Андрей Смирнов
Время чтения: ~13 мин.
Просмотров: 1

Жаропрочные стали

Технология сварки

Выполняемая сварка жаропрочных сталей и сплавов чаще проходит с применением дуговой сварки, где применяются вольфрамовые электроды и среда защитных газов. Процесс сборки конструкций проходит как в аргоне, так и с использование гелия. Может выполняться не только ручная аргонодуговая сварка, но и более продуктивный способ, при использовании механизированной аргонодуговой сварки, где заранее приобретаются как плавящиеся, так и неплавящиеся электроды.

Для аустенитных сплавов и нержавейки, принято проводить и автоматическую сварку под флюсом. Стали из категории аустенитных (тип 18-8) свариваются достаточно прочно и без проблем. Занимаясь подготовкой к сварке деталей из этих материалов, рекомендуется провести технологические операции, что применимы при подготовительных операциях, когда планируется сварка легированных или углеродистых сплавов. Сложность этой разновидности крепежа обусловлена выраженной склонностью к накоплениям в околошовном секторе и в самом сварном шве, трещин, что могут сопровождаться микронадрывами. Дефект может возникнуть в сплавах, отличающихся крупной зернистостью макроструктур.

Сварные соединения аустенитных композиций выделяются спецификой кристаллизации и представляют ячеисто-дендритную структуру. Это может повлечь к формированию достаточно массивных кристаллов (столбчатый тип). В целях повышения уровня стойкости сварных швов, рекомендовано при помощи совершенных технологий, быстро устранять дефектные структуры на металлах и сплавах. Применяемые методики помогают:

  • Эффективно измельчать кристаллы.
  • Уменьшить в металле удельный вес фосфора и серы.
  • Устранять горячие трещины при снижении глубины проплавляемого металла.

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:

  • хром;
  • кремний;
  • алюминий.

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:

  • длительной;
  • кратковременной.

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

Related Posts via Categories

  • Бесшовные трубы ГОСТ 8734-75 – сортамент и все характеристики и особенности
  • Температура плавления и использования нержавеющей стали – что важнее?
  • Плотность нержавеющей стали – отечественные марки и стандарт AISI
  • Марки коррозионностойких сталей – Как улучшается прочность и свойства металла?
  • Легированные конструкционные стали – специальные сплавы для особых случаев
  • Состав нержавеющей стали – какие типы антикоррозийных сплавов существуют
  • Нержавеющая сталь – проведем классификацию без избытка цифр
  • Углеродистая сталь – свойства и сферы применения
  • Низколегированные стали – востребованные современной промышленностью сплавы
  • Термообработка нержавеющей стали – особенности сложного процесса!

Марки жаропрочных и жаростойких сталей

Стали, отличающиеся жаропрочностью и жаростойкостью, по состоянию внутренней структуры подразделяются на несколько категорий:

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

При этом стали, относящиеся к категории жаростойких, могут быть представлены еще двумя типами:

  • ферритные;
  • аустенитно-ферритные или мартенситные.

Основные свойства некоторых жароупорных сталей (нажмите для увеличения)

Если рассматривать стали с мартенситной внутренней структурой, то их наиболее известными марками являются:

  • Х5 (из такой жаропрочной стали производят трубы, которые предполагается эксплуатировать при температурах, не превышающих 650°);
  • Х5М, Х5ВФ, Х6СМ, 1Х8ВФ, 1Х12Н2ВМФ (используются для производства изделий, эксплуатируемых при 500–600° на протяжении определенного периода времени (1000–10000 часов));
  • 3Х13Н7С2 и 4Х9С2 (изделия из данных марок могут успешно эксплуатироваться при 850–950°, поэтому из таких сталей производят клапаны двигателей транспортных средств);
  • 1Х8ВФ (изделия из жаропрочной стали этой марки могут успешно эксплуатироваться при температурах, не превышающих 500°, на протяжении 10000 часов и даже дольше; из данного материала, в частности, производят конструктивные элементы паровых турбин).

Листовая жаропрочная сталь используется там, где требуется хорошая стойкость к высокой температуре и к агрессивной среде

Основой мартенситной структуры стали является перлит, который меняет свое состояние в том случае, если в составе материала увеличить количественное содержание хрома. Перлитными являются следующие марки жаропрочных и жаростойких сталей, относящихся к хромомолибденовым и хромокремнистым: Х6С, Х6СМ, Х7СМ, Х9С2, Х10С2М и Х13Н7С2. Чтобы получить из этих сталей материал с внутренней структурой сорбита, который отличается высокой твердостью (не менее 25 единиц по шкале HRC), их сначала закаливают при 950–1100°, а затем подвергают отпуску.

Стальные сплавы с ферритной внутренней структурой, относящиеся к категории жаростойких материалов, содержат в своем химическом составе от 25 до 33% хрома, который и определяет их характеристики. Чтобы придать таким сталям мелкозернистую структуру, изделия из них подвергают отжигу. К сталям данной категории относят марки 1Х12СЮ, Х17, 0Х17Т, Х18СЮ, Х25Т и Х28. Следует иметь в виду, что при нагревании этих сталей до 850° и выше, зерно в их внутренней структуре начинает укрупняться, что приводит к увеличению их хрупкости.

Жаропрочная нержавеющая сталь применяется при производстве тонколистового проката, бесшовных труб и различных агрегатов пищевой и химической промышленности

Стали, основу структуры которых составляют мартенсит и феррит, активно применяются для производства изделий различного назначения, используемых в машиностроительной отрасли. Изделия, для изготовления которых применяют такие жаропрочные сплавы, даже на протяжении достаточно длительного времени могут успешно эксплуатироваться при температуре, находящейся в пределах 600°. Наиболее распространенными марками данных жаропрочных сталей являются Х6СЮ, 1Х13, 1Х11МФ, 1Х12В2МФ, 1Х12ВНМФ, 2Х12ВМБФР. Такие жаропрочные сплавы отличаются тем, что хром в их химическом составе содержится в пределах 10–14%, а легирующими добавками, при помощи которых улучшают их химический состав, являются вольфрам, молибден и ванадий.

Это интересно: Горячая ковка — оборудование для горячей ковки своими руками

Характеристика химического состава

Жаропрочные свойства в первую очередь определяются температурой плавления основного компонента сплава, затем его легированием и режимами предшествующей термообработки, определяющими структурное состояние сплава. Основой жаропрочных сталей являются твёрдые растворы или перенасыщенные растворы, способные к дополнительному упрочнению вследствие дисперсионного твердения.

Для кратковременной службы применяются сплавы с высокодисперсным распределением второй фазы, а для длительной службы — структурно-стабильные сплавы. Для длительной службы выбирается сплав не склонный к дисперсионному твердению.

Самым распространённым легирующим элементом в жаропрочных сталях является хром (Cr), который благоприятно влияет на жаростойкость и жаропрочность.

Высоколегированные жаропрочные стали из-за различных систем легирования относятся к различным классам:

  • ферритные (08Х17Т, 1Х13Ю4, 05Х27Ю5),
  • мартенситные (20Х13, 30Х13),
  • мартенситно-ферритные (15Х12ВН14Ф),
  • аустенитные (37Х12Н8Г8МФБ).

Внутри каждого класса различаются стали с различным типом упрочнения:

карбидным,
интерметаллидным,
смешанным (карбидно-интерметаллидным).

Для котельных установок, работающих длительное время (10 000—100 000 часов) при температурах 500—580 °C, рекомендуются
стали перлитного класса, введение молибдена в которые повышает температуру рекристаллизации феррита и тем самым повышает его жаропрочность.

Однако бо́льшую часть жаропрочных сталей, работающих при повышенных температурах, составляют аустенитные стали на хромоникелевой и хромомарганцевой основах с различным дополнительным легированием. Эти стали подразделены на три группы:

  • гомогенные (однофазные) аустенитные стали, жаропрочность которых обеспечивается в основном легированностью твёрдого раствора;
  • стали с карбидным упрочнением;
  • стали с интерметаллидным упрочнением.

Классификация [ править | править код ]

Жаростойкие стали подразделяются на несколько групп:

  • хромистые стали ферритного класса;
  • хромокремнистые стали мартенситного класса;
  • хромоникелевые стали аустенитно-ферритного класса;
  • хромоникелевые аустенитные стали.

Хромистые стали ферритного класса

Могут применяться для изготовления сварных конструкций, не подвергающихся действию ударных нагрузок при температуре эксплуатации не ниже –20 °C; для изготовления труб для теплообменной аппаратуры, работающей в агрессивных средах; аппаратуры, деталей, чехлов термопар, электродов искровых зажигательных свечей, труб пиролизных установок, теплообменников; для спаев со стеклом. Жаростойкость — до 1100 °C. Пример: 15Х25Т, 15Х28.

Хромокремнистые стали мартенситного класса

Применяются для изготовления клапанов авиационных двигателей, автомобильных и тракторных дизельных двигателей, крепёжные детали двигателей. Пример: 40Х10С2М.

Хромоникелевые стали аустенитно-ферритного класса

Применяются для изготовления деталей, работающих при высоких температурах в слабонагруженном состоянии. Жаростойкость до 900—1000 °C. Пример: 20Х23Н13.

Хромоникелевые аустенитные стали

Применяются для изготовления листовых деталей, труб, арматуры (при пониженных нагрузках), а также деталей печей, работающих при температурах до 1000—1100 °C в воздушной и углеводородной атмосферах. Пример: 10Х23Н18, 20Х25Н20С2.

Заказав сейчас у нас жаропрочную сталь, Вы получаете:

  1. Для Москвы – бесплатную доставку в пределах МКАД и 3-его транспортного кольца при заказе на сумму свыше 250 тысяч рублей.
  2. Для Регионов – бесплатную доставку до любой Транспортной компании.
  3. Теперь оставить заказ можно круглосуточно +7 (495) 306-47-66, info@mpstar.ru
  4. Заезд для клиентов компании «МетПромСтар» на территорию складского комплекса – бесплатный.

Тугоплавкие металлы и сплавы

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

Элементы, которые используются и температура их плавления такова:

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

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

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

Характеристики нержавейки AISI по назначению.

Правильный выбор марки нержавеющей стали – залог того, что ваше оборудование или конструкция будут долговечны, надежны, соответствовать всем требованиям санитарных норм и стандартам, и, что немаловажно, иметь адекватную стоимость. Различные технологические процессы производства предъявляют особые требования к оборудованию, и выбор надлежащей марки нержавеющей стали (aisi или российского аналога) является главным критерием при проектировании

Различные технологические процессы производства предъявляют особые требования к оборудованию, и выбор надлежащей марки нержавеющей стали (aisi или российского аналога) является главным критерием при проектировании.

Назначение коррозионностойких марок стали AISI (по стандартам США)

Марка стали Назначение
AISI 200 Нержавейка этой серии применяется для изготовления металлического кухонного оборудования, посуды. Цена нержавейки этой серии невысока, так как в ее составе дорогой никель заменен на более дешевый марганец и азот.
Аустенитная нержавеющая сталь
AISI 304 Нержавеющая сталь широкого применения. Используется при сооружении конструкций и производства оборудования для пищевой промышленности, кухонной утвари и посуды. Сталь aisi 304 (полированные трубы aisi 304, листы, уголки) идеальна для создания декоративных элементов интерьера.
AISI 304L Распространенная марка стали aisi, применяемая в самых широких областях производства. Из нее делают элементы различных конструкций для текстильной промышленности, применяют в химической и пищевой промышленности.
AISI 321 Сталь, легированная титаном и никелем. Жаростойкая нержавеющая сталь, которая используется для изготовления бесшовных труб из нержавейки, элементов печной арматуры, нержавеющих дымоходных труб, теплообменников, патрубков и коллекторов выхлопных систем, электродов для искровых свечей зажигания и т.п. Используется в нефтеперерабатывающей, газовой отрасли, там, где необходима жаропрочная сталь.
Аустенитная сталь с молибденом
AISI 316 Из марки этой нержавеющей стали делают оборудование, контактирующее с органическими кислотами, которое используется в химической промышленности. Нержавейка aisi 316 хороша для различных трубопроводов, котлов и прочих узлов. Из-за высокой коррозионной стойкости часто применяется в пищевой промышленности, в контакте с кислотными и щелочными средами.
AISI 316L Аналог марки aisi 316, с пониженным содержанием углерода. Легко сваривается, и может использоваться при большом перепаде температур. Эта нержавеющая сталь идёт на изготовление конструкций и механизмов для целлюлозной и химической промышленности, различных типов трубопроводов, котлов.
AISI 316Ti Сталь нержавеющая с содержанием титана. Сталь этой марки прекрасно выдерживает высокие температуры. Из этой жаростойкой нержавейки выполняют особо прочные элементы оборудования для пищевой и химической промышленности, используют в авиатехнике и гидротехнике для изготовления лопастей турбин и т.п.
Жаропрочная нержавеющая сталь
AISI 310AISI 310s Жаропрочная нержавеющая сталь этих марок может использоваться при температуре до 1100°C. Сфера применения – изготовление оборудования, работающего при высоких температурах и давлениях, в агрессивных средах. Эти марки пригодны для монтажа конструкций производственных печей, дымоходов, паровых котлов, трубопроводов, для технологических узлов на нефтеперерабатывающих заводах.
Ферритная сталь
AISI 430 Легированная сталь этой марки отлично подходит для изготовления запорной трубопроводной арматуры, фитингов, режущих инструментов. Активно применяется в медицинском оборудовании, а также в декоративных элементах интерьеров.
AISI 430Ti Пластичная марка стали aisi, которая характеризуется высоким содержанием хрома и низким содержанием углерода. Из нее изготавливают различные сварные конструкции, емкости для бытовых и промышленных стиральных машин, нержавеющие ванны, резервуары. Нержавеющие листы aisi 430Ti используется для работы с агрессивными средами в химическом и пищевом производстве.

Посмотреть химический состав нержавеющей стали марок aisi и найти российские (ГОСТ) и европейские (EN) аналоги сталей aisi можно здесь, в статье об аналогах нержавеющей стали.

Характеристики физических свойств пищевой нержавейки (веса и плотности) можно посмотреть в статье о физических свойствах марок нержавеющей стали.

Сплавы на основе кобальта

Ещё в начале XX века компанией Хэйнс (англ. Haynes) были получены патенты на сплавы системы Co — Cr и Co — Cr — W. Эти сплавы, именуемые «стеллитами» использовались вначале для производства режущего инструмента. и износостойких деталей. В 1930-х годах был разработан литейный Co — Cr — Mo сплав для зубного протезирования
Vitallium. Аналогичный по составу сплав HS-21 начал использоваться десятилетие спустя в турбонагревателях и газовых турбинах. Тогда же начали использовать сплав системы Co — Ni — Cr для направляющих лопаток газотурбинных двигателей. В  г. был разработан литейный сплав Co — Ni — Cr — W (X-40) также применяемый при изготовлении лопаток. В 1950—1970 годы были разработаны новые никелевые жаропрочные сплавы, изготовленные путём вакуумной выплавки и упрочняемые за счёт выделения фазы γ{\displaystyle \gamma }’. Это привело к уменьшению использования сплавов на основе кобальта.

Особенности жаропрочных сплавов на кобальтовой основе

  • Температура плавления у сплавов на кобальтовой основе — более высокая. По этой причине повышены характеристики длительной прочности. Эти жаропрочные сплавы могут работать при более высоких температурах, по сравнению со сплавами на основе никеля и железа
  • Высокое содержание хрома повышает сопротивление горячей коррозии
  • Сплавы характеризуются повышенным сопротивлением термической усталости и имеют хорошую свариваемость.

Заключение

Развитие научно-технического прогресса и появление современных синтетических материалов не оказали влияние на востребованность нержавеющей стали. Залогом ее популярности являются уникальные свойства. Повышенная стойкость к коррозии и высоким температурным нагрузкам, надежность, сохранение технических характеристик в процессе длительной эксплуатации, соответствие нормам экологической безопасности.

  • Л. Н. Паль-Валь, Ю. А. Семеренко, П. П. Паль-Валь, Л. В. Скибина, Г. Н. Грикуров. Исследование акустических и резистивных свойств перспективных хромо-марганцевых аустенитных сталей в области температур 5—300 К
  • Скороходов В. Н., Одесский П. Д., Рудченко А. В. «Строительная сталь»
  • The Discovery of Stainless Steel(англ.). British Stainless Steel Association
  • Статья на Википедии

Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Степан Волков
Наш эксперт
Написано статей
141
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации