Углеродистая сталь температура не выше

Жаропрочные стали и сплавы

Жаропрочная сталь используется при изготовлении разных деталей, которые контактируют с агрессивными средами, при этом подвергаются значительным нагрузкам, вибрациям и высокому термическому воздействию. К примеру, сюда относятся следующие изделия: турбины, печи, котлы, компрессоры и т.п. Далее представлены характеристики термостойких, жаропрочных сплавов, классификация, марки, особенности их применения.

Жаростойкая сталь (или окалиностойкая) – металлический сплав, используемый в ненагруженном или слабонагруженном состоянии и способный на протяжении длительного времени в условиях высоких температур (более 550 ºС) сопротивляться газовой коррозии. Жаропрочные металлы – изделия, которые под высоким термическим воздействием сохраняют свою структуру, не разрушаются, не поддаются пластической деформации. Важная характеристика таких металлов – условный предел ползучести и длительной прочности. Жаропрочные сплавы могут быть жаростойкими, однако не всегда такими бывают, поэтому в агрессивных средах могут быстро повредиться по причине окисления.

Свойства жаростойких и жаропрочных сплавов

Для повышения жаростойкости используются легирующие добавки, которые также улучшают прочность металлов. Благодаря легированию на поверхности сплавов образуется защитная пленка, снижающая скорость окисления изделий. Основные легирующие элементы: никель, хром, алюминий, кремний. В процессе нагрева образуются защитные оксидные пленки (Cr,Fe)2O3, (Al,Fe)2О. При содержании 5–8 % хрома жаростойкость стали увеличивается до 700–750 градусов по Цельсию, 17 % хрома – до 1000 градусов, при 25 % хрома – до 1100 градусов.

Жаропрочные марки металлов – сплавы на основе железа, никеля, титана, кобальта, упрочненные выделениями избыточных фаз (карбидов, карбонитридов и др.). Жаропрочностью обладают хромоникелевые и хромоникелевомарганцевые стали. Под воздействием высоких температур они не склонны к ползучести (медленная деформация при наличии постоянных нагрузок). Температура плавления жаропрочной стали составляет 1400-1500 °С.

Классификация жаропрочных и жаростойких сплавов

При температуре до 300 ºС используется обычная конструкционная (углеродистая) сталь – прочный и термостойкий металл. Для работы в условиях свыше 350 ºС требуется применение жаропрочных металлов. Основные виды сплавов повышенной термостойкости и термопрочности:

  • Перлитные, мартенситные и аустенитные;
  • кобальтовые и никелевые сплавы;
  • тугоплавкие металлы.

К перлитным жаропрочным сталям относят котельные стали и сильхромы, содержащие малый процент углерода. Температура рекристаллизации материала повышается за счет легирования молибденом, хромом, ванадием. Сплавы характеризуются неплохой свариваемостью. Производство мартенситных сталей осуществляется с использованием перлитных и добавок хрома, закалки при 950–1100 ºС. Они содержат более 0,15 % углерода, 11-17 % хрома, небольшое количество никеля, вольфрама, молибдена, ванадия. Стали мартенситного класса устойчивы к воздействию коррозии в щелочных, кислотных растворах, повышенной влажности, в случае термообработки при 1050 градусах отличается высокой жаропрочностью.

Жаропрочные аустенитные стали могут иметь гомогенную или гетерогенную структуру. В сплаве с гомогенной структурой, не упрочняемых термообработкой, содержится минимум углерода, много легирующих элементов, что обеспечивает сопротивление ползучести. Такие материалы подходят для применения при температуре до 500 °С. В гетерогенных твердых растворах, упрочняемых термообработкой, образуются карбидные, интерметаллидные, карбонитридные фазы, что обеспечивает применение жаропрочных сплавов под напряжением при температуре до 700 °С.

При температуре до 900 °C эксплуатируют никелевые и кобальтовые сплавы: они применяются при производстве турбин реактивных двигателей, являются лучшими жаропрочными материалами. Кобальтовые сплавы по жаропрочности немного уступают никелевым, являются более редкостным. Отличаются высокой теплопроводностью, коррозионной устойчивостью при высоких температурах, стабильностью структуры в процессе длительной работы.

Читайте также:  Маркировка машиностроительных углеродистых сталей

Содержание никеля в никелевом сплаве составляет свыше 55 %, углерода 0,06-0,12 %. В зависимости от структуры различают гомогенные (нихромы), гетерогенные (нимоники) сплавы никеля. Нихромы, изготавливаемые на основе никеля, в качестве легирующей добавки содержат хром. Им свойственна не только жаропрочность, но и высокая жаростойкость. Нимоники состоят из 20 % хрома, 2 % титана, 1 % алюминия. Марки сплавов: ХН77ТЮ, ХН55ВМТФКЮ, ХН70МВТЮБ.

При температурах до 1500 градусов и выше могут работать жаропрочные сплавы из тугоплавких металлов: вольфрама, ниобия, ванадия и др.

Температура плавления тугоплавких металлов.
Металл Температура плавления, ºC
Вольфрам 3410
Тантал Около 3000
Ванадий 1900
Ниобий 2415
Цирконий 1855
Рений 3180
Молибден Около 2600

Наиболее востребованным является молибденовый сплав. Для легирования применяются такие элементы, как титан, цирконий, ниобий. Для предотвращения коррозии выполняют силицирование изделия, в результате чего на поверхности образуется защитное покрытие. Защитный слой позволяет эксплуатировать жаропрочку при температуре 1700 градусов на протяжении 30 часов. Другие распространенные тугоплавкие сплавы: вольфрам и 30 % рения, 60 % ванадия и 40 % ниобия, сплав железа, ниобия, молибдена и циркония, тантал и 10 % вольфрама.

Марки жаростойких и жаропрочных сталей

В зависимости от состояния структуры различают аустенитные, мартенситные, перлитные и мартенситно-ферритные жаропрочные металлы. Жаростойкие сплавы разделяются на ферритные, мартенситные или аустенитно-ферритные виды.

Применение мартенситных сталей.
Марки стали Изделия из жаропрочных сталей
4Х9С2 Клапаны автомобильных двигателей, рабочая температура 850–950 ºC.
1Х12H2ВМФ, Х6СМ, Х5М, 1Х8ВФ, Х5ВФ Узлы, детали, работающие при температуре до 600 ºC на протяжении 1000–10000 часов.
Х5 Трубы, эксплуатируемые при рабочей температуре до 650 ºC.
1Х8ВФ Элементы паровых турбин, которые работают при температуре до 500 ºC на протяжении 10000 часов и более.

Перлитные марки, имеющие хромокремнистый и хромомолибденовый состав жаропрочной стали: Х13Н7С2, Х10С2М, Х6СМ, Х7СМ, Х9С2, Х6С. Хромомолибденовые составы 12МХ, 12ХМ, 15ХМ, 20ХМЛ подходят для использования при 450-550 °С, хромомолибденованадиевые 12Х1МФ, 15Х1М1Ф, 15Х1М1ФЛ – при температуре 550-600 °С. Их применяют при производстве турбин, запорной арматуры, корпусов аппаратов, паропроводов, трубопроводов, котлов.

Ферритная сталь изготавливается путем обжига и термообработки, за счет чего приобретает мелкозернистую структуру. Сюда относят марки Х28, Х18СЮ, 0Х17Т, Х17, Х25Т, 1Х12СЮ. Содержание хрома в таких сплавах 25-33 %. Их применяют на производстве теплообменников, аппаратуры для химических производств (пиролизного оборудования), печного оборудования и прочих конструкций, которые работают длительное время при высокой температуре и не подвержены воздействию серьезных нагрузок. Чем больше хрома в составе, тем выше температура, при которой сталь сохраняет эксплуатационные свойства. Жаростойкая ферритная сталь не обладает высокой прочностью, жаропрочностью, отличается хорошей пластичностью и неплохими технологическими параметрами.

Мартенситно-ферритная сталь содержит 10-14 % хрома, легирующие добавки ванадий, молибден, вольфрам. Материал используется при изготовлении элементов машин, паровых турбин, оборудования АЭС, теплообменников атомных и тепловых ЭС, деталей, предназначенных для длительной эксплуатации при 600 ºC. Марки сталей: 1Х13, Х17, Х25Т, 1Х12В2МФ, Х6СЮ, 2Х12ВМБФР.

Аустенитные стали отличаются широким применением в промышленности. Жаропрочностные и жаростойкие характеристики материала обеспечиваются за счет никеля и хрома, легирующих добавок (титан, ниобий). Такие стали сохраняют технические свойства, стойкие к коррозии при воздействии температуры до 1000 ºC. Сравнительно со сталями ферритного класса, аустенитные сплавы обладают повышенной жаропрочностью, способностью к штамповке, вытяжке, свариванию. Термическая обработка металлов осуществляется путем закалки при 1000–1050 °С.

Применение аустенитных марок.
Марки стали Применение жаропрочных сталей
08X18Н9Т, 12Х18Н9Т, 20Х25Н20С2, 12Х18Н9 Выхлопные системы, листовые, сортовые детали, трубы, работающие при невысокой нагрузке и температуре до 600–800 °С.
36Х18Н25С2 Печные контейнеры, арматура, эксплуатируемые при температуре до 1100 °С.
Х12Н20Т3Р, 4Х12Н8Г8МФБ Клапаны двигателей, детали турбин.

Аустенитно-ферритные стали отличаются повышенной жаропрочностью по сравнению с обычными высокохромистыми сплавами. Такие металлы применяются при изготовлении ненагруженных изделий, рабочая температура 1150 ºC. Из марки Х23Н13 изготавливают пирометрические трубки, из марки Х20Н14С2, 0Х20Н14С2 – печные конвейеры, резервуары для цементации, труб

Источник

Марки сталей, которые являются жаропрочными

Для работы в особых условиях, которые могут быть обусловлены высокой температурой или электрическим напряжением, необходим материал, который способен противостоять негативным воздействиям окружающей среды. Именно для таких целей и были произведены марки сталей, которые являются жаропрочными.

Изготавливается этот материал специальным способом, который позволяет выдерживать и не деформироваться при долговременном негативном внешнем воздействии долгий временной промежуток. Характеризуется эта разновидность стали ползучестью и прочностью, которые являются основными показателями этого продукта промышленности.

Ползучесть отвечает за действие непрерывной деформации материала при нахождении стали в неблагоприятных условиях. Прочность отвечает за период, который может жаропрочная сталь противостоять внешним воздействиям.

Жаростойкая марка сплавов – что это?

Жаропрочность, которая ещё называется окалиностойкостью, показывает с какой прочностью тот или иной материал при высокой температуре на протяжении длительного времени может противостоять газовой коррозии. Способность стали не поддаваться пластической деформации и разрушению свидетельствует о том, что этот материал является жаростойким.

Такие жаростойкие сплавы применяются во многих отраслях промышленности. Например, нагревательный элемент печей, который работает при +550°С не может быть изготовлен из обычной, не жаропрочной стали, она просто не сможет выдержать такой нагрузки.

При температурах свыше пятисот пятидесяти градусов сплавы на основе железа способны к окислению, что вызывает формирование на их поверхности оксида феррума. Характеризуется это соединение кристаллической решёткой, в которой недостаёт атомов кислорода, что вызывает появление окалины хрупкого типа.

Чтобы произвести сталь жаропрочной марки нужно в сплав добавить такие элементы, как алюминий, хром, кремний. Именно такие соединения позволяют воспроизводить с кислородом другие решётки, которые отличаются надёжным и плотным строением. Количество и состав добавок формируется в зависимости от окружающей среды, в какой будет впоследствии работать эта жаростойкая марка стали.

Максимальная жаростойкость сплавов обнаруживают те материалы, которые были произведены базе никеля. Маркировка, которая относится к таким сплавам:

Добавление хрома также способствует увеличению жаропрочности стальных композиций, которые могут, не теряя своих основных качеств работать даже при — 1150 °С.

Жаропрочная марка сплава – что она собой представляет

Марка такой стали подходит для изготовления изделий, которые будут функционировать в условиях повышенной температуры и будет присутствовать эффект ползучести. Ползучесть или склонность сплава к медленной деформации происходит под воздействием постоянной нагрузки и неизменной температуре.

Ползучесть металла бывает двух видов:

Так как жаропрочность сплава и её марка зависит от вида ползучести, то её устанавливают во время растяжения изделий и проведении анализов на основе итогов поведения сплава. Проводят такие процедуры в нагревательной печи при заданных температурах. Так определяется предел ползучести и разрушение материала при воздействии температуры и временного промежутка.

Марки жаростойких сталей, их классификация и описание

Структуры таких жаростойких сталей подразделяются на:

  • перлитные;
  • мартенситно-ферритные;
  • мартенситные;
  • аустенитные.

Существует и подразделение жаропрочных сплавов на аустенитно-ферритные (мартенситные) и ферритные.

Производится такие марки мартенситных сплавов:

  • 4Х9С2 и 3Х13Н7С2 (такая марка стали используется в основном в клапанах автодвигателей, где температура поднимается до 850–950°С);
  • Х6СМ, Х5М, 1Х8ВФ, 1Х12H2ВМФ, Х5ВФ (такой сплав подойдёт для производства деталей и узлов, которые должны работать 1000–10000 часов в границах температур 500 — 600°С);
  • Х5 (такая марка используется для производства труб, которые будут работать при температуре ограниченной 650°С);
  • 1Х8ВФ (такой вид сплавов используют при изготовлении деталей паровых турбин, которые могут работать 10000 часов без потерь при температуре, которая не будет превышать 500°С).

При добавлении хрома в перлитные сплавы получаются мартенситные марки сплавов. К перлитным материалам можно отнести жаропрочные сплавы с маркировкой: Х7СМ, Х10С2М, Х9С2, Х6С. Производится их закалка при 950–1100°С, а затем при 8100°С производят отпуск стали, что позволяет создавать твёрдые конструкции со структурой сорбита.

Ферритные сплавы обладают мелкозернистой структурой, которую они получают после термообработки и обжига. В таких композициях, как правило, присутствует хром в процентном соотношении от двадцати пяти до тридцати трёх. Такие жаропрочные стали применяют производства теплообменников и пиролизного оборудования.

К ферритным сплавам относят такие маркировки материалов: 1Х12СЮ, Х28, Х17, Х18СЮ, 0Х17Т, Х25Т. Но их нельзя нагревать больше чем сто восемьдесят градусов иначе материал станет хрупким из-за своей крупнозернистой структуры.

Мартенситно-ферритные материалы отлично подходят для производства машиностроительных деталей, работа которых будет производиться при температуре в шестьсот градусов, причём длительное время.

Самые востребованные жаростойкие сплавы

Аустенитные жаростойкие сплавы стали самыми востребованными материалами в данный момент в этом сегменте сталеварения. Их структура создаётся при помощи входящего в состав никеля, а жаростойкие качества обеспечиваются наличием хрома. Такие аустенитные марки хорошо противостоят появлению окалины при температурах, не превышающих тысячи градусов.

При изготовлении этого сплава используют два вида уплотнителя: интерметаллический или карбидный. Именно эти уплотнители обеспечивают аустенитную сталь особыми свойствами, которые так востребованы в различных современных производствах.

Самые востребованные и актуальные сплавы делятся на две группы:

  • дисперсионно-твердеющие (марки Х12Н20Т3Р, 0Х14Н28В3Т3ЮР, 4Х14Н14В2М, 4Х12Н8Г8МФБ – такая сталь самый подходящий материал для изготовления деталей турбин и клапанов двигателей);
  • гомогенные (марки Х25Н20C2, 1Х14Н16Б, Х23Н18, Х25Н16Г7АР, Х18Н10T, 1Х14Н18В2Б, Х18Н12T – данные марки используются для производства труб и арматуры, которые будут работать при больших нагрузках).

Аустенитно-ферритные стали благодаря своему сплаву со стабильным строением обнаруживают довольно-таки высокую жаропрочность. Подобные марки из-за своей хрупкости нельзя использовать для производства нагруженных деталей, но эти сплавы отлично себя показывают при температурах, доходящих до 1150°С.

Тугоплавкие металлы и сплавы

Если в производстве необходимы детали предположительная среда работы, которых будет тысяча или даже две тысячи градусов, то при сплаве нужно использовать тугоплавкие металлы.

Элементы, которые используются и температура их плавления такова:

  • вольфрам (3410°С);
  • тантал (3000°С);
  • ниобий (2415°С);
  • ванадий (1900°С);
  • цирконий (1855°С);
  • рений (3180°С);
  • молибден (2600°С);
  • гафний (2000°С).

Деформируются данные металлы при нагреве, потому что высокая температура провоцирует их изменение в хрупкое состояние. Их волокнистая структура формируется при нагревании до состояния рекристаллизации тугоплавких металлов. Жаропрочность увеличивается за счёт смесей из специальных добавок. А от окисления при температуре свыше тысячи градусов эти материалы защищают добавки из титана, тантала и молибдена.

Так, путём сплавов разных элементов можно добиться нужных качеств жаропрочных материалов, которые можно использовать в самых разнообразных производствах для работы в разных температурных средах.

Источник