Grade HK是一种 25Cr-20Ni 型奥氏体耐热铸钢

HK 耐热钢在 ASTM A297/A297M 标准体系中的正式身份是Grade HK，UNS 编号 J94224，是一种25Cr-20Ni 型奥氏体耐热铸钢。工业上常把它与HK40（UNS J94204）、国标ZG40Cr25Ni20 / ZG40Cr25Ni20Si2、欧标GX40CrNiSi25-20（1.4848）、日标SCH22

对应看待——其中 HK 是 ASTM 铸造牌号的基础写法，HK40 则是碳含量偏上限（0.35-0.45%）的高碳强化版本，也是国内耐热铸钢市场最主流的供货形态。该材料以"高铬 + 高镍 + 高碳"为核心合金设计，长期服役温度可达 1000-1150℃，是热处理炉、石化裂解炉、冶金高温设备的"高端通用型耐热结构件"基准材料。

一、化学成分（wt.%）

按 ASTM A297 HK 标准范围：

元素

C

Mn

Si

P

S

Cr

Ni

Mo

最小值

0.20

最大值

0.60

≤2.00

≤2.00

≤0.040

≤0.040

≤0.50

注：数据来源。

HK40 / ZG40Cr25Ni20Si2 典型成分（国内市场主流供货版）：

• 
  
• C：0.35-0.45%、Cr：24-27%、Ni：19-22%、Si：1.5-2.5%、Mn≤1.5%、S≤0.03%、P≤0.04%

元素作用：

• 
  
• C（0.20-0.60%）：中高碳设计，析出碳化物强化相，提升高温抗蠕变强度；HK40 取上限以最大化高温强度
• 
  
• Cr（24-28%）：形成致密 Cr₂O₃ 氧化膜，是抗氧化、抗渗碳、抗硫化的核心元素
• 
  
• Ni（18-22%）：稳定全奥氏体组织，提升高温韧性、抗热震性
• 
  
• Si（1.5-2.5%）：辅助脱氧，促进 Cr₂O₃-SiO₂ 复合氧化膜形成，进一步增强抗氧化与抗渗碳
• 
  
• Mo（≤0.50%）：微量添加可进一步提升高温强度

二、供应形式

HK 作为耐热铸钢，主流供应形态以铸件为主，也可提供多种深加工形态：

• 
  
• 铸件（核心供应形态）：炉底板、料框、料盘、吊筐、炉辊、辐射管、炉管、管板、中心筒、导流筒、箱式炉配件、退火炉内胆等，采用砂型铸造、精密铸造、离心铸造等工艺
• 
  
• 板材：可供 ASTM A297 HK 板、热轧板、中厚板
• 
  
• 圆钢/棒料：可供圆棒、锻棒、轧制棒材
• 
  
• 管材：离心铸造炉管（外径 φ56-φ2000mm，壁厚 8-50mm，单根最长 12m）、无缝管、焊管
• 
  
• 线材/钢丝：可供盘圆、焊丝（作为耐热焊接填充材料）
• 
  
• 锻件：可按图锻制法兰、管板、大型结构件；亦可提供锻管、锻板
• 
  
• 交货状态：铸态、固溶处理态、去应力退火态均可；表面可做抛丸、喷砂处理

HK 为铸造牌号，市场上也有将锻造形态的 25Cr-20Ni 钢（UNS S31000 / AISI 310）称为"HK 类锻材"的做法，采购时需明确是铸件还是锻件。

三、热处理工艺

HK 耐热铸钢的热处理以固溶处理（退火）为核心：

1. 
   
2. 固溶处理1040-1150℃ 加热保温后快速冷却（通常为水冷或强风冷），以获得最大耐腐蚀性、均匀化组织、消除铸造应力
3. 
   
4. HK40 铸件专用热处理1140-1180℃ 固溶处理，稳定奥氏体组织，提升高温强度与抗热震性
5. 
   
6. 时效强化（可选）：850℃ 保温 16 小时，进一步强化高温蠕变性能
7. 
   
8. 去应力退火：铸件加工后 650-700℃ 低温退火，消除机加工应力
9. 
   
10. 长期服役后恢复处理：由于脆性 σ 相长期析出，建议在650℃ 以上每服役 1000 小时重新做一次固溶处理，以恢复延展性

⚠️ HK 钢不能通过热处理硬化（奥氏体钢本质决定），其强度主要依赖加工硬化和碳化物析出强化；焊接需预热 300℃ 以上，选用同材质专用耐热焊条，焊后缓慢冷却。

四、力学性能

按 ASTM A297 HK 标准（加工后状态）：

性能指标

数值

抗拉强度 Rm

≥65 ksi（约 448 MPa）

屈服强度 Rp0.2

≥35 ksi（约 241 MPa）

伸长率 δ

≥10%

硬度

≤223 HB

注：ASTM A297 标准数据。

HK40 / ZG40Cr25Ni20Si2 典型性能（国内铸件厂家数据）：

• 
  
• 常温抗拉强度：≥550 MPa（部分厂家可达 610 MPa）
• 
  
• 常温屈服强度：≥205-240 MPa
• 
  
• 断后伸长率：≥12%
• 
  
• 断面收缩率：≥35%
• 
  
• 1100℃ 高温抗拉：≥220-425 MPa
• 
  
• 1100℃ / 100 MPa 蠕变率：≤0.1%（100 小时）
• 
  
• 1050℃ 持久强度：≥20 MPa
• 
  
• 抗热震性：1050℃↔室温循环 ≥40-50 次无开裂

五、物理性能

• 
  
• 密度：7.85 g/cm³
• 
  
• 熔点：1323-1370℃
• 
  
• 组织：单相奥氏体（HK）或奥氏体+弥散碳化物（HK40），高温无相变
• 
  
• 长期服役温度：1000-1150℃（HK40 可达 1150℃）
• 
  
• 短时峰值温度：1200-1350℃
• 
  
• 热膨胀系数：14-18×10⁻⁶/℃（20-1000℃）
• 
  
• 抗氧化性：≤1150℃ 顶尖水平，表面形成致密 Cr₂O₃ 膜
• 
  
• σ 相敏化风险：长期在 600-900℃ 服役需定期检测韧性

六、材料优势

• 
  
• 卓越的高温抗氧化性：25% Cr 形成致密 Cr₂O₃ 保护膜，≤1150℃ 抗氧化能力顶尖，年腐蚀率 <0.03mm
• 
  
• 优异的抗渗碳与抗硫化：高铬镍 + 硅合金化，适应渗碳、碳氮共渗、含硫烟气等恶劣气氛
• 
  
• 出色的高温强度与抗蠕变：HK40 版本碳含量上限，1100℃ 下仍保持高承载能力和抗蠕变性能，抗蠕变寿命是普通 310S 的 3-5 倍
• 
  
• 卓越的抗热疲劳性：全奥氏体组织高温无相变，热膨胀系数匹配性好，频繁启停工况不开裂
• 
  
• 良好的焊接性与加工性：虽需预热，但相对其他耐热铸钢焊接性较好；固溶态可切削加工
• 
  
• 组织稳定性高：高温长期服役晶粒不会粗大脆化

局限性：

• 
  
• σ 相敏化风险：600-900℃ 长期服役会析出脆性 σ 相，需定期恢复热处理
• 
  
• 耐磨性一般：不如高碳/高硅强化型耐热钢，严禁用于强磨粒磨损工况
• 
  
• 不耐强硫/熔盐腐蚀：含硫/含氯/熔盐极端环境需升级到高硅耐热铸钢或 HP-Nb 改性钢
• 
  
• 成本较高：高铬镍配方，价格是普通耐热钢的 3-5 倍

七、主要应用领域

工业热处理炉（核心应用场景）

炉底板、料框、料盘、吊筐、炉辊、辐射管、炉内支撑件、导轨、料架——适配井式渗碳炉、台车炉、箱式炉、连续炉等 1000-1150℃ 工况。

石化高温设备

乙烯裂解炉管、制氢转化炉管、重整炉管、中间管板、管支架——长期耐受 1100-1250℃ 高温及渗碳气氛。

冶金与水泥

回转窑中心筒、预热器导流筒、烧结机耐热件、冶金热处理炉辊——适应高粉尘冲刷、硫/碱腐蚀。

⚡ 能源与环保

热交换器、燃烧室部件、燃油燃烧器零件、喷嘴、余热锅炉耐热件。

工装与夹具

热处理篮、夹具、挂具、渗碳箱——利用其抗渗碳、抗热震特性。

焊接材料

作为耐热焊丝、焊条用于同类材料焊接修复。

⚠️选材提醒：HK 耐热钢的最佳定位是"950-1150℃、中等载荷、强氧化/渗碳气氛、频繁热循环"工况。若工况温度超过 1150℃ 或要求更高的蠕变寿命（如乙烯裂解炉管），应升级到HP-Nb（35Cr-25Ni-Nb）
或HT（高碳 25Cr-12Ni）；若工况温度低于 950℃ 且要求低成本，HI（25Cr-12Ni）
或HH
即可满足；若涉及强磨粒磨损或强硫/熔盐腐蚀，需考虑高硅耐热铸钢或特殊耐腐蚀合金。

如果你能提供具体的服役温度、气氛类型（氧化/渗碳/硫化）、载荷性质和部件形状（炉管/炉底板/料框等），我可以帮你判断 HK 是否是最佳选择，或者推荐更合适的耐热钢牌号与铸造工艺路线。