高温下的抗拉强度、硬度和耐热性。
例如,通过析出强化,在固溶体中沉淀析出稳定的碳化物、氮化物、金属间化合物(如NbC、VC、TiC等),可以阻碍位错的滑移,提高塑变抗力,从而提高钢材的热强性。
控制碳含量:
降低钢材中的碳含量可以减少晶界脆化的倾向,提高钢材的高温强度和韧性。
例如,在珠光体耐热钢中,力求降低含碳量和含锰量,并适当加入Cr、Mo、W、V、Ti、Nb等元素强化铁素体,抑制石墨化倾向并防止碳化物的球化聚集长大,以保证热强性。
优化热处理工艺:
通过合理的热处理工艺,如正火、回火等,可以改善钢材的晶粒结构和相变组织,提高其高温性能。
例如,在马氏体耐热钢中,通过淬火+高温回火的处理方式,可以使工作温度提高到550~580℃。
研发新型合金:
不断研发新型高温合金,如耐热钢、高温合金等,以满足特殊工况下的高温应用需求。
例如,奥氏体耐热钢的耐热性能优于珠光体耐热钢和马氏体耐热钢,其冷塑性变形和焊接性能都很好,一般工作温度为600~700℃,广泛用于航空、舰艇、石油化工等工业部门制造汽轮机叶片、发动机气阀等。