01

12.9级高强度螺栓

1

12.9级高强度螺栓一的国家标准：

我国12.9级高强度螺栓生产量很少，因为我国的材料牌号及钢铁冶炼体系发展滞后，没有相匹配的材料牌号，只有比较接近的材料品种。在GB/T 3098.1—2000标准中的表2，可以看出端倪。

认真解读12.9级螺栓的注解（6）、（8）、（9）可以得出一些信息。注解：

(6）材料要有良好的淬透性，保证紧固件截面在淬火后，回火前获得90%的马氏体组织。注意是在淬火后获得90%马氏体组织.

(8）12.9级金相组织不能检出白色磷聚焦层（冷脆）。

（9）该等级的回火温度及化学成份尚在调研中（热处理和材料在讨论研究中）。从中可以看出我国对12.9级高强度螺栓生产没有充分把握，不提倡积极地生产。

据了解：我国工程上采用的12.9级的螺栓，以进口居多。

2

42CrMo类型的几种材料分析对比：

普通42CrMo能够达到12.9级的强度要求，在机械性能四项指标的测量中，强度类指标容易达标，断后伸长率8%，断面收缩率44%达到标准，有一定难度，主要是强度与韧性的配合问题；

如果12.9级有冲击韧性要求，更难达到要求，12.9级产品对材料要求很高，普通的42CrMo的材料难以达到。一般可采用42CrMo（B7），42CrMoA的材料。我们认真对着照分析了42CrMo几种公司采用的不同的材料，其中的化学成分的组成（见图表一）。

图表一：42CrMo类型化学成分的组成

1）42CrMo与B7的对比分析

B7是美国牌号的钢材，与我国的42CrMo的化学组成相类似，但是存在着微小差别，这些微小的差别，却影响了产品的性能。

钼的含量

我国钢材42CrMo与B7材料，标准规定的含Mo量都是在0.15~0.25%范围内，但美国B7钢材一般的材料，含Mo量基本上在0.18~0.20%的数值范围内（中间偏下的范围）；我国的钢铁企业为了追求利润******化，一般将42CrMo材料的含Mo量定在0.15~0.17%范围内，属于下限范围。

钼元素能提高钢的淬透性，细化晶粒，并能有效地阻止钢材的第二类回火脆性的产生，尤其是低温状态下，钼含量的增加对提高冲击值起到积极作用。

目前，我国许多高强度紧固件制造企业也逐步地认知钼元素的重要作用，因此要求钢铁公司将钼含量提高到0.18~0.20%左右的范围，从而有效地提高了材料的性能，在42CrMo的基础上产生了中国改进型的牌号----42CrMo（B7）（见上面表格的数值）。

锰的含量

锰是添加的常用合金元素，因为经济适用，常用来代替铬、钼、钒贵重合金元素；锰元素能有效地提高钢材的淬透性，提高材料的强度，并且能减少硫对钢材产生的热脆性。

锰钢经过加工后能提高钢的耐磨性；但含锰量增加到一定的量后，会促使晶粒长大，降低材料的塑性和韧性，并增加第二类回火脆性的倾向，从理论上说，普通42 CrMo材料锰元素的含量应该控制在≤0.8%范围内。

考虑到以上锰的优缺点，我国把42CrMo的含锰量定位0.5~0.8%，而美国B7把锰含量定为0.65~1.1%，锰含量的增加，对提高淬透性起了积极的作用。

美国B7材料含钼量通常比我国的普通42CrMo材料高，钼元素含量的提高，对抑制锰的缺陷起到积极的作用；钼元素含量地提高，还能够对降低回火脆性起积极作用，这是在钢材中多种添加元素的作用，会起互相弥补、互相提高的功能，克服了单一添加元素在材料中的不足。

2）42CrMoA与42CrMo的对比分析

试样三的材料我公司是选用了宝钢的材料，众所周知，材料后加A是高级优质钢，其硫磷含量在优质钢≤0.035%的基础进行了降低，标准为≤0.025%。

目前我国钢材一般都能达到这一标准，但是有A符号的特级优质钢，在钢铁的冶炼过程中增加了脱磷、脱硫的过程中，不但硫磷杂质元素大幅度下降，其他的杂质元素、钢中的气泡及缺陷也在冶练的过程中相应地减少，提高了钢材的纯净度，使材料的综合性能大幅度提高。

其中，材料的韧性的提高尤为显著，﹣40°C的低温冲击值能够达轻松地到40J以上，个别达到60J，甚至80J，远远大于平均值≧27J的要求，增加产品的可靠性。

上面三种42CrMo三种类型的材料，在拉力试验数据基本相同的条件下，钼含量的增加能有效地提高材料的韧性，而杂质元素的减少对提高材料的性能的提高同样很显著，因此对性能要求高的产品，必须严格地控制材料各种合金元素的含量；镍、钒、钼等稀有金属元素的含量、稀有金属元素的微量增减，都会影响产品的技术性能。

例一：不同材料制成的产品经过拉伸试验后，得出的试验结果，有比较大的差别，具体见下面的报告的数据。（图表二 ）

图表二A：普通42CrMo材料制成产品的拉伸试验报告

图表二B：B7材料制成产品的拉伸试验报告

从上面实例中可以看出，不同的材料品种对拉伸试验产生的数值有些差异，经过二种不同的材料的元素分析，可以更加明显地看出合金成分差异对性能的影响：（见图表三）

元素

品种

C

Cr

Mo

Si

Mn

S

P

规范要求

0.38-0.45

0.90-1.20

0.15-0.25

0.17-0.37

普0.5-0.8

B7(0.65-1.1)

≤0.04

≤0.035

B7材料

0.39

1.04

0.19

0.25

0.75

0.04

0.011

42CrMo

0.38

1.04

0.16

0.21

0.59

0.04

0.058

图表三；二种材料的化学元素分析

从上面二个图表中可以看出几点：

1）

同一家公司热处理后的螺栓双头，抗拉强度、屈服强度比较相近（B7材料产品检测数值略微高一些），但是断面收缩率相差比较大， B7材料生产的双头螺栓断面收缩率数值比较高，全部达到并且超过技术要求；而普通42CrMo材料生产的双头螺栓数值比较低，并且其中的一个产品的断面收缩率数值不合格，这批产品试验判断为不合格。

2）

从化学元素组成来看：最主要的区别在于Mo元素的含量，B7材料的含Mo量达到0.19%，而普通42CrMo材料含Mo量仅为0.16%，刚刚达到材料的要求，钼元素的增加，主要功能是细化晶粒，增加了韧性；在上面实例的数值中，可以充分地说明上面的理论分析。（断面收缩率是机械性能四项指标中，是最容易出差错的指标）。

3）

Mn元素略微增加，对提高强度性能起到积极的作用，Mn元素的不足之处，由于Mo元素的含量的增加，起到弥补作用。

4）

S 、P元素：杂质元素的减少能够提高材料的韧性；B7材料P元素含量的减少，对提高材料的塑性起到积极地作用。

3

12.9级螺栓材料选择：

12.9级的螺栓，如果有冲击韧性要求的，建议改用三元素合金材料，这样性能比较稳定，例如我国牌号：40CrMoMn，40CrNiMo等等比较适合。

12.9级的螺栓，材料选择余地比较小，如果不偏重考虑到韧性及低温冲击值，那么用42CrMo类型材料即可，但目前采用12.9级的产品的要求均很高，许多产品有低温冲击的要求。

以风机配件为例，12.9级的紧固件，在﹣40°C低温下，冲击值必须≥27J。因此必须采用了多种合金元素的结构钢，目前我国采用的只是40CrNiMo，而国外使用的CrNiMo类型的多合金元素的材料有许多种，可以有效地进行选择。

下列是国内外常用的几种牌号。（图见表四）

图表四：国内外常用CrNiMo类的材料

从上面一组类似成分的材料组成来说，德国材料含铬量比较高一些；美国材料的含镍量略高，其他元素的组成的成分区域基本相近，但在材料使用过程中要注意四个方面：

1）

.国外的铬，镍元素含量略多，这样，有效地提高了材料整体的强韧性，尤其是对低温冲击值的提高起到了积极作用，由于Cr和Ni元素价格贵，资源稀缺，我国一般控制在下限。因此，在性能上存在一定的差异，Ni、Mo元素下限值会影响低温冲击韧性的数值。

2）

.美标CrNiMo类的材料有一系列牌号，针对不同的技术要求、不同规格的杆径可以有效地进行针对性的选择，而我国CrNiMo的材料牌号比较单一，仅仅只有两种，选择余地较小。

3）

. Mo元素的范围，美国、德国的上差范围比我国的材料有了提高；而且美国、德国从实际需要出发，材料中Mo元素的含量都制定在中间数值范围，我们国家大部分的钢铁企业，为了效益的******化，Mo元素控制在下差的范围。

4）

.由于我国CrNiMo的材料的使用很少，这种材料不仅市场上难买，而且每批材料成分差别比较大，低倍组织也不理想，因此对产品达标率带来一定的问题。

5）

.由于很少使用CrNiMo的材料，一般热处理厂家对40CrNiMo材料热处理工艺实践少，多种合金元素的相互作用及怎样能够充分发挥各种合金元素的作用理解不深；因此，热处理工艺难以掌握。

由于材料批次不同、材料的成分差别，引起热处理后产品性能的波动，会直接影响到紧固件的性能；因此，如果以强度为主的产品，12.9的产品完全能够做到；但要求强度、韧性综合性能高的紧固件产品，难度较大，建议慎用12.9级。

例二．客户要求我们公司生产的M27X340的12 .9的双头螺栓，经过各项性能测试，数据已经出来，情况如下：

（一）检测情况

1．

机械性能：合格

Rm 1280 1280 1280

Rp0.2 1220 1200 1210

A 12 12 12

Z 48.5 49.5 48

2．

-20℃低温冲击：

20J 24J 25J 平均22J

3．

硬度：检测了12点，最高值HRC41.5，最低值HRC39.5 平均值HRC40

（二）性能数值指标分析：

机械性能指标来看，达到了技术要求。由于强度要求高，韧性必然会降低，-20℃平均低温冲击值只有22J。

根据材料与机械性能分析，在客户技术图审核中，我明确写上“不能有低温冲击要求” ，然后再签字，经过实际试验证明我的判断完全正确。因此今后在类似问题上，大家必须注意客户提出的条件，进行综合分析，再作出判断！去承接客户定单。

4

热处理设备的选择：

网带炉的局限性：适应于大批量、小规格、普通等级的产品，不适应于高等级大规格的产品，主要是加热方式存在一定的问题。

12.9级螺栓，可以采用丰东或者德国易卜生的箱形可控气氛的多用炉生产。这款炉子的加热方式作了很大改进，能够对有效直径比较大的产品，在热处理加热时，心部组织热量进行有效传递，有利于材料内部充分地加热和组织成份的转变与均匀化。

5

制造工艺：

先热处理后滚丝，容易产生缺陷，要先热处理—→表面磨削—→滚丝，质量可靠。

原因：表面容易产生脱碳与增碳，对螺纹强度产生严重影响，尤其在成品安装后，应力状态多变，影响螺纹间的结合强度，严重的会产生断裂。

02

热处理工艺

1

热处理加热淬火：

1).

奥氏体化的原理：产品加热—→奥氏体初始（形核，组织开始转变）及条件(温度)—→合金碳化物开始溶解（温度、成份）—→奥氏体组织转变完成—→均匀化（组织与合金元素）—→开始长大。

时间选择是淬火质量的关键，一般来说是在是均匀化中期淬火冷却；过早淬火冷却，组织转变不充分，尤其是合金元素没有充分溶解到材料各个区域，影响性能；如果组织与成分均匀化完成，奥氏体组织粗大，也会影响性能

2).

淬火冷却，完成奥氏体到马氏体的组织转变是瞬时的，如果瞬时冷却不充分，就会存在非马氏体组织，严重影响产品性能。冷却介质，冷却温度，冷却均匀性，这些很容易忽视的问题，但是忽视了任何一方面，都会带来一定的隐患。

国家标准中规定心部区域马氏体组织必须＞90%，其实高强度紧固件来说，非马氏体组织的存在会导致性能急剧下降。

在一次性能测量中，螺栓的低温冲击韧性、断面收缩率、延伸率都没有达到标准要求，我们进行了各项分析，从金相图片分析中可以看出热处理工艺不当存在的明显缺陷。

例三：热处理不当引起的组织性能严重区别。某公司产品供应使用单位后，产生质量问题，一部分10.9级的高强度六角螺栓，在安装后发现断裂。从分析报告中可以看出，螺栓质量问题，主要是热处理不当所引起的。

断裂螺栓的金相分析照片中看出存在组织没有达到技术标准的要求，产品的心部存在贝氏体组织。这是由于热处理工艺存在严重的偏差，影响了热处理后的组织状况，边缘组织热处理后晶粒粗大，降低了产品的性能（见图表五b）；

而心部组织粗大的针叶分布在中轴左右，呈现羽毛状的组织，是典型的上贝氏体组织。（见图表五a）这二种组织状况，均属于组织状况不良，从图片上清晰可见，这充分说明是热处理工艺不当，是导致性能测量不合格原因。

形成贝氏体组织的原因，除了材料的原因外，热处理不当是主要原因（见图表五a）。在淬火冷却时，马氏体组织转变是瞬间，冷却速度太慢，而会造成局部区域来不及散热，形成相对温度偏高的等温区；由于冷却温度比较慢，心部组织来不及散热，冷却后得到的是贝氏体组织；

因此，贝氏体组织往往产生在心部区域，图表五a的贝氏体组织就是出现在心部区域。

图表五a：心部组织 图表五b：边缘组织

图表五：热处理后的组织状态500X

图五b是边缘组织的状况，尽管基本上是马氏体组织，但是马氏体组织比较粗大，而且可以看到在马氏体组织中，存在少量铁素体块。这种情况，是由于材料的先天不足，在加上淬火时工艺不当，形成马氏体组织粗大，导致性能下降。

因此可以看出热处理工艺参数对产品性能影响很大，这个高强度螺栓性能不合格的案例，主要是淬火时工艺不当(冷却不当)所造成的。

2

碳势的控制：

碳势的控制，一般是指渗碳时，炉内气氛的控制，各种渗碳剂（如煤油、甲醇、丙烷等）在热处理中产生分解。分解后的炉内气氛一般由CO等多种混合气体组成。

这些气体中、CO是起渗碳作用的是起脱碳作用的，是中性气体。它们的作用有强有弱，相互之间还会产生相互反应与化合，情况比较复杂，综合在一起，要进行分析。目前控制技术比较先进，一般来说，碳势是各种气体综合效果后得出的结果。

测量碳势的方法与仪器主要有氯化锂露点仪，CO与红外线分析仪、氧探头及电热丝电阻探头。由于探测技术的发展，目前各项仪器分析测量由微机控制，得出综合的碳势数值。

保护气氛，碳势控制执行的几个原则：

1）

保护热处理炉内产品，力争做到不脱碳、不增碳。（表面与心部硬度要求）

2）

不同热处理炉碳势控制状况不同，例如：网带炉碳势控制要略高一些，比箱式炉密封多用炉（丰东炉子）要高。

3）

具体气氛控制主要是根据产品的含碳量多少来确定渗碳气氛中的碳势（例子42CrMo与20MnTiB）。

3

回火的组织转变与作用：

1）

回火：

回火工艺往往是容易忽视的环节，一般工程师认为硬度回下来即完成回火过程。实质上回火和淬火，同样是热处理的重要环节，回火有三重功能：

消除热应力，防止在工作状态应力扩张引起裂纹扩展，这点比较容易理解。

消除组织应力，一些在瞬时没有转变为马氏体的残余奥氏体，得到动力后会转变成马氏体；组织转变完成后，位向差异也会同时达到缓解和完成。如果组织应力没有消除，奥氏体组织在运动转变为马氏体中，由于组织结构不同，存在位向差异，尤其是晶体主轴的不同，结构上存在疏密的区别；这种组织位差，通过充分回火，会得到调整，组织结构趋向均匀。这样就会消除组织转变而产生的应力。如果不及时充分回火，位向差→发展成微裂纹→进而造成裂纹→造成开裂。组织应力不消除，一般讲韧性值会降低，具体反映在性能测试上，断面收缩率，延伸率较低，甚至不能达到标准要求；同时由于组织应力存在，低温冲击试验测试中，低温冲击值不到的可能性极大。

碳化物的转变：一些在高温状态下熔化的合金与碳化物，通过回火重新析出，这时合金元素与碳化物分布更加均匀、更加细小、更加弥散，使合金元素在晶体中的各个部位分布趋向合理，消除合金元素不均匀所造成的薄弱环节，有利于组织的改善。

2）

回火的种类：

低温回火：150℃----250℃ 减少应力、稳定产品几何尺寸，防止产品在使用中变形与开裂，同时要保持高的硬度和强度。

中温回火：300℃----450℃ 保持较高的硬度，使产品在高强度的前提下，具有一定的韧性，例如弹簧。

高温回火：500℃----650℃ 强度与韧性综合性能良好，一般高强度紧固件的高温回火选择在这个区域范围。

时效回火：100℃----160℃ 保持高的硬度、稳定产品的几何尺寸，代替自然时效。

去氢回火：190℃----230℃ 硬度保持基本不变，消除氢脆影响。

3）

回火脆性及其防止：

回火脆性有两种：

低温回火脆性：温度区间250—400℃。

性质：不可逆的，跳过这个区间，提高回火温度，脆性会消失，再重新在这一区间回火，不会重新出现回火脆性，因此称为不可逆的。

造成原因：马氏体分解时，碳化物的薄片沿马氏体条片状析出，这种薄的碳化物片又硬又脆，降低马氏体断裂强度，形成脆性。

高温回火脆性：温度区间500—650℃，根据钢材合金元素构成的种类及数量，脆性区域有差别。

性质：具有可逆性，如果出现，可以重新加热回火，采用快速冷却的方法进行消除。

造成原因：在这一区间P、Sb、Sn、As等微量元素及Cr、Ni、Mn、Si等合金元素会在组织中析出，并且通过不断地加热，会向晶界处移动，降低了晶界间的结合强度，严重的会造成晶间微裂纹的产生，甚至会造成高强度紧固件使用中断裂。

高温回火脆性恰巧是在高强度紧固件调质回火的区间，必须予以重视。在回火后可以采取快速冷却方法，避免或减少这些元素聚集的时间，从而有效地防止高温回火脆性的产生。

03

常用高强度紧固件用钢的性能

（见图表六）

材料牌号

性能特点

性能不足

适用范围

45

最常用的高强度紧固件材料，材料调质后，中小规格的紧固件，能达到抗拉强度和硬度要求。

淬透性比较差，淬火不当易产生开裂。

8.8级M20以下螺栓、六角螺母、垫片

40Cr

最普通的合金结构钢，淬透性较45钢好；塑性变形、韧性等指标优于45钢，一般高强度螺栓常用材料。

难以满足有低温冲击要求的高强度螺栓。

8.8级M20以上螺栓及一般性能要求10.9级螺栓，大规格六角螺母

20MnTiB

良好的机械加工的工艺性能，是细晶钢，在高温加热时晶粒不易长大，适用于表面渗碳淬火

钢材淬透性较差，只适用小规格的产品

钢结构高强度用六角螺栓推荐材料，适用于10.9级M≤24mm的螺栓。

35VB

钒能细化晶粒，提高钢材的强度与韧性，硼加入金属材料后，淬火强度、淬透性得到提高，是较大规格钢结构螺栓推荐材料

大于M30的螺栓综合性能难以达到要求。

适用于M≤30钢结构大六角螺栓，由于合金成分比较少，不适应大于M30规格的紧固件。

35CrMo

冲击韧性、疲劳强度、抗拉强度等综合机械性能均好于40Cr，螺栓在400以下温度下工作时性能良好

焊接性能差，热处理不当会产生第一类回火脆性。

适用于制作8.8级大规格及10.9级中等规格的螺栓

42CrMo

特性与用途与35CrMo基本相似，但强度与淬透性强于35CrMo，能制作大规格10.9级的产品

有白点敏感性，10.9级大规格紧固件，韧性要求高的，建议慎用。

适用于较大规格10.9级的螺栓

40CrNiMo

有较高的强度、韧性和良好的淬透性，淬油时临界直径能达到55mm，低温冲击性能比较良好。

处理不当会有回火脆性，白点敏感性较强、焊接性能较差。

适用于10.9级大规格（≥M39）并且有低温冲击要求及12.9级的螺栓

图表六.常用高强度用钢的性能与适用范围

04

耐热钢及热处理

1耐热钢的性质与分类

在高温下具有较高的强度和良好的化学稳定性的合金钢。它包括抗氧化钢(或称高温不起皮钢)和热强钢两类。抗氧化钢一般要求较好的化学稳定性，但承受的载荷较低。热强钢则要求较高的高温强度和相应的抗氧化性。

耐热钢常用于制造锅炉、汽轮机、动力机械、工业炉和航空、石油化工等工业部门中在高温下工作的零部件。这些部件除要求高温强度和抗高温氧化腐蚀外，根据用途不同还要求有足够的韧性、良好的可加工性和焊接性，以及一定的组织稳定性。目前，还发展出一些新的低铬镍抗氧化钢种。

抗氧化钢中加入合金元素铬、硅、铝等，他们与氧亲和力大，故优先被氧化，形成一层致密的、高熔点的并牢固覆盖于钢表面的氧化膜（Cr2O3、SiO2、Al2O3），可将金属与外界高温氧化性气体隔绝，从而避免进一步氧化。

实际应用的抗氧化钢，大多数是在铬钢、铬镍钢、铬锰氮钢基础上添加硅、铝制成的。和不锈钢一样，含碳量增多，会降低钢的抗氧化性。故一般抗氧化钢为低碳钢。

热强钢材料在高温下的强度有两个特点：

一是温度升高，金属原子间结合力减弱、强度下降；

二是在再结晶温度上即使金属受的应力不超过该温度下的弹性极限，它也会缓慢地发生塑性变形，且变形量随时间的增长而增大，最后导致金属破坏。

这种现象称为蠕变。产生蠕变的原因是：在高温下金属原子扩散能力增大，使那些在低温下起强化作用的因素逐渐减弱或消失。例如，可促使回复与再结晶，使加工硬化效果减弱或消失；促使过饱和固溶体（如马氏体）发生分解及弥散的硬化质点聚集，使淬火硬化效果减弱或消失等。

所有这些过程都导致金属逐渐软化而产生蠕变。显然，其过程与温度、时间有关。耐热钢按照组织特性分为奥氏体型，铁素体型，马氏体型和沉淀硬化型等四种类型。

耐热钢又称不锈耐热钢，一些性能特点与不锈钢基本类似，耐热钢的另一大特点，是材料能够在600—700℃环境下长期使用，而其他钢材在高温下性能会大幅度的衰减，根据耐热钢的四种类型，热处理工艺有区别：

奥氏体型耐热钢：固溶处理，目的是让材料内的各种合金元素均匀分布在各个区域，达到材料不锈与耐高温的特性。含有较多的镍、锰、氮等奥氏体形成元素，在 600℃以上时，有较好的高温强度和组织稳定性，焊接性能良好。

通常用作在 600℃以上工作的热强材料。典型钢种有 1Cr18Ni9Ti、1Cr23Ni13、1Cr25Ni20Si2、2Cr20Mn9Ni2Si2N、4Cr14Ni14W2Mo等

铁素体型耐热钢：由于线材轧制与改制，产生加工冷作，因此为了便于加工，材料在加工产品前，需要退火，降低硬度，去除应力，便于产品加工。铁素体型耐热钢含有较多的铬、铝、硅等元素，形成单相铁素体组织，有良好的抗氧化性和耐高温气体腐蚀的能力,但高温强度较低,室温脆性较大，焊接性较差。

如1Cr13SiAl,1Cr25Si2等。一般用于制作承受载荷较低而要求有高温抗氧化性的部件。

马氏体型耐热钢：可以与其他合金材料一样进行热处理，这类钢通过热处理强度与硬度大幅度地提高，同时又具有耐热的性能。含铬量一般为7～13%,在650℃以下有较高的高温强度、抗氧化性和耐水汽腐蚀的能力，但焊接性较差。

是在含铬12%左右的1Cr13、2Cr13,以及在此基础上发展而来的。如1Cr11MoV、1Cr12WMoV、2Cr12WMoNbVB等。此外,作为制造内燃机排气阀用的4Cr9Si2、4Cr10Si2Mo等也属于马氏体耐热钢。

沉淀硬化不锈钢，热处理比较特殊：首先要通过固溶处理，将材料中各种合金元素能够均匀地分布在各个区域。然后通过时效回火处理，将一些沉淀相析出，增加材料的强度和性能。

因此除了铬、镍元素外，还有钒、钛、铌、铝等合金元素，这些元素在时效回火处理的过程中，能够作为沉淀相析出，起到材料组织的硬化作用，大幅度地提高产品的抗拉强度及各项性能；

为了充分析出沉淀相，时效处理的过程比较长，每个材料牌号时效处理的时间不同，主要是考虑沉淀相的充分析出，改善和提高产品的性能。典型钢种有0Cr17Ni4MCu4Nb、0Cr17Ni7Al、0Cr15Ni25Ti2MoAlVB。

此外还有珠光体耐热钢。这类钢组织形态是珠光体为主，添加元素以铬、钼合金元素为主；合金元素总量一般不超过5％，。组织中除珠光体、铁素体外,还有一些贝氏体。

这类钢在500～600℃有良好的高温强度及工艺性能，价格较低，广泛用于制作 600 ℃以下的耐热部件。如锅炉钢管、汽轮机叶轮、转子、紧固件及高压容器、管道等。

这类钢耐热性能与前面几类耐热钢相似，但是防止腐蚀性能比较差，不属于不锈耐热钢的范畴。典型钢种有：16Mo、15CrMo、12Cr1MoV、12Cr2MoWVTiB、10Cr2Mo1、25Cr2Mo1V、20Cr3MoWV等。

2

耐热钢中合金元素的作用

铬、铝、硅 这些铁素体形成的元素，在高温下能促使金属表面生成致密的氧化膜，防止继续氧化，是提高钢的抗氧化性和抗高温气体腐蚀的主要元素。但是铝和硅含量不能过高，含量太高会使室温塑性和热塑性严重下降。铬能显著地提高低合金钢的再结晶温度,含量为2％时，强化************。

镍、锰 ：可以形成和稳定奥氏体。镍能提高奥氏体钢的高温强度和改善抗渗碳性。锰虽然可以代镍，形成奥氏体，但耐热钢的抗氧化性能会大幅度降低。

钒、钛、铌 ：是强碳化物形成元素，能形成细小弥散的碳化物，提高钢的高温强度。钛、铌与碳结合，还可防止奥氏体钢在高温下或焊后产生晶间腐蚀。

碳、氮：可扩大和稳定奥氏体，从而提高耐热钢的高温强度。钢中含铬、锰较多时，可显著提高氮的溶解度，并可利用氮合金化以代替价格较贵的镍。

硼、稀土元素 ：均为耐热钢中的微量元素。硼溶入固溶体中使晶体点阵发生畸变，晶界上的硼又能阻止元素扩散和晶界迁移，从而提高耐热钢的高温强度；稀土元素能显著提高钢的抗氧化性，提高材料的热塑性。

3 0Cr15Ni25Ti2MoAlVB的性能与热处理

0Cr15Ni25Ti2MoAlVB是典型的沉淀硬化耐热钢，由于合金元素比较多，综合性能优良，具有比较高的韧性，因此能够防止产品的开裂，并且具有较高的缺口强度；在高温下，0Cr15Ni25Ti2MoAlVB材料不但具有耐热高强度性能，而且具有优良的抗氧化性，耐热钢的二个优点都具备；

在980℃高温下，与0Cr25Ni20抗氧化性能相当，能够在700℃以下高温长期服役，产品广泛地应用在汽轮机转子，叶片，以及汽车上的一些耐热部件上，包括耐高温的紧固件连接件

热处理工艺：分为二个部分，先采取固溶处理，然后采用时效处理。固溶处理可采用890—915℃区间加热，或970—1000℃区间加热，高温度区间有利于合金元素的固溶，经固溶处理后快冷，能够保持固溶的成果。

固溶处进行时效处理，时效温度根据产品大小，需要强度要求在700—760℃范围进行选择，时效时间比较长，一般需要15—16小时。目的是让铝、钒、硼等元素通过时效处理，作为硬化相沉淀析出，增加产品的强度，达到硬化的效果。

4 5Cr21Mn9Ni4N

5Cr21Mn9Ni4N是奥氏体型耐热钢，结构是Cr—Mn—Ni—N型不锈钢，它具有二个特点，即节镍型耐热钢，而且强度比较高（Mn含量比较高），常用于汽车和柴油机上的排气阀和耐高温零件。

固溶处理：1120—1200℃温度区间固溶，固溶后快冷（油冷即可）,时效温度在730—780℃，时间：6-8小时。

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