Металл нагретый до 2000 к

Содержание
  1. Марки сталей, которые являются жаропрочными
  2. Характеристики жаропрочных материалов
  3. Технологический параметр ползучести
  4. Жаропрочная сталь до 1000 градусов — Справочник металлиста
  5. Характерные особенности
  6. Жаропрочная сталь: марки
  7. Производство
  8. Обработка
  9. Применение
  10. Литые жаропрочные стали: марки для звеньев цепи, трубопроводов и клапанов
  11. Тугоплавкие стали
  12. В заключение
  13. Варианты производства жаропрочных материалов
  14. Классификация материалов жаропрочных и жаростойких
  15. Жаропрочный металл и жаростойкость
  16. Особенности жаропрочных материалов
  17. Разновидности жаропрочных и жаростойких материалов по структурным критериям
  18. Аустенитный класс
  19. Структура аустенитов
  20. Аустенитно-ферритный класс
  21. Перлитный класс
  22. Мартенситный класс
  23. Ферритный класс
  24. Мартенситно-ферритный класс
  25. Сплавы, имеющие никелевую основу, и железо никелевые
  26. Жаропрочная сталь до 1000 градусов
  27. Основные характеристики
  28. Виды жаропрочных сталей
  29. Применение жаропрочных сталей
  30. Тугоплавкие металлы

Марки сталей, которые являются жаропрочными

Жаропрочная сталь используется в режиме повышенных температур в течение долгого времени в сложно напряженном состоянии. Необходимо проводить различение между жаропрочными и жаростойкими сталями. Последние выделяются большой антикоррозионностью при температурных условиях, превышающих 550 гр. Цельсия в среде, содержащей агрессивные газы. Иными словами, жаростойкость – это качество, которое связано с устойчивостью к окислению. Жаропрочность – качество, которое позволяет выдерживать деформационные воздействия, когда материалы находятся в условиях повышенной температуры и нагрузок напряжения.

Характеристики жаропрочных материалов

Главный параметр жаропрочных металлов – возможность противостоять механическим напряжениям и нагружению при нагревании до высоких значений, не разрушаясь и не деформируясь.

Способы нагружения, которые испытывают металлы:

  • Нагрузки растягивания в статическом состоянии.
  • Нагрузки посредством изгибания и скручивания.
  • Температурные, предполагающие различные режимы нагрева.
  • Переменные нагрузки динамического характера.
  • Нагружения, оказываемые посредством направления потоков газов на металл.

Жаростойкие металлические материалы отличаются еще и повышенной антикоррозионностью и стойкостью к факторам окисления в условиях повышенных термических воздействий.

Технологический параметр ползучести

Наиболее значимая характеристика в технологических процедурах, где присутствуют жаропрочные стали, — это ползучесть. Эта характеристика свойственна любым твердым телам: кристаллическим и аморфным. Для металлических материалов она выражается в медленных и постепенных пластических деформационных процессах, происходящих под влиянием неизменяемой нагрузки. Чем меньше скорость деформирования и ниже скорость ползучести, тем более высоко можно оценить жаропрочность металла, если напряжение и температурный режим остаются постоянными и заданными.

Характеристики ползучести могут различаться по критерию временной длительности. Соответственно этому ползучесть бывает

  • Длительной. Характеристики этого вида ползучести определяются нагрузками на жаропрочную сталь для печи, которые продолжаются долгое время. Наибольшее напряжение за период времени, которое разрушает разогретый материал, определяет предел ползучести.
  • Кратковременной. Испытания для ее определения проводят в печи, которую нагревают до определенного уровня, и оказывают на металл растягивающую нагрузку в течение короткого времени.

Ползучесть описывается определенным графиком кривой, на котором прослеживаются различные стадии. Высокое сопротивление ползучести — один из факторов жаропрочности. Предел ползучести – это уровень напряжения, при котором за время, специально заданное, достигается определенная деформация. Эти расчеты принимаются во внимание в различных видах машиностроения: в авиационном моторостроении за такое время принимается величина 100-200 часов. Жаропрочностью отличаются сплавы, содержащие Cr и Ni (хромоникелевые), а также содержащие Cr, Ni, Mn (хромоникелевомарганцевые). Эта характеристика проявляется следующим образом: при нагревании они не демонстрируют качество ползучести.



Жаропрочная сталь до 1000 градусов — Справочник металлиста

Жаропрочная сталь, марки и виды которой рассмотрим далее, предназначена для длительного использования с учетом воздействия высоких термических и электрических нагрузок.

Способ изготовления данного материала предусматривает последующую его эксплуатацию в течение длительного периода без деформаций. Особенности этого вида стали: высокая прочность и ползучесть.

Рассматриваемые металлы преимущественно используются для постройки конструкций ненагруженного типа, эксплуатируемых под воздействием газовой окислительной среды и температур в диапазоне от 500 до 2000 градусов по Цельсию.

Характерные особенности

Марки жаропрочных и жаростойких сталей отличаются длительной прочностью. Этот показатель подразумевает возможность противостояния материала отрицательным внешним факторам на протяжении длительного времени. Высокая ползучесть – это влияние на непрекращающуюся деформацию стали в условиях повышенной трудности в плане эксплуатации и обслуживания.

От указанных факторов зависит возможность использования материала в той или иной сфере. Ползучесть характеризует предельный процент деформации, который в рассматриваемом случае составляет от 5 процентов на 100 часов до 1 % на 100 тысяч часов. По ГОСТУ 5632-72 любая марка жаропрочной стали не должна включать в себя добавки сурьмы, свинца, олова, мышьяка и висмута.

Это обусловлено тем, что указанные материалы имеют малую температуру плавления, а это негативно сказывается на характеристиках конечного продукта. Некоторые элементы при нагревании выделяют негативные для здоровья человека испарения, что также сказывается на их непригодности для включения в подобного рода стали.

В результате оптимальным составом для изготовления материала является железная основа с примесью хрома, никеля и прочих металлов, устойчивых к высоким температурам и окислительным процессам различного рода.

Жаропрочная сталь: марки

Ниже приведены основные марки рассматриваемого материала:

  • Марка P-193 содержит не более одного процента углерода, 0,6 % марганца и кремния, а также порядка 30 % никеля и хрома, 2 % титана.
  • Тинидур: углерод – до 0,13 %, марганец и кремний – не выше 1 %, хром – 16 %, алюминий – до 0,2 %, никель – 30-31 %.
  • Жаропрочная сталь марки А-286 включает в себя в процентном соотношении 0,05 % углерода, 1,35 % марганца, 25 % никеля, 0,55 % кремния, 1,25 % молибдена, 2 % титана.
  • Тип DVL42: 0,1 % углерода, не более одного процента марганца, 33 % никеля, 23 % кобальта, до 1 % кремния, 5 % молибдена, 1,7 % титана.
  • DVL52 имеет похожий состав с указанной выше маркой, только вместо титана в состав входит до 4,5 процента тантала.
  • Хромадур: 0,11 % углерода, 0,6 % кремния, 1,18 % марганца, 0,65 % ванадия, 0,75 % молибдена.

Все указанные разновидности жаропрочной стали производятся по схожей технологии, отличается только состав. Оставшаяся часть приходится на железо. Оно является основой для любых типов рассматриваемого материала.

Производство

Марки жаропрочных сталей для печей, как и их аналоги, требуют соблюдения определенных условий при выплавке.

В отличие от производства обычных сталей, в состав сплава должно интегрироваться минимальное включение углерода, что направлено на обеспечение требуемой степени прочности. В связи с этим кокс не подходит для топки печей.

Вместо него используется кислород газообразного типа. Он дает возможность достигать быстрой температуры плавления металла за короткий срок.

Как правило, рассматриваемый материал производят преимущественно из вторичного сырья. Хром и сталь помещают одновременно в печь, а сжигаемый кислород разогревает металл до степени плавления.

В процессе происходит окисление выделяемого углерода, который по технологии нужно убрать из состава сплава. Кремний в небольших количествах дает возможность защитить хром от окисления, также в начале плавления добавляется никель.

Остальные присадки смешиваются с основным сырьем в конце процесса. Температура проведения процедуры составляет порядка 1800 градусов по Цельсию.

Обработка

Обработка любой марки нержавеющей жаропрочной стали осуществляется при помощи подготовленных твердых резцов. Они изготавливаются из металлов, вмещающих кобальтовые и вольфрамовые сплавы.

Остальной технологический процесс практически идентичен обработке стандартных марок. Она проводится на штатных винторезных токарных станках с использованием стандартных смазочных и охлаждающих жидкостей.

Техника безопасности также не отличается.

Сварочные работы по рассматриваемому материалу выполняются дуговым либо аргонным методом.

До начала сваривания обе соединяемые детали должны пройти закаливание, заключающееся в нагревании элемента до 1000 градусов и последующем мгновенном охлаждении. Подобный способ дает возможность избежать появления трещин в процессе сварки.

Важно при этом сохранить степень качества шва на уровне основного материала, иначе могут появиться серьезные неполадки во время эксплуатации.

Применение

Рассматриваемый материал используется в условиях, когда подразумевается постоянная тепловая нагрузка на деталь.

Например, назначьте марку жаропрочной стали сильхром для клапанов либо похожих изделий, и убедитесь в ее эффективности. Также данный состав используется часто для специальных печей с высокой температурой нагрева.

Читайте также:  Как лучше устанавливать грудные импланты под мышцу или под железу

Особенности стали позволяют выдержать до нескольких десятков тысяч рабочих циклов, что существенно снижает себестоимость продукции.

Аустенитные марки применяются в производстве роторов, турбинных лопастей и клапанов двигателей. Они имеют отличную сопротивляемость высоким температурам и усиленную устойчивость к вибрационным и механическим воздействиям.

Черная марка жаропрочной стали с повышенной сопротивляемостью коррозии используется преимущественно для производства конструкций, применение которых выполняется на открытом воздухе либо в условиях повышенной влажности.

К особенностям этого вида можно отнести высокое включение в составе хрома, который дает возможность повысить эффективность противостояния окислению и прочим разрушительным процессам.

Литые жаропрочные стали: марки для звеньев цепи, трубопроводов и клапанов

Среди данной категории сталей мартенситного класса, наиболее известными являются следующие марки:

  • Х-5. Из этой стали производят трубопроводы, ориентированные на работу при температуре не выше 650 градусов.
  • 1Х8ВФ, Х5ВФ, Х5М – используются для выпуска труб и оборудования, рассчитанного на эксплуатацию при температуре 500-600 градусов. При этом период работы ограничен (от одной до ста тысяч часов).
  • 4Х9С2, 3Х13Н7С2 – выдерживают термическую нагрузку до 950 градусов по Цельсию, служат для изготовления клапанов моторов транспортных средств.
  • 1Х8ВФ – марка подходит для производства паровых турбин, выдерживает нагрузку в 500 градусов с ресурсом работы не менее 10 тысяч часов.

Марки жаропрочной стали для котлов с мартенситной структурой в своей основе имеют перлит. Он меняет свое состояние, в зависимости от содержания хрома.

Для получения изделий с внутренним показателем высокотвердого сорбита, материал сначала закаливают при температуре не менее 950 градусов, после чего подвергают отпуску. К таким маркам относятся: Х10С2М, Х6С, Х7СМ, Х9С2.

Перлитные виды относятся к хромомолибденовым и хромокремнистым категориям.

Стальные сплавы, которые содержат в составе до 33 процентов хрома, относятся к жаростойким материалам с ферритной внутренней конфигурацией.

Изделия из этого материала подвергаются отжигу, что позволяет сформировать мелкозернистую структуру.

При нагреве таких сталей выше 850 градусов, зернистость становится выше, что приводит к увеличению хрупкости материала. Марки этой категории: Х17, 1Х12СЮ, Х25Т, Х28, 0Х17Т.

Тугоплавкие стали

Для эксплуатации изделий, выдерживающих до двух тысяч градусов, используются тугоплавкие металлы. Ниже приведены элементы, которые используются в таких составах, и их температура плавления в градусах по Цельсию:

  • Ванадий – 1900.
  • Тантал – 3000.
  • Вольфрам – 3400.
  • Ниобий – 2415.
  • Молибден – 2600.
  • Рений – 3180.
  • Цирконий – 1855.
  • Гафний – 2000.

Конфигурация этих металлов меняется при нагреве, поскольку высокая температура позволяет перевести их в хрупкое состояние. Волокнистая структура элементов достигается путем рекристаллизации тугоплавких сталей. Повышение жаропрочности материала выполняется посредством добавления специальных смесей. Подобным образом составы защищаются и от окисления.

В заключение

Другое название жаропрочной марки стали (нержавейки) – окалиноустойчивая. Подобные материалы наделяются таким качеством в процессе производства.

В результате они способны функционировать длительный период в условиях высоких термических воздействий без деформаций, проявляя при этом противостояние газовой коррозии.

Проще говоря, посредством сплавов различных элементов добиваются оптимальных качеств жаростойких материалов, в зависимости от предполагаемых условий эксплуатации.

Жаропрочные стали, представленные на современном рынке большим разнообразием марок, как и жаростойкие сплавы различных категорий, признаются большинством специалистов лучшим материалом для изготовления деталей и частей конструкций и оборудования, эксплуатация которого проводится в постоянном контакте с высокими температурами, агрессивной средой либо другими сложными воздействиями.

Варианты производства жаропрочных материалов

Изготавливается жаропрочная сталь, проходя предварительную термическую обработку. Применяются процедуры легирования такими элементами, как Cr, добавления Mo, Ni, Ti и иных легирующих компонентов.

Хром – Cr -увеличивает жаростойкость, повышает коррозионную стойкость.

Никель – Ni – повышает свариваемость.

Молибден – Mo – увеличивает термические показатели рекристаллизации.

Титан – Ti – повышает прочность, она удерживается в течение большого временного периода, и эластичность.

Классификация материалов жаропрочных и жаростойких

Среди всех железосодержащих материалов, ориентированных в эксплуатации на повышенный температурный режим, выделяются 3 основных класса:

Вид материала Уровень нагруженности Термические условия
Теплоустойчивые Состояние в условиях нагрузки До 600 градусов Цельсия долгое время
Жаропрочные Состояние нагруженное Высокие показатели температуры
Жаростойкие (окалиностойкие) Ненагруженное, слабонагруженное состояние Температура более 550 гр. Цельсия

Сплавы различаются по технологическим характеристикам, и это предопределяет взаимодействие с различными вариантами производства. По этому критерию они бывают

  • Литейными. Идут на изготовление фасонных отливок.
  • Деформируемыми. Получаются в виде слитков, затем обрабатываются с помощью ковки, прокатываются, штампуются, используется волочение и другие способы.

Жаропрочный металл и жаростойкость

Ненагруженные конструкции, эксплуатируемые при температуре порядка 550°С в окислительной газовой атмосфере, изготавливаются обычно из жаростойкой стали. К данным изделиям часто относятся детали нагревательных печей. Сплавы на базе железа при температуре больше 550°С склонны активно окисляться, из-за чего на их поверхности образуется оксид железа. Соединение с элементарной кристаллической решеткой и нехватка атомов кислорода приводит к появлению окалины хрупкого типа.

Для улучшения жаростойкости стали в химический состав вводятся:

Данные элементы, соединяясь с кислородом, способствуют формированию в металле надежных, плотных кристаллических структур, благодаря чему и улучшается способность металла спокойно переносить повышенную температуру.

Тип и количество легирующих элементов, вводимых в состав сплава на базе железа, зависит от температуры, в которой эксплуатируется изделие из него. Лучшая жаростойкость у сталей, легирование которых выполнялось на основе хрома. Наиболее известные марки этих сильхромов:

  • 15Х25Т;
  • 08Х17Т;
  • 36Х18Н25С2;
  • Х15Х6СЮ.

С повышением количества хрома в составе жаростойкость увеличивается. С хромом могут создаваться марки металлов, изделия из которых не утратят первоначальных характеристик и при долгом воздействии температуры больше 1000°С.

Особенности жаропрочных материалов

Жаропрочные сплав и стали успешно эксплуатируются при постоянном воздействии больших температур, причем склонность к ползучести не проявляется. Суть данного процесса, которому подвержены стали обыкновенных марок и прочие металлы, в том, что материал, испытывающий воздействие постоянной температуры и нагрузку, медленно деформируется, или ползет.

Ползучесть, которой стараются избежать при создании жаропрочных сталей и металлов другого типа, бывает:

Для определения параметров кратковременной ползучести материалы подвергаются испытаниям: помещаются в печь, нагретую до нужной температуры, а к ним на определенное время прикладывается растягивающая нагрузка. За короткое время проверить материал на склонность к длительной ползучести и выяснить, каков ее предел, не удастся. С этой целью испытуемое изделие в печи подвергается длительной нагрузке.

Важность предела ползучести в том, что он характеризует наибольшее напряжение, ведущее к разрушению разогретого образца после воздействия определенное время.

Разновидности жаропрочных и жаростойких материалов по структурным критериям

Состояние внутренней структуры металлов определяет тип сталей и сплавов.

Выделяется ряд категорий жаропрочных стальных материалов, исходя из состояний внутренней структуры.

Аустенитный класс

Аустенитный класс формирует внутреннюю структуру благодаря большому процентному содержанию хрома и никеля. Получение стабильного аустенита, гранецентрированной кристаллической решетки железа, предполагает легирование стали никелем. Жаростойкость определяется хромовыми добавками.

Аустенитные сплавы — высоколегированные. Для целей легирования используются Nb (ниобий) и (Ti) титан для увеличения устойчивости к коррозии. Эта характеристика позволяет отнести их к группе стабилизированных. Коррозионностойкие жаропрочные стали с относятся к труднообрабатываемым металлам.

Когда температуры повышаются до значений, близких к 1000 градусам С. и длительно поддерживаются, аустенитная нержавеющая сталь сохраняет стойкость к образованию слоя окалины, сохраняя качество жаростойких материалов.

Часто встречаются на производстве сплавы аустенитного типа, принадлежащие к дисперсионно–твердеющему подклассу. Качественные характеристики могут улучшаться путем добавления различных элементов: карбидных, интерметаллических упрочнителей. Эти элементы обеспечивают деформационно-термическое упрочнение благодаря усилению аустенитной матрицы с помощью дисперсионного твердения.

Читайте также:  Характерные химические свойства кислот кислота металл

Карбидообразующие элементы: ванадий-V, ниобий-Nb, вольфрам-W, молибден-Mo.

Интерметаллиды получаются благодаря дополнительным добавкам хрома–Cr, никеля-Ni, и титана–Ti.

Структура аустенитов

Жаропрочные аустенитные различаются по типам структуры. Она может быть

  • Гомогенной. Материал с такой структурой не проходит термообработку для упрочнения, в нем мало углерода и большой процент легирующих компонентов. Это обусловливает хорошую стойкость к ползучести. Применяются в температурной среде ниже 500 градусов.
  • Гетерогенной. В таком материале, прошедшем термоупрочнение, получаются карбонитридные и интерметаллидные фазы. Это позволяет повысить температуру использования под нагрузками напряжения до 700 градусов..

Материалы с никелевыми и кобальтовыми присадками подвергаются эксплуатационным воздействиям при терморежиме до 900 градусов. Сохраняют стабильность структуры долгое время.

Нихромы, в которых никеля больше 55%, отличаются и жаропрочностью, и качествами жаростойкости.

Тугоплавкие металлы: вольфрам, ниобий, ванадий обеспечивают устойчивость металлов, когда термический режим приближается к 1500 гр. С.

Молибденовые сплавы с дополнительной защитой долгое время сохраняют рабочие свойства в терморежиме 1700 гр.

Марки аустенитного ряда дисперсионно-твердеющие Маркировка сплавов аустенитного ряда гомогенных
Х12Н20Т3Р, 4Х12Н8Г8МФБ, 4Х14Н14В2М 1Х14Н16Б, 1Х14Н18В2Б, Х18Н12Т, Х18Н10Т, Х23Н18, Х25Н20С2, Х25Н16Г7АР
Из металлов этого подкласса производят турбинные конструкции, клапаны двигателей автотранспорта, арматурных конструкций Гомогенные виды идут на изготовление трубопрокатной продукции, деталей печей, агрегатов, функционирующих под давлением.
Х12Н20Т3Р идет на производство турбинных дисков, кольцевых компонентов, крепежа, функционирующих в температурном режиме менее 700 гр.
4Х14Н14В2М участвует в производстве арматуры, крепежа и поковок для долгого срока эксплуатации при термическом режиме 650 градусов
Х25Н20С2 участвует в производстве печей для температурных нагрузок до 1100 градусов
Из Х25Н16Г7АР производят различные металлические полуфабрикаты: лист, проволока, готовые детали для функционального использования при 950 гр. при умеренных нагрузках.

Х18Н12Т идет на изготовление деталей и компонентов для работы при терморежиме до 600 гр. в агрессивных средах.

Аустенитно-ферритный класс

Материалы, содержащие смесь аустенитных и ферритных фаз, характеризуются особой жаропрочностью. По своим параметрам они превосходят даже высокохромистые железосодержащие материалы. Объяснение этого явления кроется в особо стабильной матричной структуре. Это предполагает возможность применения при терморежиме 1150 градусов.

Маркировка стали ферритного ряда: Х23Н13, Х20Н14С2 и 0Х20Н14С2
Х23Н13 идет на изготовление пирометрических трубок.
Х20Н14С2 и 0Х20Н14С2 идут в производство жаропрочных труб, печных конвейеров, емкостей для цементации.

Перлитный класс

Перлитные жаропрочные стальные материалы относятся к категории низколегированных. Стали содержащие в виде присадок хром и молибден ориентированы на работу при температуре 450-550 гр. С., содержащие, помимо Cr и Mo еще и ванадий, нацелены на рабочий режим при температуре 550-600 гр. С.

Легирование хромом влияет на жаростойкость материалов в сторону повышения этой характеристики, также усиливается сопротивляемость окислительным процессам. Добавки молибдена увеличивают прочностные характеристики при большом нагреве материалов.

Ванадий, объединяясь с углеродом, создает повышение прочностных характеристик стальных материалов карбидами с высокодисперсными качествами.

Технология нормализации металлов улучшает и оптимизирует механические свойства сплавов. Технология закаливания и следующего за ней температурного отпуска выполняет ту же функцию. Получается структурная матрица, в которой присутствует дисперсная феррито карбидная фактура.

К перлитным разновидностям принадлежат марки стали:
12МХ, 15ХМ, 20ХМЛ, 12Х1МФ, 15Х1М1Ф, 20ХМФЛ, 12Х2МФСР
Из 20ХМЛ производят шестерни, втулки крестовины, цилиндры, другие узлы и детали для работы при 500 гр. С.
12Х1МФ — производство труб пароперегревателей, трубопроводов и коллекторов высокого давления.

15Х1М1Ф идет на производство установок высокого давления, функционирующих при режиме температур до 585 гр. С.

Мартенситный класс

Методом, который превращает один вид стального материала в другой, является закаливание, за которым следует отпуск. Итог процесса – перестроение кристаллической решетки и повышение твердости. Однако возрастает хрупкость.

Технология отжига проходит при температурах около 1200 градусов на протяжении нескольких часов. Затем материалу дают остыть, и это занимает также несколько часов. Такая процедура приводит к повышению гибкости металла, хотя приходится пожертвовать некоторым уровнем твердости. Если применяется метод двойной закалки, то она проходит в два этапа . Первый предполагает нормализацию твердого раствора материала с нагреванием до 1200 градусов. Второй этап предполагает тот же процесс, но с нагревом до 1000 градусов. Такая технология обеспечивает рост пластичности металла и увеличивает его жаропрочность.

Мартенситы характеризуют такие марки сплавов:
Х5, 3Х13Н7С2 , 40Х10С2М , 4Х9С2, 1Х8ВФ.
Х5 используется в трубном производстве, трубы выдерживают режим эксплуатации до 650 гр. С.
40Х10С2М идет на изготовление клапанов авиадвигателей, двигателей для дизельного автотранспорта, крепежа при температурах до 500 градусов.

3Х13Н7С2 и 4Х9С2 могут подвергаться нагреву порядка 900 гр. С. Это обуславливает их пригодность для производства двигательных клапанов.

1Х8ВФ рассчитана на температурный режим ниже 500 гр. С., но на длительную эксплуатацию под нагрузками. Эта марка подтвердила свою эффективность в изготовлении паровых турбин.

Ферритный класс

Материалы с ферритной структурой имеют в своем составе от 25 до 33 % хрома. Получаются с помощью методов отжига и термообработки, из-за этого в них возникает мелкозернистая структура. Когда происходит повышение температурных показателей до 850 градусов, увеличивается хрупкость.

Маркировки сталей ферритного ряда:
1Х12СЮ, Х17, 0Х17Т, Х18СЮ, Х25Т и Х28
Оправдано использование сталей этого ряда для изготовления разнообразных деталей для машиностроения.
0Х17Т зарекомендовал себя в производстве изделий для работы в окислительных средах, таких как трубы и теплообменники

Из Х18СЮ производятся трубы пиролизных установок, аппаратура.

Х25Т участвует в производстве сварных конструкций с эксплуатационной температурой до 1100 градусов, труб для перекачивания агрессивных сред, теплообменников.

Мартенситно-ферритный класс

Этот тип стали имеет в своем составе 10-14% хрома, легируется V, Mo, W.

Марки сплавов этого ряда:
Х6СЮ, 1Х13, 1Х11МФ, 1Х12В2МФ, 1Х12ВНМФ, 2Х12ВМБФР
Х6СЮ применяется в производстве компонентов котельных установок и трубопроводов.
1Х11МФ работает в виде лопаток турбин, из него производят поковки для эксплуатационных температур до 560 гр. С.

1Х12ВНМФ идет на производство лопаток и крепежа турбин, которые подвергаются длительным нагрузкам в температурных пределах до 580 градусов.

Сплавы, имеющие никелевую основу, и железо никелевые

Материалы, у которых в составе 55% никеля, легируются Cr. Присадки хрома добавляют до 25 %. Особенность таких материалов — появление в условиях повышения температуры оксидной пленки из Cr, а в материалах с добавками алюминия – пленки их этого металла. Легированные титаном сплавы приобретают свойство оставаться прочными и устойчивыми, когда температуры поднимаются до очень больших значений.

Примеры марок сплавов:
ХН60В, ХН67ВМТЮ, ХН70, ХН70МВТЮБ, ХН77ТЮ, ХН78Т, ХН78Т, ХН78МТЮ.
Сплав ХН77ТЮ используют для изготовления колец, лопаток, дисков, компонентов, которые должны выдерживать до 750 гр. С.
ХН35ВМТЮ участвует в производстве газовых конструкционных элементов коммуникаций.

Из ХН35ВТР изготавливают конструкции турбинных устройств.

Из ХН35ВТ и ХН35ВМТ производят роторы турбин, крепежные элементы, пружины для температур до 650 градусов

Жаропрочная сталь до 1000 градусов

Жаропрочные стали сегодня встречаются крайне часто, так как могут использоваться в условиях контакта с агрессивными средами. Типичные изделия, которые изготавливаются из жаропрочных современных сталей: камины и печи, а также котлы и дымоходы. Рассмотрим особенности подобного металла подробнее.
Жаропрочные стали

Основные характеристики

Жаропрочные стали и сплавы могут использоваться для изготовления изделий, которые могут эксплуатироваться при воздействии высоких температур. Обычные стали при воздействии агрессивной среды могут медленно деформироваться, так как воздействие повышенной температуры становится причиной повышения пластичности.

Для того чтобы определить характеристики жаропрочной стали проводятся специальные испытания, особенностями которых можно назвать нижеприведенные моменты:

  1. Жаропрочные стали размещают в печи, после чего нагревают до определенной температуры.
  2. На помещенный сплав оказывается растягивающая нагрузка.

Среди других особенностей отметим следующие моменты:

  1. Высокую жаростойкость. Даже при длительном воздействии высокой температуры основные эксплуатационные качества сплава остаются неизменными.
  2. Прочность к механическому воздействию. При этом металл может сохранять длительную прочность при температурах, которые в иных случаях становятся причиной перестроения кристаллической сетки и изменения основных качеств.
  3. Химический состав сплава также остается неизменным несмотря на воздействие агрессивной среды. Некоторые жаропрочные стали способны выдерживать воздействие агрессивной среды, представленной газами, кислотами и другими веществами.
  4. Низкий показатель прокаливаемости и свариваемости создает довольно много проблем при изготовлении деталей путем сварки.
  5. При добавлении хрома и некоторых других легирующих элементов материал становится коррозионностойким.

По тому, сколько жаропрочная сталь может выдерживать воздействие рабочей среды выделяют две категории:

  1. Стали жаропрочные длительного нагрева. Подобный материал может выдерживать длительное воздействие, но при этом температура зачастую не достигает критических значений. Примером можно назвать трубы, которые применяются для транспортировки различной среды
  2. Стали жаропрочные кратковременного нагрева применяются в случае стремительного скачка температуры, значение которой может составлять несколько тысяч градусов Цельсия.

Жаростойкая сталь не подвержены деформации и разрушению по причине необычного химического состава. Именно поэтому основная классификация проводится по концентрации определенных легированных элементов.

Виды жаропрочных сталей

Жаропрочная нержавеющая сталь классифицируется по состоянию внутренней структуры:

  1. Перлитные.
  2. Мартенситные.
  3. Аустенитные.
  4. Мартенситно-ферритные.

Кроме этого все жаропрочные стали марки разделяются на следующие категории:

  1. Ферритные.
  2. Аустеннитно-ферритные.

Рассматривая мартенситные жаропрочные стали можно выделить следующе сплавы:

  1. Х5 применяется для производства трубы, которая будет эксплуатироваться для подачи среды, температура которой не будет превышать 650 градусов Цельсия.
  2. Х5М или Х6СМ могут использоваться для производстве деталей, эксплуатация которых проводится при температуре от 500 до 600 градусов Цельсия. Стоит учитывать, что подобные марки жаропрочных сталей доступны для недлительной эксплуатации.
  3. 4Х9С2 и 3Х13Н7С2 предназначены для эксплуатации при температуре до 950 градусов Цельсия. Стоит учитывать, что этот металл предназначен для производства клапанов двигателей внутреннего сгорания транспортных средств.
  4. 1Х8ВФп представляет собой также жаропрочную сталь, которая может удачно эксплуатироваться при температуре не выше 500 градусов Цельсия на протяжении десятков тысяч часов. Подходит этот спав для производстве элементов, используемых при изготовлении паровой турбины.

Очень часто в состав добавляется хром, за счет чего получается мартенситный сплав. Наиболее распространенными вариантами подобных металлов можно назвать Х6С и Х9С2, Х7СМ и Х10С2М. Среди особенностей их производства можно отметить нижеприведенные моменты:

  1. После процесса легирования проводится закалка при температуре около 1000 градусов Цельсия.
  2. Придать жаропрочность можно путем последующего отпуска металла при температуре 8100 градусов Цельсия. за счет этого создается твердая структура сорбита, которая может выдерживать длительный нагрев.

Для получения подобных составов требуется специальное оборудование, при помощи которого и проводится отпуск при сильном нагреве структуры.

Особенностями ферритных сплавов можно назвать нижеприведенные моменты:

  1. Прочность и жаропрочность достигаются за счет создания мелкозернистой структуры. Получается она после закалки, обжига и отпуска при определенных режимах.
  2. Как правило, в рассматриваемом составе есть от 20-30 процентов хрома. Основные эксплуатационные качества позволяют использовать металл при изготовлении теплообменников.

Примерами ферритных сплавов можно назвать марки Х28 и Х17, Х18СЮ и другие. Нагрев проводится до температуры 180 градусов Цельсия, при более высоких показателях поверхность станет более хрупкой по причине мелкозернистой структуры.

Мартенситно-ферритный состав применяется при производстве машиностроительных деталей. Особенности структуры позволяют проводить ее нагрев до температуры 600 градусов Цельсия без изменения основных эксплуатационных качеств.

Наибольшей востребованностью пользуются жаростойкие сплавы двух основных групп:

  1. Дисперсионно-твердеющие. Подобные составы больше всего подходят для изготовления деталей турбин или клапанов двигателя. Они подвержены длительному нагреву и частому охлаждению. Стоит учитывать, что падение и повышение температуры в большинстве случаев становится причиной перестроения структуры сплава, но дисперсионно-твердеющие могут выдерживать подобное воздействие на протяжении всего срока эксплуатации.
  2. Гомогенные. Применяются они для производства труб или арматуры, которые будут подвергаться большой нагрузке. Стоит учитывать, что трубы во время эксплуатации подвергаются не только воздействию со стороны рабочей среды, но и давлению, а также ударной нагрузке.

Есть жаропрочные стали, которые могут выдерживать воздействие огромных температур. Примером назовем следующие сплавы:

  1. Тантал является одним из самых жаропрочных сплавов, так как может выдерживать воздействие температуры 3000°С.
  2. Вольфрам не реагирует на воздействие окружающей температуры 3410°С.
  3. Ванадий применяется при воздействии окружающей среды 1900°С.
  4. Ниобий не реагирует на воздействие температуры 2415°С.
  5. Рений самый жаропрочный сплав, который не реагирует на воздействие среды 3180°С.
  6. Цирконий можно эксплуатировать при 1855°С.
  7. Гафний применяется в том случае, если на деталь будет оказываться воздействием температуры 2000°С.
  8. Молибден может эксплуатироваться при 2600°С.

Столь высокая жаропрочность достигается путем добавления различных легирующих элементов. Окисление легирующих элементов приводит к защите структуры от воздействия окружающей среды.

Жаропрочные сплавы также классифицируются следующим образом:

  1. 30% рения с добавкой небольшого количества вольфрама.
  2. 10% вольфрама с добавлением незначительного количества тантала.
  3. 10% ниобия и 60% ванадия.
  4. 48% железа и 1% циркония, а также 5% молибдена и 15% ниобия.

Вышеприведенная информация определяет то, что высоко жаропрочная сталь может классифицироваться по следующим показателям:

  1. Температура окружающей среды, при которой сплав не изменяет свои эксплуатационные качества.
  2. Длительность нагрева.
  3. Устойчивость к воздействию химической среды или повышенной влажности.

Сегодня из жаропрочной нержавеющей стали изготавливаются самые различные детали, которые могут эксплуатироваться в опасной среде. Подобная жаропрочная сталь может выдерживать не только длительный нагрев, но и не реагирует на воздействие окружающей среды.

Применение жаропрочных сталей

Область применения рассматриваемого типа сплавов весьма большая. Жаропрочные стали и сплавы предназначены для применения при условии воздействия высокой температуры или агрессивной окружающей среды. Жаропрочные стали применяют для изготовления:

  1. Корпусных деталей, которые будут подвержены нагреву.
  2. Деталей конструкции двигателей внутреннего сгорания.
  3. Деталей и элементов, которые могут контактировать с различной агрессивной средой: жидкость, химикаты и так далее.

Изготовление деталей работающих при температурах более 400 градусов Цельсия не должно проводится с использованием обычного металла, так как из-за нагрева они потеряют свою прочность и жесткость.

Нагрев становится причиной изменения кристаллической решетки, за счет чего из состав выделяется углерод. Обезуглероживание становится причиной потери прочности и твердости поверхности.

При изготовлении деталей паровых двигателей или современных двигателей внутреннего сгорания применение обычной стали приведет к ее расширению, за счет чего линейные размеры изменяться.

Критическое изменение линейных размеров становится причиной, по которой конструкция перестает правильно работать.

Усложнение процесса производства рассматриваемого сплава становится причиной существенного повышения его стоимости. Однако в большинстве случаев снизить стоимость конструкций нельзя по причине того, что обычные стали будут быстро изнашиваться.

Деталь из жаропрочной стали

Примером применения жаропрочных сталей можно назвать нижеприведенную информацию:

  1. Турбины работают в сложных эксплуатационных условиях. Для ее изготовления часто используется легированный сплав на основе хрома ХН35ВТР. Подобный материал может выдерживать постоянную нагрузку и вибрацию, а также воздействие жара без изменения своих линейных размеров.
  2. При изготовлении газовых конструкций могут применять ХН35ВМТЮ. Сгорание газа приводит к нагреву рабочей среды до довольно высокой температуры.
  3. Компрессоры, которые работают с нагреваемой средой, имеют в качестве подвижного элемента конструкции диски и лопатки. Для повышения КПД подобной конструкции при их изготовлении используется листовой металл небольшой толщины, что существенно снижает устойчивость к воздействию рабочей среды. Именно поэтому при их изготовлении применяется легированный сплав ХН35ВТЮ.
  4. Роторы турбин также могут быть подвержены воздействию жара. При их изготовлении чаще всего применяют ХН35ВТ.

Тугоплавкие металлы

Это металлы, отличающиеся экстремально высокими температурными показателями плавления. Их характеризует также повышенная износостойкость. Использование их для легирования сталей и сплавов, увеличивает те же показатели материалов, к которым их добавляют.

Источник

Поделиться с друзьями
Металл
Adblock
detector