Характеристика жаропрочного металла; что собой представляет жаростойкая сталь

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 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.

Содержание никеля в никелевом сплаве составляет свыше 55 %, углерода 0,06-0,12 %. В зависимости от структуры различают гомогенные (нихромы), гетерогенные (нимоники) сплавы никеля.

Марки сплавов: ХН77ТЮ, ХН55ВМТФКЮ, ХН70МВТЮБ.

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

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.

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.

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

• Огромный ассортимент всех видов проката из наличия на складе.
• Профессиональная логистика: — минимальное время доставки заказа – 1 час;— минимальная стоимость доставки – 800 руб. (сборный груз).
• Профессиональные консультации по любой продукции и услуге.

Ответим на вопросы и примем заказ: +7 (495) 725-66-37 Электронная почта: info@alfa-stl.ru Наши преимущества Заготовки

Отрежем нужный размер от листа, круга, трубы и продадим без остатка. Используем для заготовок черный, цветной, нержавеющий металлопрокат.

Отсрочка платежа

Постоянным клиентам отсрочка платежа до 5 000 000 руб. на срок до 31 дня.

Надежно

Возврат денег или товара по любой причине, быстро и без проблем.

Аккредитованный поставщик госкорпорации «Росатом»

Наш металл постоянно проходят проверку на хим. состав — все технические характеристики по самым редким и сложным сталям полностью соответствуют заявленным.

Оптом и в розницу

От прутка и килограмма до десятка вагонов.

Рекомендации

Посмотрите отзывы наших клиентов

Склад работает круглосуточно

Загрузим машину и выдадим документы в любое время дня и ночи.

Быстрая и недорогая доставка

Загружаем машины на следующий день. Отпускаем по платежке. Низкие цены: от 2500 руб. с НДС за отдельную машину.

+ Еще преимущества

• 1. Заказ
  • Отправьте заявку, либо продиктуйте нужные позиции менеджеру по телефону.
  • На крупные заказы предоставляем скидки от прайсовой цены.
  • Работаем более чем с 13 заводами, можем найти и поставить редкие позиции «под заказ».
• 2. Оплата

  Менеджер заполнит договор и проконсультирует по всем вопросам.

  Пришлите платежное поручение с отметкой банка для более оперативной отгрузки.

• 3. Доставка и самовывоз

  Согласуйте с менеджером дату и время доставки, пришлите схему проезда и контакты принимающего лица.

  В случае самовывоза — отправьте вашему менеджеру данные на автотранспорт.

• 4. Приёмка и разгрузка
  1. Разгрузка производится силами покупателя, однако, в случае отсутствия специальной техники поможем реализовать разгрузку металла.
  2. Пожалуйста, обеспечьте беспрепятственный заезд автотранспорта на место разгрузки.
  3. Возьмите у водителя-экспедитора отгрузочные документы: товарная накладная, счет-фактура, акт выполненных работ, сертификаты качества на металл.

Специалисты ООО «Альфа-Сталь» добросовестно, в полном объеме и в необходимый срок выполнили государственные контракты №0348100015215000128, 1507701819015000126, 1507701819015000121 на общую сумму 2 319 728,89 руб. на условиях отсрочки платежа.

ФБУН ГНЦ ПМБ

Ваше предприятие зарекомендовало себя как надежный поставщик цветного металлопроката. Специалисты ООО «Альфа-Сталь» добросовестно, в полном объеме и в установленные сроки выполнили договорные обязательства на условиях отсрочки платежа.

РПМ Группа

ООО «АВИАРЕШЕНИЯ» благодарит компанию ООО «Альфа-Сталь» (ИНН 7707225971) за поставку редких алюминиевых профилей нашей организации.

ООО «АВИАРЕШЕНИЯ»

Ещё рекомендация data-content-alt=Посмотретьещё раз>Ещё рекомендация

Источник: https://alfa-stl.ru/zharoprochnye-stali-i-splavy/

Основные марки жаропрочных сталей и их применение

Сталь – это самый распространенный материал, используемый в изготовлении различного инструмента, машин и приборов. Ее популярность обусловлена исключительными технологическими, физико-химическими и механическими свойствами.

Марки жаропрочных сталей, широко распространены, и это можно отнести к невысокой цене, при этом, чем больше заказанная партия металлопроката, тем дешевле он стоит.

• Производители постоянно совершенствуют процесс выработки материала, при этом качественные показатели значительно увеличиваются, обеспечивается долгая эксплуатация всех инновационных приборов.
• На рынке в большом разнообразии маркировок продается жаропрочная сталь — это, отличный материал для выработки и сборки конфигураций, подвергающихся не переменному воздействию среды агрессивного состава и больших температур.
• Из жаропрочных сталей производят:

• котлы отопления;
• печи;
• дымоходы;
• каминные установки.

Жаростойкость, жаропрочность материала

Окалиностойкость – название металлических сплавов, обладающих жаростойкостью. Этим свойством материал начинает обладать в процессе изготовления, после которого материал становится способным долгое время подвергаться воздействию высокой температуры, не подвергаясь деформации и газовой коррозии.

Жаропрочные стали для печей, в большинстве случаев применимы для монтирования конструкций, на которые не распространяется большая нагрузка, эксплуатируемые при постоянном действии окислительной среды при температурном воздействии не выше 550 градусов. Этими конструкциями являются элементы, используемые в отопительных печах.

Сплавы, произведенные на основании железа, при выделении жаровыносливость, в подобных критериях работы, при термическом воздействии, больше 560, динамично окисляются, это ведет за собой возникновение на плоскости окиси железа. На сплаве образуется химическое совмещение железа с воздухом – это, нагар слабого типа. Определяется он обычной кристальной решеткой, включающей недостающее число атомов вещества.

Чтобы жаростойкие стали были лучших характеристик, применяется хромирование, или в состав вводится кремний и алюминий. Объединяясь с воздухом, ингредиенты способствуют вырабатыванию в текстуре металла плотных крестообразных структур, что доводит до совершенства его способность выносить влияние больших температур.

Наличие, тип легирующих компонентов, которые были введены в хим. состав материала, сделанного на основании железа, находится в зависимости от термических обстоятельств эксплуатации продукта, изготовленного впоследствии.

Отличную жаростойкость показывают сплавы, легирование каковых сделано на основании хромирования. К самым продающимся маркам сталей относятся:

• 08Х17Т;
• 15Х25Т;
• 15Х6СЮ;
• 36Х18Н25С2.

Стоит отметить: чем больше в веществе хрома, тем жаропрочнее становится сталь. Употребляя данный компонент как легирующий, можно производить маркированные стали, изделия, выполненные из этого сплава, не теряют своих начальных данных посредством долгого термического воздействия — это жаропрочная сталь до 1000 градусов

Стали проходят отличное рабочее эксплуатирование при постоянном термическом воздействии больших температурных режимов, не выражая предрасположенности к ползучести. Этот неблагоприятный процесс, которому подвержены материалы нормальных групп и прочие металлы, состоит в том, что сплав, находящийся под влиянием постоянной термической и стабильной нагрузке, склонен к деформации, или ползет.

Есть два вида ползучести, предотвращающую при производстве сплавов:

• кратковременная;
• длительная.

Для понимания параметров краткосрочной ползучести, сплавы подвергают специальному тестированию, посредством помещения в топку печи, раскаленную до обусловленной температуры, и применяют нагрузку на растягивание. Такую проверку проводят определенное время.

Испытать продукт на расположенность к долговременной ползучести и установить границу последней, за небольшой временной промежуток — невозможно. Определенное изделие, положенное в топку, нужно подвергать долгой нагрузке.

Значимость коэффициента — предела ползучести стали, содержится в том, что он охарактеризовать высокое усилие, приводящее к расщеплению раскаленного продукта после влияния в процессе определенного временного промежутка.

Марки жароустойчивых и жаропрочных сплавов

Стали, имеющие отличия жаропрочностью и жароустойчивостью, по своей текстуре разделяются на некоторое количество разрядов:

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

Но при этом есть еще две категории подобных сплавов:

• ферритные;
• аустенитно-ферритные или мартенситные.

Если взять на рассмотрение стали мартенистых структур, то самыми распространенными марками считаются:

• Х5 — жаропрочная сталь, применяемая в изготовлении труб, эксплуатируемых при температурах, не выше 650;
• Х5М, Х5ВФ, Х6СМ, 1Х8ВФ, 1Х12Н2ВМФ — производят специальные изделия, которые не деформируются при температуре до 600 градусов в течение 10000 часов;
• 3Х13Н7С2 и 4Х9С2 — производят изделия, способные выдержать довольно высокую температуру, которая доходит до 950 градусов, например клапана двигателей механизмов, принцип работы которых, внутреннее сгорание;
• 1Х8ВФ — применяют для выработки некоторых элементов для турбин, работающих на пару, такая сталь выдерживает температуру в течение 10001 часов — 510 градусов.

Аустенитные и аустенитно-ферритные железные сплавы

Самые важные свойства этих составов состоят во внутренней структуре, сформированной посредством добавления в состав никеля, а жаропрочность придает добавленный в материал хром.

В сплавах этой группы, выделяющихся малым вхождением углерода в химический состав, в отдельных вариантах могут находиться легирующие составляющие, например ниобий и титан.

Сплавы, в их основании есть аустенит, причисляются к группе нержавеющих, при долгом применении к ним термических нагрузок равных 1100 градусов, окалина не формируется.

Самыми популярными сплавами с аустенитной внутренней текстурой считаются стали дисперсионно-твердеющей группы. Для усовершенствования высококачественных данных в их строение присоединяют карбидные уплотнители, в связи, с чем такие сплавы причисляются к конкретному разряду.

Основными подвидами жаропрочных сталей с аустенитом, считаются:

1. дисперсионно-лубенеющие Х12Н20Т3Р, 4Х12Н8Г8МФБ, 0Х14Н28В3Т3ЮР, 4Х14Н14В2М — это нержавеющая, жаропрочная сталь, благодаря которой вырабатывают конструкторские составляющие гидротурбин, клапана моторов автотранспортных средств;
2. гомогенные 1Х14Н16Б, 1Х14Н18В2Б, Х18Н12Т, Х18Н10Т, Х23Н18, Х25Н20С2, Х25Н16Г7АР — применяют для выработки каркасной проволоки и труб, применяемых под действием больших нагрузок, установки высокого силового давления, части выпускных конструкций.

Читайте так же:  Травление нержавеющей стали. Показания. Методы травления.

Сплавы, база внутреннего структурирования которых основопологает соединение аустенита и феррита, выделяет чрезвычайная жаропрочность, превосходящая по своим коэффициентам даже высокохромистых стали. Эти свойства жаропрочности производятся посредством высокой устойчивости структуры сплавов подобной группы. Продукты производства эксплуатируются при температурах до 1250.

Кроме того, для жаропрочных сплавов с аустенит-мартенситным внутренним структурированием свойственна увеличенная ломкость, они не используются для производственной выработки изделий, применяемых под повышенной нагрузкой.

Из жароустойчивых сталей этой группы изготавливают элементы последующего предназначения:

• пирометрические трубки (Х23Н13);
• печные конвейеры, жароустойчивые трубы, сосуды для цементации (Х20Н14С2 и 0Х20Н14С2).

Тугоплавкие стали

Сплавы, в основе которых есть огнеупорный металл, используют для выработки изделий, работающих при 1100–2000.

Тугоплавкие металлы, имеющиеся в хим. составе сплавов, обуславливаются некоторыми специфическими температурами плавления.

Нужно учитывать, что стали тугоплавкой группы быстро переходят в ломкое состояние под воздействием больших температур, и при сильном нагревании они распаяются. Для повышения их жаропрочности, в смесь добавляются специальные присадки, а для повышения жаростойкости, производят легирование титаном, молибденом, танталом и др.

Сплавы, основанные на добавлении никеля с железом

Никелевые сплавы (56% никеля) или никеле-железные стали(65%) считаются жаропрочными и имеют качественные жаростойкие качества. Основным элементом для легирования сталей подобной группы признается только хром, содержание которого равно 14-23%.

Что касается стойкости и стабильности, которые сохраняются даже при усиленных нагрузках и повышенной температуры, то обязательным элементом для смешивания металла — никель. Самые востребованные из  ХН60В, ХН67ВМТЮ, ХН70, ХН70МВТЮБ, ХН77ТЮ, ХН78Т, ХН78Т, ХН78МТЮ. Часть сплавов этих марок считаются жаропрочными, а другие – жаростойкими.

Базой мартенситного основания сплава считается перлит, меняющей состояние продукта, если количество хрома в составе увеличить.

Перлитными считаются такие единицы жароустойчивых и жаростойких сталей, имеющих отношение к хромомолибденовым и хромокремнистым: Х6С, Х6СМ, Х7СМ, Х9С2, Х10С2М и Х13Н7С2.

Для получения материал с сорбитной структурой, отличающегося особой твердостью, их вначале укрепляют при 950–1100°, а после подвергают отпуску. 

Металлические сплавы с ферритной структурой, имеющие отношение к жаростойкой стали для котлов, заключают в собственном хим. составе от 26 до 32% хрома, определяющем свойства. Для придания сталям тонкодисперсную структуру, фабрикаты подвергают обжиганию.

Существуют такие марки сталей данной подгруппы 1Х12СЮ, Х17, 0Х17Т, Х18СЮ, Х25Т и Х28.

Источник: http://solidiron.ru/steel/osnovnye-marki-zharoprochnykh-stalejj-i-splavov-ikh-primenenie.html

Продукция — Техмашхолдинг — группа компаний, официальный сайт

Жаростойкость и жаропрочность являются очень важными характеристиками. Некоторые изделия машиностроения работают в очень сложных условиях при повышенных температурах. Обычные конструкционные стали при нагреве скачкообразно меняют свои механические и физические свойства, начинают активно окисляться и образовывать окалину, что совершенно неприемлемо и создает угрозу выхода из строя всего узла, а возможно, и серьезной аварии. Для работы при повышенных температурах инженеры-материаловеды при помощи металлургов создали ряд специальных сталей и сплавов. В данной статье дается их краткая характеристика.

Жаропрочные стали

Многие люди отождествляют понятие жаростойкости с таким понятием, как жаропрочность. Этого делать ни в коем случае нельзя. Жаропрочность еще называют красноломкостью. И под этим понятием подразумевают способность металла (либо сплава) сохранять высокие механические свойства при работе в условиях повышенных температур. То есть такой металл, даже будучи нагретым до красного свечения (оно характерно для температур выше 550 °С), не поползет и сохранит достаточную жесткость.Говоря простым языком, жаропрочность – это способность материала сохранять работоспособность при нагреве до высоких температур. Обычные конструкционные стали даже при незначительном нагреве становятся пластичными, что исключает возможность их применения для изготовления изделий, работающих при высоких температурах.Разные марки металлов и сплавов обладают различной жаропрочностью. Этот показатель зависит от химического состава материала. Испытания на жаропрочность могут проводиться на протяжении длительного времени. Но чаще всего образцы, нагретые в печи до определенной температуры, испытывают на растяжение в течение короткого отрезка времени.

Жаростойкие стали

Жаростойкость, в отличие от жаропрочности, – это способность материалов противостоять развитию коррозионных процессов при работе в условиях высоких температур. Обычные стали, если их подвергнуть нагреву (за исключением термической обработки в защитной атмосфере или в вакууме), начинают окисляться. Кроме того, при длительном нагреве углерод на поверхности изделия начинает выгорать. В результате поверхность обедняется углеродом, что приводит к резкому изменению механических свойств (прежде всего, твердости) на поверхности. Износостойкость падает. Получает развитие такое негативное явление, как задиры. Данная группа сталей может работать при температурах около 550 °С.

С целью увеличить жаростойкость стали, ее расплав легируют кремнием, алюминием и хромом. Иногда достаточно повысить жаростойкость поверхности детали. В таком случае прибегают к силицированию или алитированию (насыщению поверхностного слоя соответственно атомами кремния или алюминия) в порошковой среде.

Материалы с высокой температурой плавления

При эксплуатации в условиях особенно высоких температур рассмотренные материалы не могут использоваться, так как при температуре в районе 2000 °С начинает протекать оплавление (выделяется жидкая фаза). Для этих целей используют тугоплавкие металлы: вольфрам, ниобий, ванадий, цирконий и так далее. Эти материалы довольно дорогие, но инженеры еще не нашли для них достойной альтернативы.

Характеристика сплавов на основе хрома и никеля

Сплавы, обладающие большой жаропрочностью, очень востребованы в энергетическом машиностроении (лопатки паровых турбин, части двигателей летательных аппаратов и так далее). Причем потребность в подобных материалах постоянно растет. Более того, производство требует от ученых получения все более и более совершенных материалов, способных сохранять свою работоспособность при очень высоких температурах. Поэтому постоянно ведутся работы по увеличению показателей жаропрочности. Никель, точнее легирование этим элементом стали, способствует этому.Все жаростойкие стали легируются никелем (не менее 65 %). В обязательном порядке имеется и хром. Содержание этого элемента не должно быть менее 14 %. В противном случае поверхность металла будет интенсивно окисляться.Стали, дополнительно легируются алюминием, ванадием и другими тугоплавкими элементами. Алюминий, например, даже при комнатной температуре покрывается тонкой окисной пленкой, которая препятствует проникновению коррозии вглубь металла. То есть не образуется окалина.

fb.ru

Жаростойкие и жаропрочные стали | materiall.ru

Под жаростойкостью (окалиностойкость) понимают сопротивление металла окислению в газовой среде при температурах выше 550°С. Для этого сталь легируют Cr, Al, Si, которые создают на поверхности оксидные пленки Cr2O3, Al2O3, SiO2 и др. Это сильхромы, хромали, сильхромали. К ним относятся стали 40Х9С2, 40Х10С2М (сильхромы), 10Х13СЮ (сильхромаль). Аустенитные стали 12Х18Н10Т, 36Х18Н25С2 жаростойкие до 1100°С, ферритная сталь 08Х17Т применяется в теплообменниках до 900°С. Стали 12Х17Т,        15Х25Т,         12Х18Н10Т,  10Х23Н18ТБ,            12Х25Н16Г7АПА, ХН32Т, ХН45Ю, ХН78Т, 30Х24Н12С2Л, 15Х25Н19С2ЛА особо жаростойкие при вы- соких температурах и воспринимают термические удары при многократных закалках.
Жаропрочные стали работают при высоких температурах под нагрузкой в течение заданного промежутка времени. Жаропрочные стали перлитного класса (12Х1МФ, 12Х1М1Ф, 20Х1М1Ф1БРА и др.) применяются для изготовления деталей паровых турбин, котлов. V и Nb измельчают зерно, Cr придает жаростойкость и жаропрочность. Стали мартенситного и мартенситно-ферритного класса (15Х11МФ, 11Х11Н2В2МФА, 15Х12ВНМФА, 18Х12ВМБФБ и др.) используются при тем- пературах            550 —    600°С. К ним относятся так же хромансилы, сильхромы (10Х12Н8С2А, 40Х9С2, 40Х10С2М и др.). Аустенитные           стали  типа 08Х15Н24В4ТР,       09Х14Н19В2БР, 45Х14Н14В2МФ, 40Х15Н7Г7Ф2МС наиболее жаропрочны и жаростойки и упрочняются старением, интерметаллидным упрочнением из-за образования карбидов, интерметаллидов (NiTi, NiAl, Ni (Ti, Al), Ni Nb и др.). Их закаливают, подвергают старению, НТМО. Стали типа (10Х11Н20Т3П, 10Х11Н23Т3МП и др.) легируют Ti, Al, Mo, B, Nb для образования интерметаллидов, измельчения зерна, повышения жаропрочности. Они работают до температур 700°С – 750°С. Котельные стали используются для изготовления разного типа паровых котлов (12ХМФА, 12Х2МФСП, Х5ВФ, 15Х11МФ, Х12ВНМФ, Х12Б2МФ, 15Х12ВМФА и др.). Жаропрочные стали применяют для изготовления клапанов двигателей, лопаток газовых и паровых турбин, деталей реактивных двигателей, работающих до 700°С. Они жаростойки, жаропрочны, окалиностойки, пластичны, свариваемы, хорошо обрабатываются всеми видами давления. Для особоответственных деталей турбин, реактивных двигателей, ракет применяют сплавы на основе никеля, хрома, кобальта, алюминия, титана.

• Нихромы Х15Н60, Х20Н80
• Ферронихромы Х15Н60
• Нимоник Н77Х20 T2Юl1, ХН77ТЮ, ХН77ТЮР, ХН70БМТ10 Хромель 0Х23Ю5
• Фехраль Х13Ю4, 0Х27Ю5А

Тэги: жаропрочность, жаростойксоть, мартенсит, сталь

materiall.ru

Жаростойкая и жаропрочная сталь

• ОПИСАНИЕ
• ИЗОБРЕТЕНИЯ
• К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
• Союз Соаатсник
• Соцнапистичаснии
• Респубики
• {Щ 343597 (61) Дополнительное и авт. свнд-ву
• P1) М g 2
• С 22 С 39/26
• {22) Заявлено 040620 {21) 1448178/22-01 с присоединением заявки М
• ГВЦДабатааааи1 Iewa767

Источник: https://pellete.ru/stal/stal-zharostojkaya-i-zharoprochnaya.html

Жаропрочные стали

Состав, режимы термической обработки, свойства аустенитных сталей регламентированы ГОСТ 5632-72. Общим признаком для всех этих сталей является сохранение в условиях службы устойчивой аустенитной структуры. В зависимости от химического состава аустенитные стали по структурному признаку могут быть разделены на три группы: гомогенные, с карбидным и карбидно-интерметаллидным упрочнением.

К группе гомогенных аустенитных сталей относятся главным образом низкоуглеродистые хромоникелевые стали, дополнительно легированные более тугоплавкими элементами.

Гомогенные аустенитные стали используют преимущественно в энергомашиностроении для изготовления груб паронагревателей и паропроводов, арматуры установок сверхвысоких параметров; они рассчитаны на длительную (до 105 ч) эксплуатацию при температуре 650—700 °С.

Характерными для таких сталей являются высокие технологические свойства: способность к горячей пластической деформации, прошиваемость при изготовлении цельнотянутых труб, свариваемость и др.

Эго достигается повышением содержания никеля (отношение Ni/Cr> 1) при низком содержании углерода (0,06—0,012%) и повышенном отношении (Ti, Nb)/C (более 10), что исключает возможность образования при эксплуатации карбидных фаз типа Л/е,,С6, охрупчиваюших стати. Дополнительное легирование сплавов вольфрамом (до 2—3%) и молибденом (до 2,5%) способствует повышению жаропрочности.

Базовым для гомогенных аустенитных статей является состав стали 10Х18Н9Т, механические свойства которой представлены в табл. 9.19.

Таблица 9.19. Механические свойства стали 10Х18Н9Т при высоких температурах

/,*С	ав, МПа	6	Ф	КС и. МДж/м2	/,°С	ов, МПа	6	Ф	КСи. МДж/м2
%	%
20	54	63	71	1,25	900	91	36	70	2,36
650	320	16,9	33,2	1,96	1000	55	43	71	2,06
800	185	23,7	51,5	2,59	1100	38	37	70	1,51

Дополнительное легирование молибденом увеличивает жаропрочные свойства стали (табл. 9.20). Бор и редкоземельные элементы положительно влияют на жаропрочные и технологические свойства этих сталей (табл. 9.21).

Таблица 9.20. Пределы длительной прочности стали 08Х18Н12МЗТ, МПа

г, “С	Время, ч
1	10	100	300	500	1000	10 000	100 000
650	350	270	220	196	189	182	140	112
700	270	210	164	155	140	126	84	62
760	210	145	ПО	83	84	73	49	30
815	145	105	77	66	61	49	23	11
870	120	77	52	42	39	30	—	—
980	58	35	19	13	10	8,4	—	—

Таблица 9.21. Пределы длительной прочности гомогенных жаропрочных сталей

Марка стали	/зак	Л|СП	о ю 000
“с	МПа
10Х18Н12Т	1100-1200	600	_	—	по
650	—	—	70
700	—	—	45
08Х15Н24В4ТР	ИЗО	700	260	180	120
750	170	ПО	80

Термическая обработка аустенитных гомогенных сталей состоит из закалки (аустенизации) при высоких температурах (1050—1200 °С) или аустенизации и стабилизирующего отпуска (700—750 °С) с целью получения более однородного у-твердого раствора, заданной величины зерна (3—6 баллов) и стабильной структуры, а также снятия напряжений, которые могут возникнуть в процессе изготовления деталей. Положительным качеством гомогенных аустенитных сталей наряду с технологичностью является их высокая жаростойкость.

Стали с карбидным упрочнением предназначены для работы при температуре 650-750 °С и высоких напряжениях. Их используют для изготовления ответственных деталей энергомашиностроения, таких как диски и лопатки турбин, крепежные детали и т.п.

Основу сталей с карбидным упрочнением составляет хромоникелевый аустенит, содержащий 0,25—0,5% С. В ряде сплавов дефицитный никель частично заменяют менее дефицитным марганцем, присутствие которого наряду с никелем способствует повышению жаропрочности сталей.

Карбидообразующие элементы (V, N6, XV, Мо) связывают часть углерода в специальные карбиды, что приводит к заметному повышению жаропрочности.

Структура и механические свойства сталей в значительной степени зависят от термической обработки, условий старения. При низкотемпературном старении (500-600 °С) твердение сталей протекает крайне медленно, но с образованием большого количества карбидной фазы высокой дисперсности.

При длительных выдержках старения существенно снижаются характеристики пластичности сталей.

С целью получения наиболее выгодных свойств для этих сталей используют старение при температурах на 100—150 °С выше рабочей температуры или двойное старение (низкотемпературное и высокотемпературное).

В целях предотвращения коробления и растрескивания изделий при термической обработке не следует допускать вылеживания сталей между операциями двойного старения.

Из аустенитных сталей с карбидным упрочнением наиболее простой является сталь 40Х14Н14В2М. Основное ее назначение — выхлопные клапаны авиационных и автомобильных двигателей, крепежные детали.

Сталь 31Х19Н9МВБГ при более низком содержании никеля дополнительно легирована вольфрамом, титаном, ниобием и, кроме того, содержит марганец. С целью повышения пластичности сталь переплавляют методом электрошлако- вого переплава.

Еще более низкое содержание никеля имеют стали 40Х15М7Г7Ф2М и 37Х12Н8Г8МФБ, которые могут быть использованы до температуры 800 °С.

Длительная прочность и сопротивление усталости сталей в значительной степени зависят от однородности и размера зерна. В этой связи не рекомендуется перегревать стали выше температуры 1160 °С и заканчивать деформацию ниже температуры 1000 °С с тем, чтобы при нагреве под закалку получить равномерную мелкозернистую структуру.

Широко применяются стали с невысоким содержанием никеля (7—8%). К числу последних относится сталь 40Х15Н7ГФ2МС. Однако вследствие ограниченной жаростойкости при температурах выше 750 °С ее целесообразно алитировать.

Сталь 37Х12Н8Г8МФБ легирована значительным количеством карбидообразующих элементов при ограниченном содержании никеля. Ее применяют для изготовления крупных деталей — турбинных дисков, бандажных колец и пр.

Оптимальным вариантом термической обработки является закалка и двойное старение.

Аустенитные стали и сплавы с карбидно-интерметаллидным упрочнением имеют ограниченное содержание углерода; большинство из них — свариваемые стали. Вследствие ограничения по углероду для получения устойчивого у-твердого раствора стали и сплавы должны содержать значительное количество никеля, сбалансированное с содержанием элементов, стабилизирующих структуру феррита.

Стали 08Х16Н13М2Б, 09Х14Н16Б упрочнены вследствие легирования твердого раствора, наличия после закалки карбонигрида ниобия и дополнительных карбидов ниобия, выделяющихся при старении. Для них характерно отношение Сг/Ы1 < 1. Стали 09Х14Н19В2БР, 09Х14Н19В2БР1 имеют в своем составе значительное количество вольфрама.

Основными упрочняющими фазами являются карбонитрид N6 (С, N1) и фаза Лавеса Ее,У. Повышение содержания бора приводит к некоторому изменению характеристики фазового состава. Бор влияет на растворенный вольфрам.

Если в стали 09Х14Н19В2БР количество фазы Лавеса не превышает 2%, то в стали 09Х14Н19В2БР1 она выделяется в количестве 5%, причем весьма медленно.

Простейшим жаропрочным сплавом на основе железа является сплав ХН32Т, применяемый для длительной службы при температуре 850 °С.

Ограниченное содержание углерода приводит к тому, что при такой службе в сплаве образуется небольшое количество карбидов хрома, которое не охрупчивает сплав.

Именно поэтому при длительном старении (10 000 ч и выше) при температуре 700—800 °С ударная вязкость сплава не опускается ниже 1 МДж/м.

Из дисперсионно-упрочненных сплавов самым жаропрочным является сплав ХН35ВТЮ. Его подвергают двойной закалке. Цель первого нагрева — вырастить зерно определенного размера и перевести у'-фазу в твердый раствор.

Закалку сплава проводят путем охлаждения на воздухе; при этом часть у'-фазы выделяется.

При нагреве под вторую закалку небольшая часть '/'-фазы остается нераствореимой; кроме того, в твердый раствор не переходят и карбиды хрома.

При температуре 1050 °С вторая фаза укрупняется. При охлаждении на воздухе при повторной закалке и последующем старении у'-фаза выделяется в виде дисперсных включений размером 20,0-50,0 нм.

В результате упрочнений сплав наряду с мелкими включениями имеет определенный объем укрупненных выделений. Такая структура позволяет получить высокую прочность и необходимый запас пластичности.

Если двойную закалку не делать, то прочность и жаропрочность будут несколько выше, чем при двойной закалке, по тогда сплав не будет иметь запаса пластичности и проявит высокую чувствительность к надрезу.

Если температура эксплуатации сплава не максимальна (750 °С), а снижена до 600— 650 °С, то необходимый уровень пластичности может быть получен в результате измельчения зерна. В данном случае штампованную деталь с мелким зерном подвергают старению при температуре 750 °С в течение 16 ч.

Такая обработка заметно повышает пластичность и прочность сплава при умеренных температурах (550—650 °С).

Однако, когда от сплава требуется жаропрочность и пластичность при длительной службе при более высоких (вплоть до 750 °С) температурах, оптимальное сочетание свойств обеспечивают двойная закалка и старение.

Источник: https://ozlib.com/863347/tehnika/zharoprochnye_stali

Жаростойкие и жаропрочные стали и сплавы

• Высокомарганцовистая износостойкая сталь Г13Л
• Автоматные стали.
• Автоматные стали отличаются от обыкновенных углеродистых конструкционных сталей повышенным содержанием серы и фосфора.
• Химический состав (%) некоторых автоматных сталей
• (ГОСТ 1414-54)

Марка стали	Элементы
C	Mn	Si	S	P
А12	0,08-0,16	0,60-0,90	0,15-0,35	0,08-0,20	0,08-0,15
А20	0,15-0,25	0,60-0,90	0,15-0,35	0,08-0,15	≤0,06
А30	0,25-0,35	0,70-1,00	0,15-0,35	0,08-0,15	≤0,06
А40Г	0,35-0,45	1,20-1,55	0,15-0,35	0,18-0,30	≤0,06

Характерной особенностью автоматных сталей является хорошая обрабатываемость резанием на металлорежущих станках. Это объясняется повышенным содержанием серы, которая образует большое количество включений сернистого марганца МnS, нарушающих сплошность металла, а также тем, что фосфор, растворяясь в феррите, сильно снижает его вязкость. При механической обработке автоматных сталей образуется короткая, ломкая стружка,

что особенно важно при работе на быстроходных станках-автоматах. Поверхность обработанных деталей получается чистой и ровной. Стойкость режещего инструмента при обработке автоматных сталей повышается, а скорость резания допускается больше, чем при обработке обыкновенных углеродистых сталей.

Недостаток автоматных сталей — пониженная пластичность, особенно в поперечном направлении. Это связано с тем, что большое количество сернистых включений образует полосчатую структуру. Поэтому автоматные стали применяют для изготовления малоответственных деталей, от которых не требуется высоких механических свойств (крепежные детали, пальцы, втулки и т.п.).

Обрабатываемость улучшают также присадкой к стали небольшого количества свинца.

Эта сталь, содержащая 1-1,4% С и 11–14 % Мn и относящаяся к аустенитному классу, имеет высокое сопротивление износу.

Характерным для нее является то, что высокая износостойкость сочетается с высокой прочностью и низкой твердостью [σ~1000 МН /м2(100 кгс/мм2), НВ~210] в противоположность закаленным инструментальным сталям, в которых сопротивление износу обусловлено высокой твердостью.

Высокая износостойкость стали Г13Л объясняется упрочнением (наклепом) аустенита при пластической деформации в процессе работы, в результате которого он в поверхностном слое превращается в мартенсит. По мере износа этого слоя, мартенсит образуется в следующем слое и т.д.

При повышенных давлений, например при абразивном износе, эта сталь не имеет достаточно высокой износостойкости. Сталь Г13Л применяют для трамвайных стрелок, щек камнедробилок, козырьков ковшей, черпаков и т.п.

К жаростойким (окалиностойким) относят стали и сплавы, обладающие стойкостью против химического разрушения поверхности в газовых средах при температурах выше 550ºС и работающие в ненагруженном или слабонагруженном состоянии.

При высокой температуре в условиях эксплуатации в среде нагретого воздуха, в продуктах сгорания топлива происходит окисление стали (газовая коррозия). На поверхности стали образуется сначала тонкая пленка окислов, которая с течением времени увеличивается и образуется окалина.

Способность стали сопротивляться окислению при высокой температуре называется жаростойкостью (окалиностойкость).

Жаростойкость принято характеризовать температурой начала интенсивного окалинообразования в воздушной среде.

На интенсивность окисления влияет состав и строение окисной пленки. Если она пористая, окисление происходит интенсивно. Если плотная–окисление замедляется или даже совершенно прекращается.

Для получения плотной (защитной) окисной пленки сталь легируют хромом, также кремнием или алюминием. Степень жаростойкости зависит от количества находящегося в стали легирующего элемента.

Так, например, сталь 15х5 с содержанием 4,5-6,0% хрома жаростойка до температуры 700ºС, сталь 12х17 (17% Сr )—до 900ºС, сталь 15х28 (28% Сr)–до 1100-1150ºС (стали 12х17 и 15х28 являются также и нержавеющими).

Еще более высокой жаростойкостью (1200ºС) обладают сплавы на никелевой основе с хромом и алюминием, например, сплав ХН7ОЮ (26-29 % хроиа;2,8-3,5% алюминия).

Структура стали на жаростойкость не влияет.

К жаропрочным относят стали и сплавы, способные работать в нагруженном состоянии при высоких температурах в течение определенного времени и обладающие при этом достаточной жаростойкостью.

В отличие от прочности при нормальной (комнатной) температуре, прочность при высоких температурах, т.е. сопротивлении механическим нагрузкам при высоких температурах, называют жаропрочностью.

Характерным является не только уменьшение прочности стали при высоких температурах, но и влияние на прочность стали при высоких температурах длительности действия приложенной нагрузки.

В последнем случае под действием постоянной нагрузки сталь «ползет», поэтому данное явление названо ползучестью. Итак, ползучесть–это деформация, непрерывно увеличивающаяся и завершающаяся разрушением под действием постоянной нагрузки при длительном воздействии температуры.

Для углеродистых и легированних конструкционных сталей ползучесть наблюдается при температурах выше 350ºС.

Ползучесть характеризуется пределом ползучести. Предел ползучести–это напряжение, вызывающее деформацию заданной величины (обачно от 0,1 до 1%) за определенный промежуток времени (100, 300, 500, 1000ч.) при заданной температуре.

Предел ползучести обозначает σ с тремя числовими индексами: двумя нижними и одним верхним. Первый нижний индекс означает заданное удлинение в процентах ,второй нижний индекс–заданное время испытания в часах, верхний індекс—температуру в Сº. Например σ0/600300—предел ползучести при допуске на деформацию 0,2% за 300 ч испытания при температуре 600º С.

Кроме того, жаропрочность характеризуют пределом длительной прочности σ- напряжением , вызывающим разрушение при данной температуре за данный интервал времени. Например, σ700100 –предел длительной прочности при сточасовом нагружении при 700ºС.

1. Факторами, способствующими жаропрочности, являются: высокая температура плавления основного металла; наличие в сплаве твердого раствора и мелкодисперсных частиц упрочняющей фазы; пластическая деформация, вызывающая наклеп; высокая температура рекристаллизации; рациональное легирование; термическая и термомеханическая обработка; введение в жаропрочные стали таких элементов, как бор, церий, ниобий, цирконий, в десятых, сотых и даже тысячных долях процента.
2. Жаропрочные стали и сплавы классифицируют по основному признаку – температуре эксплуатации. В таблице приведен химический состав некоторых жаропрочные сталей и сплавов
3. Для работы при температурах до 350-400ºС применяют обычные конструкционные стали (углеродистые и малолегированные )

Для работы при температуре 400-550ºС применяют стали перлитного класса 15ХМ1МФ. Для этих сталей основной характеристикой является предел ползучести, так они предназначены главным образом для изготовления деталей котлов и турбин (например, трубы паропроводов и пароперегревателей), нагруженных сравнительно мало, но работающих длительное время (до 100000ч).

• Детали из сталей перлитного класса подвергают нормализации с температуры 950-1050ºС и от пуску при 650-750ºС с получением структуры сорбита с пластической формой карбидов.
• Эти стали содержат мало хрома и потому обладают невысокой жаростойкостью (до 550-600ºС).
• Для работы при температуре 500-600ºС применяют стали мартенситного класса: высокохромистые, например 15Х11МФ для лопаток паровых турбин: хромокремнистые (называемые сильхромами), например 40Х9С2 для клапанов моторов: сложнолегированные, например 20Х12ВНМФ для дисков, роторов, валов.

Для получения оптимальной жаропрочности детали из этих сталей подвергают закалке в масле с температуры 100-150ºС и от пуску при 700-800ºС (в зависимости от стали). Сталь 40Х9С2 после закалки имеет структуру мартенсита и твердость НRС~60, а после отпуска–структуру сорбита, твердость НRC~30. Жаростойкость сталей мартенситного класса до температуры 750-850ºС.

Для работы при температуре 600-750оС применяют стали аустенитного класса, разделяемые на неупрочняемые (нестареющие) и упрочняемые (стареющие). Нестареющие стали—это, например, сталь 09Х14Н16Б, предназначаемоя для труб пароперегревателей и трубопроводов установок сверхвысокого давления и применяемая посте закалки с 1100-1150оС (охлаждение в воде или на воздухе).

Стареющие стали—это сложнолегированные стали, например 45Х4Н14В2М, применяемая для клапанов моторов, деталей трубопроводов, сталь 40Х15Н7Г7Ф2МС—для лопаток газовых турбин.

Химический состав (%) некоторых

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Источник: https://studopedia.ru/3_181506_zharostoykie-i-zharoprochnie-stali-i-splavi.html