耐热钢（耐热合金）和高温合金【荣成华金属】

耐热钢（耐热合金）和高温合金 先来说 耐热钢 和耐热合金 。 这两者的区别并没有明确的规定，通常将合金元素含量小于50%的称为耐热钢，合金元素含量大于50%的，叫做（铁基）耐热合金。两者的分别主要在于合金元素含量。

再来说耐热钢和高温合金。 耐热钢是指具有良好的高温抗氧化性和高温强度的钢。耐热钢和耐热合金在较高载荷下的最高使用温度一般只能达到750℃～850℃。对于更高温度下使用的部件，则采用镍基、钴基及难熔金属为基的高温合金。 两者的分别主要在于耐高温温度范围。

高温工况对金属的耐热性提出了什么挑战？耐热性具体的含义？

金属材料的耐热性包含高温抗氧化性和高温强度两个方面。

 

① 高温抗氧化性

 

金属的高温抗氧化性是指钢在高温条件下对氧化作用的抗力，是钢能否持久地在高温下工作的重要保证条件。

氧化是一种典型的化学腐蚀，在高温空气、燃烧废气等氧化性气氛中，金属与氧接触发生化学反应即氧化腐蚀，腐蚀产物(氧化膜) 附着在金属的表面。随着氧化的进行，氧化膜厚度继续增加，金属氧化到一定程度后是否继续氧化，直接取决于金属表面氧化膜的性能。如果生成的氧化膜是致密、稳定的，与基体金属结合力高，氧化膜强度较高，就能够阻止氧原子向金属内部的扩散，降低氧化速度，否则会加速氧化，使金属表面起皮和脱落等，导致零件早期失效。

 

钢表面氧化膜的组成与温度有关，在570℃以下，氧化膜由Fe ₂O₃+Fe ₃O ₄组成，比较致密，能有效地阻碍氧的扩散，抗氧化性较好。大于570 ℃加热，氧化膜由FeO+Fe ₂O ₃+Fe ₃O ₄ 组成，靠近钢表面的是FeO ，向外依次为Fe ₃O ₄ 和Fe ₂O ₃ ，FeO 疏松多孔，占整个氧化膜厚的90% 左右，金属原子和氧原子很容易通过FeO 层扩散，加速氧化。高温下FeO 的存在，钢的抗氧化性大大下降，而且温度越高，原子扩散越快，氧化速度越快。

 

提高钢的抗氧化性主要途径是合金化，在钢中加入Cr、Si 、Al等合金元素，使钢在高温与氧接触时，优先形成致密的高熔点氧化膜Cr ₂O ₃、SiO ₂ 、Al₂O ₃ 等，严密地覆盖住钢的表面，阻止氧化的继续进行。

 

② 高温强度

 

耐热钢（耐热合金）和高温合金金属的高温强度是指金属材料在高温下对机械载荷作用的抗力，即高温下金属材料抵抗塑性变形和破坏的能力。

 

金属在高温下表现出的力学性能与室温下有较大的区别，当工作温度大于再结晶温度后，金属除了受外力作用产生了塑性变形和加工硬化外，还会发生再结晶和软化过程，因此在室温下能正常服役的零件就难以满足高温下的要求。

 

金属在高温下的力学性能与温度、时间、组织变化等因素有关。

 

金属在高温下工作常会发生“蠕变”现象，即当工作温度大于再结晶温度时，工作应力超过该温度下的弹性极限时，随时间的延长金属发生缓慢变形的现象。金属对蠕变的抗力越大，其高温强度也越高。

金属的高温强度一般用蠕变极限和持久强度来表示。 蠕变极限 是指金属在某温度下，经过一段时间后，其残余变形量达一定数值时的应力值 。 持久强度 是指在恒定温度下经过一定时间，金属材料发生断裂破坏时的应力值 。

 

金属材料在高温下晶界强度低于晶内，因此加入合金元素提高再结晶温度，形成稳定的特殊碳化物，以及采用粗晶材料，减少晶界等都能有效地提高钢的高温强度。