Жаропрочной сталью являются специальные сплавы, разработанные под эксплуатацию при высоких температурах (выше 450°C). Это касается сохранения механических свойств (прочность, твердость, сопротивление ползучести).
Применение жаропрочных сталей легко увидеть в деталях газовых турбин и двигателей, компонентах паровых котлов, элементах печей, нагревательных установок. Также это детали выхлопных систем автомобилей, оборудование для нефтехимической промышленности.
Ключевые особенности стальных сплавов:
Сопротивление ползучести – способность противостоять медленной пластической деформации под постоянной нагрузкой при высоких температурах.
Жаростойкость – устойчивость к окислению и коррозии при высоких температурах.
Стабильность структуры – сохранение микроструктуры/свойств при длительном нагреве.
Высокая прочность – способность выдерживать механические нагрузки.
Сопротивление термической усталости – устойчивость к разрушению при циклических изменениях температурного режима.
В химическом составе жаропрочных сталей повышенное содержание хрома (до 30%). Сплав часто легируют никелем, молибденом, вольфрамом, ниобием, титаном. В небольших количествах могут быть кобальт, ванадий, бор.
Обработка жаропрочных сталей и сплавов часто требует режимов термообработки. Также материал сложен в механической обработке из-за высокой прочности/твердости.
Обычно жаропрочные материалы дороже обычных конструкционных сталей из-за сложного состава и технологии производства. Поэтому экономически оправдано их использовать только в ответственных участках.
Жаропрочные материалы – это основа современных энергетики, авиации, космонавтики, других высокотехнологичных отраслей.
Состав жаропрочной стали
Свойства жаропрочных сталей напрямую связаны с химическим составом. Он же сильно разнится от марки и назначения.
В перлитной марке 12Х1МФ: (C) 0.08-0.15%, (Cr) 0.9-1.2%, (Mo) 0.25-0.35%, (V) 0.15-0.3%, (Si) 0.17-0.37%, (Mn) 0.4-0.7%, (S) ≤0.025%, (P) ≤0.025%.
Изготовление жаропрочных сталей, а также особенности, применение, свойства и другие параметры прописаны в отечественных стандартах. Например, ГОСТ 5632-2014, 20072-74, 5949-2018, 7350-77, 5582-75, 10994-74, 23304-78.
Тугоплавкие металлы
Тугоплавкие металлы – это материалы с высокой температурой плавления (обычно выше 1500 °C). Они используются в металлургии и аэрокосмической промышленности.
Материалы добавляют в жаропрочную сталь для повышения температуры плавления, улучшения механических свойств. Также с добавлением легирующих веществ улучшается устойчивость к коррозии. Металл сохраняет свойства при высоких температурах.
На свойства жаропрочных сталей влияют, например, следующие тугоплавкие металлы: вольфрам (около 3422 °C), молибден (2623 °C), ванадий (1910 °C), цирконий (около 1855 °C), тантал (3017 °C).
По стойкости к кислотной среде стали бывают нержавеющими ( хром и никель), специальные (на основе никеля). Есть и кислотостойкие материалы с молибденом и ванадием в составе.
Технические характеристики
У всех марок жаропрочных сталей свои свойства и характеристики. Но есть несколько ключевых параметров.
Степень ползучести – это способность деформироваться под постоянным напряжением при высоких температурах. Жаропрочные сплавы способны сохранять форму и размеры. Они часто используются в условиях, где температура превышает 600 °C (турбинных лопатках, котлах).
Предел прочности – это максимальное напряжение, которое может выдержать материал без разрушения. Жаропрочные материалы подходят для работы в условиях механических и тепловых нагрузок.
Жаростойкость – это способность материала сохранять свои механические свойства при высоких температурах. Созданные сплавы гарантируют стабильную работу механизмов в температурных режимах до 1000 °C и выше.
Для производства жаропрочных сталей используют литье металла в форму, где он охлаждается и твердеет. Есть метод деформации (холодная и горячая прокатка). Технологии отличаются температурным режимом и качеством (прочностью) конечного продукта.
Что до обработки, то жаропрочное сырье можно варить (при определенных сложностях с образованием трещин). Существует термическая обработка, включая закалку и отпуск. Это значительно улучшает прочность и стойкость к ползучести.
Сталь остывает в форме
Виды жаропрочных сталей
Аустенитные содержат (γ-феррит), который стабилен при высоких температурах, и обеспечивает хорошую пластичность. Материал используют в химической и пищевой промышленности, производстве деталей. У гомогенной разновидности однородная структура. У дисперсионно-твердеющих сплавов есть мелкодисперсные частицы твердых растворов, повышающих прочность. Ключевая особенность аустенитных марок стали – это высокая устойчивость к коррозии и пластичность, хорошая свариваемость/ударная вязкость. Примеры марок: 12X18H10T, AISI 304, AISI 316.
В перлитных сталях есть тот самый перлит, состоящий из чередующихся слоев феррита и цементита. Такая комбинация гарантирует прочность и пластичность материала. Эти сплавы используются в строительных конструкциях, машиностроении, производстве деталей. Рабочая температура обычно до 400 °C. Ключевая особенность сплавов – хорошая обрабатываемость, высокая прочность на сжатие, но более низкая пластичность. Примеры перлитных материалов: 35, 45, 65Г.
В мартенситных сплавах есть мартенсит, образующийся при быстром охлаждении аустенита. У этого компонента высокая прочность и твердость, но низкая пластичность. Материал используют в инструментах, лезвиях, и деталях. Его свойства ухудшаются при температуре выше 300 °C. Особенность сплава – это высокая прочность, твердость, но склонность к хрупкости. Примеры марок стали: 40X13, 9X13.
Еще один класс жаропрочных сталей – мартенситно-ферритная. Они используются в конструктивных элементах, требующих сочетания высокой прочности и хорошей ударной вязкости. Рабочая температура сплава до 500 °C. Примеры марок: 12X13, 3Cr13, 1.4031.
Эта и другие классификации помогают выбрать подходящий материал для разных условий эксплуатации, учитывая его механические свойства.
Марки жаропрочных сталей
Маркировка жаропрочных сплавов разная в зависимости от стандарта и страны производителя. Однако есть унифицированный свод правил:
Состав сплава – обычно указываются главные легирующие элементы (хром, никель, молибден). Процентное содержание этих элементов может быть указано или подразумеваться.
Тип структуры (аустенитные, мартенситные, ферритные).
Номер стандарта, которому соответствует сплав (например, AISI, ASTM).
Классификация по температурам – обозначение, связанное с температурным диапазоном, в котором сплав эффективно работает.
Дополнительные символы, указывающие на особые свойства (устойчивость к коррозии, жаропрочность).
В аустенитной марке 12X18H10T (00Х18Н10Т) с ~18% Cr, ~10% Ni. Есть AISI 304 с ~18% Cr, ~8% Ni. Состав используют в общих конструктивных элементах, оборудовании для обработки пищевых продуктов. В морской и химической промышленности/компонентах популярна сталь AISI 316. В ее составе ~16% Cr, ~10% Ni, ~2% Mo.
Мартенситный сплав 40X13 имеет ~13% Cr, ~0.4% C. Его используют в инструментах, деталях с высокой твердостью. У марки 9X13 ~13% Cr, ~0.9% C. В составе X105CrMo17 ~17% Cr, ~1% Mo, что подходит для создания долговечных инструментов/деталей.
Ферритный сплав 3Cr12 состоит на ~12% из Cr. Материал подходит для изделий обработки и хранения химикатов, труб. У X6CrAl13 в составе ~13% Cr, Al. В марке 430 ~16% Cr, что актуально для нержавеющих изделий бытового и промышленного применения.
Никелевые сплавы, например, Inconel 625 используют в нефтегазовой и газовой промышленности. В составе ~58% Ni, ~22% Cr, ~9% Mo. Марка Inconel 718 содержит ~50% Ni, ~19% Cr, ~5% Nb. Ее используют в турбинах, конструкциях в условиях высоких температур/коррозии. В сплаве Hastelloy C-276 ~57% Ni, ~15% Mo, ~16% Cr. Этот материал используют в агрессивных химических средах, нефтехимической и химической промышленности.
Такая маркировка помогают выбрать жаропрочный сплав для конкретных условий эксплуатации, учитывая его механические свойства, устойчивость к высокой температуре.
Выбор стали для печи или бани
При выборе жаропрочного сплава для бани или печи нужно учитывать несколько ключевых параметров:
Температурный режим – например, в бане температура может достигать 90–100 °C, а в печах — до 600 °C и выше.
Коррозионная устойчивость – влажная среда и высокая температура могут вызывать окисление металла. Поэтому нужен стойкий к таким условиям эксплуатации сплав.
Устойчивость к термическим шокам – при резких перепадах температур (например, когда холодная вода попадает на горячую поверхность) важно, чтобы материал не трескался, и не деформировался.
Механические свойства – прочность, твердость и пластичность сплава важны для долговечности печи или бани.
Сварка и обрабатываемость – если требуется соединение нескольких деталей, важно, чтобы сплав хорошо обрабатывался.
Экологические и санитарные характеристики – материал не должен выделять токсичные вещества при нагревании.
На рынке есть сталь 08Х17Т с составом ~17% Cr, ~8% Ni. Этот нержавеющий сплав хорошо устойчив к коррозии. Он подходит в условиях повышенной температуры и влажности.
Сплав 08ПС состоит на ~18% Cr и ~8% Ni, содержит серу. У него хорошие механические свойства и стойкость к окислению. Сталь применима в паровых и банных установках.
Ст-3 – стандартная углеродная сталь с низким содержанием углерода. У нее хорошая свариваемость и обрабатываемость, но менее устойчива к коррозии. Материал чаще всего используется в конструкциях, не подверженным сильному воздействию влаги.
При выборе жаропрочного сплава для бань и печей важно учитывать массу параметров. Это, например, долговечность, безопасность и эффективность работы устройства.
Мы используем файлы cookie для обеспечения удобства работы с сайтом, персонализации контента и анализа трафика.
Продолжая использовать сайт, вы соглашаетесь с политикой обработки данных.
Заказать звонок
Написать на почту
Telegram
0 комментариев