耐热钢的类别

  耐热钢
一般，将合金元素含量小于50%的叫做耐热钢。日本耐热钢标准有JIS G4311、G4312，此外还有几个SUH系列标准。根据母相组织的不同，耐热钢可以分为铁素体耐热钢、马氏体耐热钢、奥氏体耐热钢和析出硬化型耐热钢。JIS G5122对SUH系耐热铸钢做了规定，但没有按母相组织对钢的牌号进行分类，将铁素体耐热钢、马氏体耐热钢、奥氏体耐热钢混在一起。
  铁素体耐热钢
广泛使用的代表性铁素体耐热钢是低C-17%Cr的SUS430。Cr是提高钢的耐高温腐蚀性的元素，是耐热钢中不可缺少的元素。SUS430具有良好的抗氧化性。由于钢中不含其他元素，所以SUS430价格比较便宜。但是SUS430经高温淬火不发生硬化，并且高温强度低，只能用于不太要求强度的部件。另一方面，由于SUS430的热膨胀系数小，而奥氏体耐热钢的热膨胀系数大，所以，对于温度反复变化，容易产生热疲劳的部件来说，采用SUS430更好。此外，SUS430在500℃左右长期使用时，由于脆性相析出会发生脆化，对此应予以注意。另外，Al也是提高抗氧化性的元素。高温下，Al在氧化铁皮的表面形成Al2O3，成为坚固的保护膜，起到提高抗氧化的作用。利用Al的这种作用的耐热钢有FCH1。FCH1是在25%Cr钢中添加5%Al的发热体用耐热钢，在1200℃以下具有良好的抗氧化性。
  马氏体耐热钢
代表性的马氏体耐热钢是含碳量约为0.1%的12%Cr钢SUS403和SUS410J1。这些耐热钢高温淬火发生硬化，然后进行回火，在母相马氏体上析出M23C6，在500-600℃可保持高强度。如再添加Mo提高回火软化抗力，则可进一步保持高强度。马氏体耐热钢在500-600℃以上的高温下，会发生软化，使强度急剧下降。因此，马氏体耐热钢适用于工作温度在500-600℃以下、要求高温强度的部件。此外，由于马氏体耐热钢的铬含量较少（为12%），并且一部分铬还在碳化物中，不能保证母相中的铬含量，所以马氏体耐热钢的抗氧化性常常不及铁素体耐热钢和奥氏体耐热钢。提高抗氧化性的元素Si和 Al同样可在马氏体耐热钢的氧化铁皮上生成保护性皮膜。添加Si提高抗氧化性的马氏体耐热钢有SUH3和SUH11。这些耐热钢主要用于发动机进气阀和耐热螺栓。
  奥氏体耐热钢
钢中添加Cr的同时，添加奥氏体稳定化元素Ni，使钢在所有温度下都是稳定的奥氏体组织。普通的奥氏体组织钢是SUS304和SUS310。众所周知，SUS304是耐蚀用的不锈钢，但SUS304也可做耐热钢使用。在600℃以下，奥氏体耐热钢的强度处于马氏体耐热钢和铁素体耐热钢之间，在600℃以上，强度大于马氏体耐热钢。此外，SUS304在800℃以下，SUS310在1000℃以下，进行反复加热-冷却时，具有良好的抗氧化性。但在700-900℃长时间使用时，会有脆性相析出，使材料变脆。此外，由于SUS304和 SUS310的热膨胀系数大于马氏体耐热钢和铁素体耐热钢，所以容易发生热疲劳损伤，对于这两点应予以注意。
在要求高温强度的时候，奥氏体耐热钢可以进一步利用析出强化和固溶强化提高强度。用于发动机排气阀的奥氏体耐热钢是SUH35。钢中添加C，利用碳化物析出强化和添加N的固溶强化提高了SUH35的高温强度。再提高奥氏体稳定化元素Mn 的含量，即使Ni含量为4%，也可以获得奥氏体组织。耐热螺栓和耐热弹簧使用的SUH660，由于添加Al和Ti，析出γ’相（Ni3（Al，Ti）），实现了强化。
  析出强化型耐热钢
马氏体耐热钢的代表性牌号是SUS630。SUS630经500℃时效处理，在低C马氏体母相中析出ε相（Cu相）提高了钢的强度。但超过500℃，ε相发生粗化，并且马氏体组织也发生变化，使钢的强度下降。因此，SUS630主要用于500℃以下的涡轮机部件。SUS630钢的主要成分是17Cr-4Ni-4Cu，含Ni量并不太高，并且从奥氏体稳定性考虑，不能再减少Ni含量，因此不是省资源化的开发钢。