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合金元素铌、钽、硼、稀土元素在耐热钢中的作用

      1 铌 铌是缩小%26gamma;-Fe相区的合金元素,在%26alpha;-Fe中有一定的溶解度。在铁基合金中含0.5%Nb就足以取得弥散强化的效果。铌也是强碳化物形成元素,铌的碳化物在高温下十分稳定,只比钛的碳化物略为逊色。由于铌具有良好的热强性,因此,铌在低合金耐热钢和高合金耐热钢中都获得了广泛的应用。含铌的多元合金化的珠光体低合金耐热钢在蒸汽发电机中的使用温度可达550℃。铌在含铬为12%的耐热钢中获得应用,提高了钢的热强性。在高合金耐热钢中铌的碳化物析出对提高其热强性占有重要的地位,因此钢中的含碳量与含铌量存在着一定的比例关系。含铌的低碳(0.04%~0.07%)奥氏体耐热钢中的铌含量应为10x%C。因此,高合金耐热钢中的铌含量般为1%~2%。

2 钽 钽与铌在元素周期表中为同族,钽在耐热钢中的作用与铌类同。由于钽的价格昂贵,在一般耐热钢中基本不加钽,但通常随钢中加铌时带入。通常只在铸造高温合金中加钽。

3 硼 硼与氮和氧都有较强的亲和力。钢中微量硼(0.001%)就可以成倍地提高其淬透件。硼吸附在奥氏体晶界上,降低了晶间的能量,阻抑铁素体晶核的形成,因而延长了先共析铁素体和上贝氏体转变的孕育期,硼只有以固溶形式存在于钢中才能起到有教作用。当硼与钢中残留的氮、氧化合形成稳定的夹杂物时,反而对钢的性能有不利的作用。在珠光体耐热钢中,微量硼可以提高钢的高温强度;在奥氏体耐热钢中加入0.025%B可以提高其抗蠕变性能,但硼含量较高时,其作用相反。加入硼强化晶界对增强耐热钢的持久强度十分重要。硼原子主要分布在晶界上,因此硼对强化晶界起着重要的作用。

4 稀土元素 稀土元素对提高耐热制的抗氧化性能有较明显的作用。稀土元素的氧化物可以增加基体金属与氧化膜之间的附着力,因为稀土氧化物对基体金属有%26ldquo;钉扎%26rdquo;作用。稀土金属镧和铈能降低Cr 2O3的挥发性,改善氧化物的组成,变成更加稳定的(Cr、La)2O3氧化物膜、镧抑制在1100~1200℃范围内形成易分解的NiO膜。稀土元素也是钢中很好的脱硫去气剂,可以清除其他(如砷、锑、铋等)有害杂质,可以改善钢中夹杂物的形状和分布状态,从而改善和提高钢的质量和耐热性能。稀土元素对钢的晶粒度细化有一定的作用。稀土元素与氧、硫、磷、氮、氢等的亲和力都很强,和砷、锑、铅、铋、锡等也都能形成熔点较高的化合物。两此,是很好的脱氧、去硫和清除其他有害杂质和气体的添加剂。稀土元素能提高耐热钢的抗蠕变性能。在Cr25Ni20耐热钢中加入混合稀土,可提高其在650℃时持久强度的25%;在Cr13Ni16Nb和N,36CrTiAl等钢中加人0.01%Ce,对其抗蠕变强度都有不同程度的提高。





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