鋼材的耐高溫性能提升主要可以通過以下幾種具體方法來實現(xiàn):
添加合金元素:
通過向鋼材中添加如鉻(Cr)、硅(Si)、鋁(Al)、鉬(Mo)、鎢(W)、釩(V)、鈦(Ti)等合金元素,可以明顯提高鋼材的耐高溫性能。
這些合金元素能在鋼材表面形成致密且熔點高的氧化膜(如CrO、SiO、AlO等),有效阻止鋼材在高溫下的進一步氧化。
例如,在鋼中加入15%的鉻,其抗氧化溫度可達900℃;繼續(xù)加入20%~25%的鉻,其抗氧化溫度可達1100℃。
調(diào)整組織結(jié)構(gòu):
通過優(yōu)化鋼材的晶粒結(jié)構(gòu),如晶粒細化、析出強化、強化晶界等,可以提高其高溫下的抗拉強度、硬度和耐熱性。
例如,通過析出強化,在固溶體中沉淀析出穩(wěn)定的碳化物、氮化物、金屬間化合物(如NbC、VC、TiC等),可以阻礙位錯的滑移,提高塑變抗力,從而提高鋼材的熱強性。
控制碳含量:
降低鋼材中的碳含量可以減少晶界脆化的傾向,提高鋼材的高溫強度和韌性。
例如,在珠光體耐熱鋼中,力求降低含碳量和含錳量,并適當(dāng)加入Cr、Mo、W、V、Ti、Nb等元素強化鐵素體,抑制石墨化傾向并防止碳化物的球化聚集長大,以保證熱強性。
優(yōu)化熱處理工藝:
通過合理的熱處理工藝,如正火、回火等,可以改善鋼材的晶粒結(jié)構(gòu)和相變組織,提高其高溫性能。
例如,在馬氏體耐熱鋼中,通過淬火+高溫回火的處理方式,可以使工作溫度提高到550~580℃。
研發(fā)新型合金:
不斷研發(fā)新型高溫合金,如耐熱鋼、高溫合金等,以滿足特殊工況下的高溫應(yīng)用需求。
例如,奧氏體耐熱鋼的耐熱性能優(yōu)于珠光體耐熱鋼和馬氏體耐熱鋼,其冷塑性變形和焊接性能都很好,一般工作溫度為600~700℃,廣泛用于航空、艦艇、石油化工等工業(yè)部門制造汽輪機葉片、發(fā)動機氣閥等。