Жаропрочные и жаростойкие виды стали: марки, состав

Основные сведения

Жаропрочные металлические материалы отечественного производства выпускаются в соответствии с техническими требованиями ГОСТ 5632-2014. Их состав характеризуется следующими особенностями:

1. Более высоким процентным содержанием углерода.
2. Обязательным наличием тугоплавких металлов – молибдена, вольфрама, церия, титана. Имеется также никель, предохраняющий поверхность от высокотемпературного окисления.
3. Присутствием в связанных формах таких неметаллов как кремний и азот.
4. Достаточно высоким процентным содержанием алюминия, который необходим для успешного раскисления.

Гораздо реже в химический состав жаропрочных сплавов (главным образом, специального назначения) включают медь, кобальт и бор. Продукция от зарубежного производителя должна отвечать нормам 1.4541 DIN.

При выполнении описанных условий материалы сохраняют свою стойкость (в том числе, коррозионную) и прочность при повышенных температурах. Очень важны критерии усталостной прочности/сопротивления ползучести при высоких температурах. В отличие от обычных конструкционных материалов, повышенное внимание уделяется напряжениям, возникающим из-за высоких температур эксплуатации.

В зарубежной производственной практике эти условия объединяются общим понятием затрат на жизненный цикл (LCC).

При определении уровня эксплуатационных характеристик полученных после выплавки, учитываются также:

• Устойчивость к образованию накипи за счет создания оксидного слоя;
• Снижение хрупкости, усложняющей последующую механическую обработку;
• Независимость характеристик от условий нагрева.
• Способ нагрева поверхности детали, которая изготовлена из жаропрочной стали, не устанавливается.

Достоинства нержавеющих сталей

С развитием экономического и научно-технического прогресса растут требования к качеству материалов, используемых в областях народного хозяйства.

Преимущества легированных металлов:

• Высокий уровень антикоррозионных свойств.
• Соответствие нормам, предусмотренным правилами пожарной безопасности.
• Надежность, долгий срок службы без изменения технических характеристик.
• Идеально сочетание с любыми строительными материалами.
• Многообразие поверхностей: шлифованная, полированная, матовая, декоративная.
• Широкий выбор металлопрокатной продукции.
• Простота в обработке, формовании, сборке деталей, выполненных из данного вида стали.
• Большой ассортимент марок, обладающих уникальными свойствами.
• Экологическая безопасность, гигиена.

Химический состав

ГОСТ 5632-2014 включает марки не только жаропрочных сплавов и сталей, но и жаростойких. Различие между ними заключается в том, что во втором случае преобладающее значение имеет устойчивость против высокотемпературного окисления, в то время, как первые должны дополнительно обладать повышенной механической прочностью.

Ограничения химического состава, независимо от способа их получения, включают:

1. Углерод, % — от 0,02 до 1,2.
2. Марганец, % – от 0,5 до 10.
3. Кремний, % — от 0,15 до 2,0.
4. Хром, % — от 10 до 30.
5. Никель, % — от 0,5 до 30.

Остальные химические элементы добавляются несистемно, в зависимости от предназначения продукции. Состав тех или иных химических элементов определяет структуру стали и уровень эксплуатационных показателей.

От постоянных составляющих следует отличать металлургические примеси, уровень которых зависит от способа получения материала. Таким образом устанавливается фактический процент вольфрама, меди, алюминия, титана, циркония, а из неметаллов – серы, азота и фосфора.

Некоторые марки выплавляются отдельными металлургическими предприятиями по собственным ТУ, поэтому имеют индивидуальную маркировку и химический состав. Так, жаропрочные сплавы с начальной буквой Д в названии, относятся к продукции, которая производится (Украина), если начальная буква Э – то предприятием «Электросталь» (Россия) и т.д. Тот же принцип соблюдается и для продукции, находящейся на стадии экспериментальной отработки.

Марки жаропрочной стали мартенситного типа

Самые популярные марки:

• X5. Предназначается для труб, используемых при температурном режиме 650 градусов. На большую температуру данная марка не рассчитана.
• 1Х8ВФ. Применяется для изготовления деталей паровых турбин. Выдерживает температуру 500 градусов. При этом срок их эксплуатации равен 10 000 часам.
• Несколько марок объединены в одну группу, так как имеют схожие характеристики: Х5М, Х5ВФ, 1 Х8ВФ, Х6СМ, 1 Х12Н2ВМФ. Предназначаются для элементов, изготовленных для эксплуатации при температурном режиме от 500 до 600 градусов. Срок службы деталей варьируется от 1000 часов до 10 000 часов.
• Ещё две марки объединены по общим показателям: 3Х13Н7С2, 4Х9С2. Из них изготавливаются клапаны транспортных двигателей. Способны выдержать температуру от 850 до 950 градусов.

Нержавеющая сталь относится к прочным материалам, устойчивым к коррозии и высоким температурам Источник 90zavod.ru
Мартенситные стали имеют в составе перлит. При повышении уровня хрома в сплаве он меняет свое состояние. Марки стали, содержащей перлит и хром:

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

Принцип производства мартенситных сталей заключается в соединении составных элементов и дальнейшей их закалки при температуре 1000 градусов. Для повышения уровня жаропрочности происходит отпуск сплава при температурном режиме 8100 градусов. Именно эта процедура позволяет стали выдерживать длительное нагревание.

Структура и свойства

Жаропрочные стали используются в самых разных условиях эксплуатации, которые включают нагревание и коррозию при статических и динамических нагрузках. Материалу, используемому при повышенных температурах, необходимы три важных свойства:

1. Устойчивость к окислению и образованию накипи.
2. Сохранение прочности при рабочей температуре.
3. Структурная стабильность в отношении выделения карбидов, сфероидизации, образования так называемых сигма-фаз и отпускного охрупчивания

В конкретных приложениях важными оказываются и другие свойства. Например, при изготовлении печей особое внимание уделяется показателям удельного сопротивления и значениям коэффициента температурного расширения, термической диффузии газов. В сталях, которые используются для производства деталей газовых турбин, необходимо учитывать также такие дополнительные характеристики, как;

• Внутренняя демпфирующая способность;
• Усталостная прочность;
• Чувствительность к надрезам;
• Ударная вязкость (горячая и холодная);
• Способность к сварке.

Обычно окалина, образующаяся на железе, пористая и неплотно прилегает к основной поверхности, но она становится более плотной, когда при выплавке добавляется хром, кремний и алюминий – эти химические элементы характеризуются повышенным сродством к соединению с кислородом, причём прохождение данных реакций быстро подавляется образованием инертных оксидных плёнок.

Поставщик

Вас интересует обработка и производство жаропрочной стали и сплавов? Обработка и производство жаропрочной стали и сплавов от поставщика «Ауремо» соответствует ГОСТ и международным стандартам качества, цена — оптимальная. Поставщик «Ауремо» предлагает купить жаропрочную сталь и сплавы на выгодных условиях. Оптовым заказчикам цена — льготная. Большой выбор на складе. Всегда в наличии жаропрочная сталь и сплавы, цена — оптимальная от поставщика. Ждем ваших заказов.

Купить, выгодная цена

Поставщик «Ауремо» предлагает на выгодных условиях купить жаропрочную сталь и сплавы, цена — обусловлена технологическими особенностями производства без включения дополнительных затрат. На сайте компании отображена самая оперативная информация. Под заказ можно купить продукцию нестандартных параметров. Цена заказа зависит от объема и дополнительных условий поставки. Поставщик «Ауремо» приглашает купить жаропрочную сталь и сплавы оптом или в рассрочку. У нас наилучшее соотношение цены и качества на весь ряд продукции. В данном сегменте — выгодный поставщик.

За счет чего достигается жаропрочность?

Стойкость низкоуглеродистых жаропрочных сталей к высокотемпературному окислению значительно повышается, если на поверхности формируется поверхностная плёнка, состоящая из сплава алюминия и железа. Для этого материал нагревают до 1000°C в контакте с порошкообразным алюминием (способ калорирования) или напыляют алюминий на стальную поверхность (способ алюминирования).

Сопротивление высокотемпературной ползучести может быть достигнуто двумя способами:

• Повышением температуры размягчения раствором легирующих элементов;
• Использованием режима дисперсионного твердения.

Процесс дисперсионного твердения протекает в две фазы, причём вторая фаза твердения критически зависит от степени и однородности достигнутой дисперсии, а скорость ползучести связана с критическим диапазоном расстояния между частицами. При дисперсионном твердении крайне важно обеспечить контролируемую степень деформационного упрочнения в соответствующих диапазонах температур.

Особенно эффективным считается способ вакуумной плавки, при котором:

• Раскислители и частицы на границе кристаллов оказывают более заметное влияние на свойства ползучести;
• Возможно использовать такие сочетания элементов, которые невозможно плавить обычными методами;
• Улучшается пластичность слитка в поперечном направлении.

Роль различных элементов-добавок к жаропрочным сталям или сплавам:

• Кобальт, вольфрам и молибден обеспечивают стабилизацию процесса отпуска;
• Наличие кремния и хрома повышает точку Ac;
• При увеличении процента никеля высокотемпературная стойкость падает, особенно, если деталь контактирует с газами, содержащими диоксид серы или другие её соединения.
• В высокохромистых сталях карбиды сливаются в крупные частицы, которые в меньшей степени препятствуют росту зёрен феррита при температурах выше 700° C. Чрезмерный рост зерна еще больше снижает ударную вязкость.

Указанные особенности определяют последовательность переходов выплавки рассматриваемых сталей.

Пищевая нержавеющая сталь

Данный вид металлопроката относится к шлифованным и отличается от остальных сортов особым способом обработки его поверхности. Финишный слой материала пищевого назначения шлифуется до появления блеска. Данный вид нержавейки экологически безопасен, не вступает в реакцию с кислотами, щелочами, моющими средствами.

Популярные марки и их применение:

• 08Х18Н10 – широко используется для выпуска пищевого оборудования.
• 08Х13 – металл, подходящий для изготовления кухонной посуды, столовых принадлежностей.
• 20Х13, 40Х13 – идеальный материал для производства моек и емкостей, в которых проводят тепловую и гигиеническую обработку продуктов. Его используют для выпуска оборудования, предназначенного для производства вина, спирта, продуктов питания.
• 08Х17 – востребованный материал для посуды, подвергающейся воздействию высоких температур.

Оптимальное количество легирующих элементов, входящих в состав нержавейки, образует защитную пленку на поверхности металла. Использование данного вида стали необходимо для производства изделий, которые подвергаются долгому воздействию паров воды, нагреванию и кипячению жидких пищевых продуктов. Благодаря свойствам пищевой стали при приготовлении еды не происходит химического взаимодействия между продуктами и емкостью, в которой они находятся.

Классификация жаростойких металлов и сплавов

Может выполняться по степени насыщенности состава легирующими элементами. В соответствии с этим жаропрочные/жаростойкие стали могут быть низко-, средне- и высоколегированными. Однако более содержательной является классификация по микроструктуре, согласно которой различают стали следующих классов:

• Аустенитного;
• Аустенитно-ферритного;
• Мартенситного;
• Перлитного;
• Ферритного;
• Мартенситно-ферритного.

Некоторые особенности этих видов рассматриваются далее.

Аустенитный класс

Высоколегированные аустенитные стали представляют собой наиболее многочисленную группу, поскольку легче всего поддаются плавке. Содержат значительный процент хрома и никеля и не затвердевают при воздушном охлаждении. При температуре нагрева выше 1000°C характеризуются минимальным ростом зерна. Однако никаких производственных проблем не возникает, поскольку продукт остаётся прочными пластичными даже в крупнозернистом состоянии.

При нагревании в диапазоне 500…900°C аустенитные стали выделяют карбиды по границам аустенита, в результате (при постоянном наличии растягивающих напряжений в этом диапазоне температур) могут развиваться межкристаллические трещины. При определенных составах аустенитные стали могут становиться хрупкими из-за образования сигма-фазы. Хорошо поддаются сварке.

Аустенитно-ферритный класс

Такие стали часто называют дуплексными. Каждая из марок производится ​​на основе железа и легируется не менее 10,5% хрома, что придает металлу высокую коррозионную стойкость.

Любой дуплексный нержавеющий сплав представляет собой комбинацию аустенита и феррита, поэтому он характеризуется смешанными физико-механическими характеристиками этих двух марок. Степень легирования – средняя. На профильном рынке доля дуплексных сталей невелика, и не превышает 2…3 %.

Мартенситный класс

Главная особенность мартенситных марок – чрезвычайно высокая твёрдость и прочность при комнатных температурах. Марки с дисперсионным твердением обладают хорошей формуемостью при комнатной температуре и могут достигать (после термообработки) прочности 1800 МПа, при сохранении должной коррозионной стойкости.

Стали мартенситного класса применяются при изготовлении высоконагруженных узлов и деталей, однако их выплавка затруднена, поскольку после прокатки обязательно требуется отжиг.

В составе присутствует преимущественно хром, а прочие легирующие добавки – никель, хром, молибден или ванадий, имеются в весьма ограниченном количестве.

Перлитный класс

Стали перлитного класса характеризуются низкой степенью легирования, содержат хром, ванадий, вольфрам и молибден. Теплостойкость, в сравнении с прочими марками, минимальна, поэтому они применяются для производства продукции, максимальная температура применения которой — 500…5500С. Прочность при таких температурах отечественными стандартами не регламентируется.

Ферритный класс

Жаропрочные стали ферритного класса немагнитны. Удовлетворительно работают при эксплуатационных температурах до 850…9500С. При превышении этого диапазона механическая прочность заметно снижается.

Стали данного класса характеризуются повышенной обрабатываемостью, поскольку пластичны, и имеют высокую ударную вязкость, сохраняющуюся при повышенных температурах.

Основной легирующий элемент – хром, имеется также небольшое количество титана, никеля и алюминия.

Мартенситно-ферритный класс

Наряду с мартенситом содержат некоторое количество зёрен феррита. По показателям жаропрочности (до 6000С) занимают промежуточное положение между сталями мартенситного и ферритного классов. Из легирующих добавок в химическом составе отмечается до 10…13 % хрома, остальное – железо, ванадий, вольфрам, ниобий, молибден и никель.

Примечания

^ 12
Авиация. Энциклопедия. М.: Большая Российская энциклопедия, 1994, с. 201 Luft.-Forschung, Bd 18(1941), N 8, S. 275—279 Pomp A., Krisch A.: Zur Frage der Dauerstandfestigkeit warmfester Staehle bei 600, 700 und 800 °C. Mitteilungen der KWI fuer Eisenforschung (Abhandl. 400), 1940 Report on Visit to Germany and Austria to investigate Alloys for Use at High Temperature. BIOS Final Report N 396, London, 1946 ^
12
Giamei A. F., Pearson D. D., Anton D. L. Materials Research Society Symposium Proc. 1985, v. 39, pp. 293-307 , , П. Авиационное материаловедение. — в кн.: Развитие авиационной науки и техники в СССР. Историко-технические очерки. М.: Наука, 1980, с. 332—334 https://www. msm. cam. ac. uk/phase-trans/2003/nickel. html — www. msm. cam. ac. uk/phase-trans/2003/nickel. html ^
1234
Superalloys — www. msm. cam. ac. uk/phase-trans/2003/nickel. html

Сферы применения

Жаропрочный металл широко востребован для изготовления промышленного оборудования следующих отраслей:

1. Керамическая промышленность;
2. Стекольная промышленность;
3. Химическая и нефтехимическая промышленность;
4. Пищевая промышленность;
5. Котлостроение и энергетика;
6. Приборостроение;
7. Целлюлозно-бумажные производства.

Типовыми деталями являются печи для термообработки, мощные теплообменники, выхлопные системы автомобилей и т.п.

Полированная нержавеющая сталь

Данный вид нержавейки представляет собой материал с абсолютно гладкой поверхностью и высоким отражающим эффектом. Технологический процесс ее производства отличается от остальных видов нержавейки способом обработки поверхности. Она проводится на специальном оборудовании с использованием контрольно-измерительных приборов.

Этапы шлифовки листового проката.

1. Обработка абразивными материалами с помощью специальной ленты.
2. Шлифование мелкозернистыми шкурками или щетками.
3. Финишная отделка шлифовальными кругами до зеркального состояния.

Сферы применения полированного нержавеющего металлопроката:

• Трубы со шлифованной поверхностью используются для транспортировки нефти, газа, жидких пищевых продуктов и спирта.
• Полированный металлопрокат востребован у дизайнеров. Он позволяет создавать креативные архитектурные проекты.
• Материал широко используется для изготовления бытовой техники, медицинского оборудования и инструмента, приборов для пищевой промышленности.

Полированные легированные металлы применяют во всех областях народного хозяйства, где требуется абсолютно гладкий и прочный материал, отвечающий нормам экологической безопасности.

Особенности сваривания

Современные методы сварки позволяют получать прочные сварные швы, устойчивые к образованию горячих трещин на деталях из жаропрочных нержавеющих сталей. Однако сплавы этого типа склонны к разупрочнению и разрушению холодного шва. Для устранения недостатка производится общий или локальный нагрев материала с целью минимизации разницы температур на периферии и в точках сварки для снижения напряжения. После сварки осуществляется отпуск готовых изделий на протяжении нескольких часов при температуре до 2000 °С. В результате отпуска удаляется основная часть растворенного в структуре водорода, а остаточный аустенит преобразуется в мартенсит.

Содержимое:
Читайте также:  Детально о плотности (г/м2) листов обычной офисной бумаги A4, офсетной, газетной, для открыток
1. Какая марка стали лучше для банной печки
2. Оптимальная толщина металла для печи в баню
3. Какими электродами надо варить банную печь

Самодельные печи для бани, обходятся в среднем в 3-5 раз дешевле заводской продукции. Экономия станет еще больше, если сварочные работы выполняются самостоятельно. При изготовлении своими руками, потребуется определиться со следующим:

1. Из какого металла делать печь для бани.
2. Какая толщина металла будет оптимальной.
3. Электроды какого типа стоит использовать, чтобы обеспечить максимальную прочность сварного шва.

От ответа на все эти вопросы, зависит быстрота прогрева парной, срок и интенсивность эксплуатации самостоятельно изготовленной печи.