耐热钢铸件：性能、工艺与应用深度解析

　　一、定义与分类

　　耐热钢是指在高温（通常指600℃以上）下具有良好化学稳定性（抗氧化性、抗渗碳性）与足够力学性能（热强度、抗蠕变性）的钢铁材料。通过铸造方式成型的耐热钢部件，即为耐热钢铸件。其核心合金化原理是借助Cr、Al、Si等元素形成致密、连续且附着力强的氧化膜（如Cr₂O₃、Al₂O₃），以阻止高温氧化腐蚀；同时通过W、Mo、Nb、V等元素强化基体，提升高温强度。

　　根据主要性能与应用温度，可分为两大类：

　　抗氧化钢（或称耐热不起皮钢）：侧重于高温下的化学稳定性，常用于承受负荷较小但气氛腐蚀严重的部件，如炉用构件、辐射管、渗碳罐。

　　热强钢：在保持一定抗氧化性的同时，重点追求高温下的力学性能，如蠕变强度、持久强度。主要用于承受复杂应力的关键动力部件，如汽轮机缸体、燃气轮机叶片、高温阀门。
 

　　二、核心性能要求

　　高温抗氧化/抗腐蚀性：抵抗炉气、熔盐、金属蒸汽等介质侵蚀的能力，是决定使用寿命的首要因素。

　　高温强度与蠕变抗力：在长期高温和应力作用下，抵抗缓慢塑性变形（蠕变）和断裂的能力。

　　抗热疲劳性：在周期性温度剧烈变化下，抵抗因热应力反复作用而产生裂纹的能力。

　　组织稳定性：在长期高温服役中，保持显微组织稳定，避免有害相（如σ相）析出导致脆化。

　　良好的铸造工艺性与焊接性：确保复杂结构铸件的成形完整性与后续修复、连接的可行性。
 

　　三、铸造与热处理关键工艺

　　铸造工艺：

　　造型材料：多采用铬矿砂、锆英砂等耐火度高的特种砂，或使用熔模精密铸造以获得更高尺寸精度和表面质量。

　　熔炼：主要在电弧炉或中频感应炉中进行，需精确控制合金成分，并采用有效的脱氧、精炼工艺（如AOD、VOD）以降低气体与夹杂物含量。

　　浇注与凝固控制：优化浇注系统设计，实现顺序凝固，合理设置冒口和冷铁，以防止缩孔、缩松、热裂等铸造缺陷。

　　热处理工艺：

　　热处理对于释放铸造应力、优化组织、获得最终性能至关重要。

　　退火：消除应力，降低硬度，改善切削加工性。

　　正火+回火：对于马氏体，这是获得稳定回火马氏体组织、保证综合性能的标准工艺。

　　固溶处理：对于奥氏体，通过高温快冷使碳化物等溶解，获得过饱和单相奥氏体，提高高温强度和韧性。

　　时效处理：促使强化相（如碳化物、金属间化合物）弥散析出，进一步提高高温强度。
 

　　四、主要应用领域

　　能源电力：燃气轮机与汽轮机的缸体、喷嘴室、导向叶片；电站锅炉的吊架、支座、风帽。

　　冶金工业：轧钢加热炉的滑轨、辊底炉炉辊、均热炉烧嘴；高炉热风阀。

　　石油化工：乙烯裂解炉管、转化管（HP系列合金）；制氢装置转化炉管；高温阀门、管件。

　　垃圾焚烧与发电：炉排片、过热器吊架、二燃室部件，需兼具耐热与耐腐蚀性能。

　　航空航天：发动机某些外围高温壳体、支架等。
 

　　五、发展趋势

　　材料高性能化：通过多元微合金化、成分精确设计，开发更高使用温度、更长寿命的新材料。

　　近净成形技术：推广熔模精密铸造、3D打印砂型/蜡型技术，提高材料利用率，减少加工余量。

　　模拟技术深化应用：利用凝固模拟、应力模拟软件优化铸造工艺方案，预测并防止缺陷，缩短试制周期。

　　全寿命周期管理：结合无损检测与剩余寿命评估技术，实现铸件的状态监测与预测性维护。

 

　　耐热钢铸件其性能的优劣直接影响着整套装备的运行效率、安全性与经济性。深入理解其材料特性，精确掌控从熔炼、铸造到热处理的每一道工序，并实施严格的全流程质量控制，是制造出优质耐热钢铸件、满足日益严苛的工业应用需求的根本保证。