Корзина
149 отзывов
+78005001753
+73432885342
НПК "Специальная металлургия"

Особенности жаропрочных и жаростойких сталей и их применение

Разнообразие жаропрочных и жаростойких сталей очень велико, равно как их применение. В этой статье мы попробуем осветить некоторые особенности таких сталей и их назначение.

08.03.16

Прежде чем говорить о свойствах жаропрочных сталей, дадим определения терминам «жаростойкость» и «жаропрочность».

Жаростойкость (окалиностойкость) – это устойчивость металлов и их сплавов к газовой коррозии в условиях повышенной температуры.

Жаропрочность – это устойчивость металлов и их сплавов к пластической деформации при механических нагрузках в условиях повышенной температуры.

Жаростойкие сплавы применяются при изготовлении ненагруженных конструкций, таких как элементы нагревательных печей, эксплуатируемых в условиях газовой окислительной среды при температуре порядка +550 ºC. При температуре свыше +550 ºC сплавы на основе железа активно окисляются, что приводит к формированию оксида железа на поверхности. Таким образом появляется окалина хрупкого типа.

Жаростойкость стали увеличивают введением в состав сплава легирующих добавок ― кремния, хрома, алюминия. Эти элементы, в отличие от железа, под воздействием кислорода образуют соединения с плотными кристаллическими решетками.

Сплавы на основе никеля (сильхромы) обладают максимальной жаростойкостью. К ним относят такие марки стали, как:

Подводя итог, можно заметить, что жаростойкость стали зависит от количества хрома в сплаве – чем его больше, тем выше жаростойкость. Что касается температурных пределов, то необходимо отметить, что некоторые марки стали работают без ухудшения своих начальных свойств даже при температурах около +1150 °С.

Жаропрочные стали используются при производстве изделий, при условиях «ползучести» и при повышенных температурах. Ползучестью называют склонность металлов или их сплавов к медленной пластической деформации при постоянных температурах и нагрузке. Она может быть двух видов:

  • длительной;
  • кратковременной.

Жаростойкие и жаропрочные марки сталей классифицируют следующим образом.

По состоянию структуры:

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

При этом жаростойкие сплавы дополнительно подразделяют на:

  • аустенитно-ферритные или мартенситные;
  • ферритные.

Таблица 1. Некоторые марки мартенситных сталей и их применение.

Марки стали

Применение

3Х13Н7С2, 4Х9С2

Эксплуатируются при температурах 850–950 ºC, применяются при изготовлении клапанов автодвигателей

Х5М, 1Х12H2ВМФ, 1Х8ВФ, Х6СМ, Х5ВФ

Эксплуатируются при температурах от 500 до 600 ºC, применяются при изготовлении узлов и разнообразных деталей, работающих в течение 1000–10000 часов

Х5

Эксплуатируются при температурах не более 650 ºC, применяются при изготовлении труб.

1Х8ВФ

Эксплуатируются при температурах при температуре до 500 ºC, применяются при изготовлении компонентов паровых турбин, функционируют без потери свойств в течение 10000 часов и более

Мартенситные стали получают из перлитных путем добавления большего количества хрома, закалки при температурах 950–1100 ºC и последующем отпуске стали. К перлитным маркам стали относят такие жаростойкие и жаропрочные стали хромомолибденового и хромокремнистого состава, как:

  • Х13Н7С2;
  • Х7СМ;
  • Х9С2;
  • Х10С2М;
  • Х6СМ;
  • Х6С.

Жаростойкие ферритные стали проходят процедуру отжига и термообработки, после которых их структура становится мелкозернистой. В составе таких сталей содержится от 25 до 33 % хрома. Жаростойкие ферритные стали используются при изготовлении пиролизного оборудования и теплообменников.

К жаростойким ферритным сталям относят такие марки, как:

  • Х28;
  • Х18СЮ;
  • Х17;
  • Х25Т;
  • 0Х17Т;
  • 1Х12СЮ.

Мартенситно-ферритные стали в качестве легирующих добавок содержат молибден, вольфрам, ванадий. Содержание хрома в составе мартенситно-ферритных сталей, значительно меньше, чем в ферритных – от 10 до 14 %. Мартенситно-ферритные стали используются при производстве машиностроительных деталей, длительное время эксплуатируемых при температуре около 600 ºC. К мартенситно-ферритным сталям относятся такие марки, как:

  • 1Х13;
  • 1Х12В2МФ;
  • 1Х12ВНМФ;
  • Х6СЮ;
  • 2Х12ВМБФР;
  • 1Х11МФ.

Жаростойкие аустенитные стали наиболее востребованы в промышленности. Содержание углерода в таких сталях очень незначительно. Структура жаростойких аустенитных сталей обеспечивается наличием никеля в химическом составе, а жаростойкость – наличием хрома. Кроме того, в состав этих сталей в качестве легирующих добавок входят такие химические элементы, как ниобий, титан. Жаростойкие аустенитные стали устойчивы к появлению окалины при температурах до 1000 ºC и обладают антикоррозионными свойствами.

На настоящий момент в промышленности для изготовления клапанов двигателей транспортных средств и деталей турбин чаще всего используются аустенитные стали, относящиеся к категории дисперсионно-твердеющих сплавов:

  • 0Х14Н28В3Т3ЮР;
  • Х12Н20Т3Р;
  • 4Х12Н8Г8МФБ;
  • 4Х14Н14В2М.

Для изготовления труб и трубопроводной арматуры, эксплуатируемых в условиях больших нагрузок, элементов выхлопных систем, агрегатов сверхвысокого давления применяют гомогенные аустенитные сплавы:

Аустенитно-ферритные стали обладают уникальной стабильностью строения, в связи с чем их жаропрочность значительно больше, чем у обычных высокохромистых сплавов. При этом хрупкость у таких сплавов повышена. Аустенитно-ферритные стали используют при изготовлении ненагруженных деталей, эксплуатируемых при температуре около 1150 ºC. Например, марка Х23Н13 применяется при изготовлении пирометрических трубок, а марки Х20Н14С2 и 0Х20Н14С2 – при изготовлении печных конвейеров, труб, емкостей для цементации.

При необходимости изготовить детали, которые будут выдерживать температуры от 1000 до 2000 ºC, применяют тугоплавкие металлы и их сплавы (см. Таблицу 2).

Таблица 2. Температура плавления некоторых тугоплавких металлов.

Металл

Температура плавления, ºC

Вольфрам

3410

Тантал

≈3000

Ниобий

2415

Ванадий

1900

Цирконий

1855

Рений

3180

Молибден

≈2600

Гафний

≈2000

Переход тугоплавких металлов в хрупкое состояние происходит при очень высоких значения температур, поэтому при нагреве такие металлы пластически деформируются. Когда температура достигает точки рекристаллизации, тугоплавкие металлы начинают формировать волокнистую структуру и наклеп. Свойство жаропрочности сплавов из таких металлов достигается внесением специальных добавок. Легирующие добавки в виде молибдена, тантала, титана и других элементов использую и для того, чтобы защитить сплавы от окисления при температурах свыше 1000 ºC.

Наиболее часто используемые тугоплавкие сплавы имеют такие химические составы в процентном соотношении:

  • 30 % рения + вольфрам;
  • 40 % ниобия + 60 % ванадия;
  • 48 % железа + 1 % циркония + 5 % молибдена + 15 % ниобия;
  • 10 % вольфрама + тантал.

Стали на основе никеля и стали системы «железо-никель» содержат 55 % никеля и 65 % комплекса «железо-никель», при этом в своем составе они содержат от 14 до 23 % хрома.

Стали на основе никеля имеют одни из самых высоких показателей стойкости и прочности при повышенных температурах, что обусловлено формированием на поверхности сплава оксидной алюминиевой и хромовой пленки, а также соединений алюминия и никеля, титана и никеля. Среди жаропрочных сталей это:

А среди жаростойких:

Стали на основе никеля и стали системы «железо-никель» широко используются в промышленности.

Таблица 3. Некоторые марки стали на основе никеля и системы «железо-никель» и их применение.

Марка стали

Применение

ХН35ВМТЮ

Применяются при изготовлении элементов газовых конструкций

ХН35ВТР

Применяются при изготовлении элементов турбин

ХН35ВТЮ

Применяются при изготовлении дисков и лопаток компрессоров

ХН35ВТ, ХН35ВМТ

Применяются при изготовлении роторов турбин

Жаропрочные и жаростойкие стали поставляются в виде различного проката: сортового (круг, квадрат, шестигранник, полоса, арматура), фасонного (балка, швеллер, уголок), листового, трубного. Эти и многие другие изделия черного, нержавеющего и цветного металлопроката, а также редкие металлы и металлургическое сырье Вы можете купить в нашей компании.

НПК «Специальная металлургия» объединяет десятки производителей металлопроката. У нас Вы всегда найдете широкий ассортимент и конкурентные цены. По вопросам приобретения обращайтесь по телефону +7 (800) 500-17-53 или отправляйте заявки по электронному адресу info@specstali.ru.

Предыдущие новости