椭圆形封头用金属材料在高温下的性能变化

2026年03月24日 09:55:05 来源：沧州五森管道有限公司 >> 进入该公司展台阅读量：6

在高温作用下，用金属原子间的自由电子获得了外界的能量，其活动范围扩大，使原子间的“粘结力”减小，晶格错位容易进行，从而使金属材料的强度下降，而塑性和韧性升高。高温下材料许用应力降低的原因就源于此。

1、椭圆形封头用材料的蠕变及应力松驰

当材料的使用温度超过其熔点的（0.25~0.35）倍时，金属的性能已处于不稳定状态，此时若在外力的作用下，会出现这样一种现象：虽然材料的应力不再增加，但其变形却随着时间的增加而继续增大，而且出现了不可恢复的塑性变形。通常把这种现象称做材料的蠕变。一般情况下，对碳素钢来说，考虑蠕变发生的起始温度为400℃，对铬钼合金钢则为450℃。

与蠕变现象相反，当椭圆形封头用材料受高温和外力的持续作用时，可能会出现这样一种现象：材料的总应变量不变，但由于发生蠕变，使其中部分弹性变形转化成了塑性变形，从而导致弹性应力降低，即意味着金属材料被“放松”了。材料的这种现象称做应力松驰。应力松驰实际上是蠕变发生的另一种表现形式。高温下工作的螺栓常因应力松驰而导致法兰泄漏，所以此时应选用抗蠕变能力高的铬钼钢材料作为高温螺栓材料。对于加工残余应力和焊接残余应力，由于应力松驰而使其减弱或释放，从而可减缓或消除它们带来的不利影响。

2、椭圆形封头用材料的球化和石墨化

在高温作用下，碳钢中的渗碳体由于获得能量而将发生迁移和聚集，形成晶粒粗大的渗碳体并夹在铁素体内，尤其是对于珠光体碳钢，其渗碳体会由片状逐渐转变成球状。这种现象称为材料的球化。球化的结果使得椭圆形封头用材料的抗蠕变能力和持久强度下降，而塑性增加。一般情况下，碳钢长期处于450℃以上温度环境时，就有明显的球化现象。

对于碳钢和一些低合金钢，在高温作用下，其组织中会出现这样一种现象：其过饱和的碳原子发生迁移和聚集，并转化为石墨（石墨为游离的碳原子）。由于石墨强度极低，并以片状存在于珠光体内，将使材料的强度大大降低，而脆性增加。这种现象称为材料的石墨化。一般情况下，碳钢长期处于425℃以上温度环境时，就有石墨化发生，而在475℃以上时则明显出现。为安全起见，SH3059标准规定，碳钢的使用温度为425℃，而GB150规范则规定其使用温度为450℃。

通常，珠光体钢的球化先于石墨化发生，当发现材料中有石墨析出时，球化过程已经过去。一般认为，石墨化是某些钢球化的继续和发展。

3、用材料的高温氧化

金属材料处于高温和氧化性介质（如空气）的环境中时，将会被氧化。氧化产物为疏松的非金属物质，容易脱落，故有时也称其金属的氧化为脱皮。以碳钢为例，当它处于570℃的空气中时，会产生FeO+Fe3O4+Fe2O3氧化皮，该氧化皮很容易脱落而使金属减薄，故不受力的碳钢一般也应限制在560℃以下工作。椭圆形封头常用材料的抗氧化极限温度列于表3-1。一般情况下，压力管道都不会以材料的抗氧化极限温度作为使用限制，只有在很特殊的情况下（如烧焦时）才可能这样做。

表3-1 常用金属材料的抗氧化极限温度

钢材牌号	抗氧化极限温度 ℃
碳素钢	≤560
12CrMo	≤590
15CrMo	≤590
1Cr5Mo	≤650
0Cr18Ni9、0Cr18Ni10Ti、0Cr17Ni12Mo2	≤850
0Cr25Ni20	≤1100

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