耐高温铸件的运用环境

耐热钢是指具有高温抗氧化性和高温强度的钢。高温抗氧化性是确保工件在高温下持久工作的重要条件。钢件在高温空气等氧化环境中，氧与钢表面发生化学反应生成多种铁的氧化物层，该氧化物层很疏松，失去了钢的原有特性，极易脱落。为了提高钢的高温抗氧化性，向钢中加入合金元素，从而改变氧化物的结构。常用的合金元素有铬、硅、铝等。它们与氧反应，在钢的表面上生成致密的、稳定的氧化物层，或者说钝化层Cr2O3、SiO2或者Al2O3等，以保护钢不再继续氧化。铬、硅、铝加入量多，钢的高温抗氧化好，但是若硅、铝加入量太多，钢的力学性能和工艺性变差。所以，耐热钢以铬为主要合金元素，以硅、铝为辅助元素，总之，钢的高温抗氧化性只与化学成分有关。高温强度系指钢在高温下能够长时间保持承受机械载荷的能力。钢在高温下承受机械载荷一是软化，即强度随温度升高而降低。二是蠕变，即在恒定应力的作用下，塑性变形量随时间延长而缓慢增大，钢在高温下的塑性变形是由晶内滑移和晶界滑移造成。提高钢的高温强度，通常采用合金化方法。亦是向钢中加入合金元素，提高原子间的结合力及形成有利的组织。加入铬、钼、钨、钒、钛等，可强化钢的基体，提高再结晶温度，还可形成强化相碳化物或金属间化合物，如Cr23C6、VC、TiC等。这些强化相在高温下稳定，不溶解，不聚集长大，并保持其硬度。加入镍元素，主要是为了得到奥氏体。奥氏体比铁素体中的原子排列紧密，原子间结合力强，原子扩散较难。所以奥氏体的高温强度较好。可见，耐热钢的高温强度不仅与化学成分有关，而且还与组织有关。起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。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。