Различные марки жаропрочных и жаростойких сталей и сплавов признаются лучшим материалом для изготовления конструкций, функционирующих в особо сложных и агрессивных средах.
Окалиностойкость, иначе называемая жаростойкостью, представляет собой способность тех или иных сплавов либо металлов противостоять на протяжении длительного времени при повышенных температурах газовой коррозии. А под жаропрочностью понимают способность металлических материалов не поддаваться разрушению и пластической деформации при высоких температурных режимах работы.
Ненагруженные конструкции, которые применяются при температурах в районе +550 °С в газовой окислительной атмосфере, обычно изготавливаются из жаростойких металлов. К указанным изделиям часто относят элементы нагревательных печей.
Сплавы на базе железа при температурах выше указанных 550 градусов склонны к активному окислению, в результате коего на их поверхности формируется оксид феррума.
Это соединение характеризуется элементарной кристаллической решеткой с недостатком атомов кислорода, что приводит к появлению окалины хрупкого типа.
Увеличить жаростойкость стали удается тогда, когда в нее вводят такие элементы, как кремний, хром, алюминий.
Они способны создавать с кислородом совершенно другие решетки – с очень плотным и надежным строением. Уровень легированности композиции (количество требуемых добавок) подбирают с учетом температуры, при которой планируется применять изделие, изготовленные из него.
Максимальная жаростойкость присуща материалам на базе никеля (сильхромам). К таковым, в частности, относят следующие марки стали:
- 36Х18Н25С2;
- 15Х25Т;
- 08Х17Т;
- 15Х6СЮ.
Вообще, жаростойкость сталей будет тем выше, чем больше в них имеется хрома. Некоторые марки стальных композиций способны без ухудшения своих начальных свойств работать даже при температурах в районе 1150 °С.
Марки таких сталей идеальны для производства изделий, функционирующих в условиях, когда присутствует явление ползучести и, естественно, повышенные температуры. Ползучестью называют склонность металла к медленной деформации (пластической) при неизменной температуре под влиянием постоянной нагрузки.
Жаропрочность сплавов зависит от вида имеющейся ползучести, которая может быть:
- длительной;
- кратковременной.
Последняя устанавливается в ходе специально проводимых анализов на растяжение изделий. Обследования осуществляются в течение непродолжительного времени при заранее заданной температуре в нагревательной печи.
А длительная ползучесть определяется, как вы сами понимаете, на протяжении большего времени воздействия на сталь. И в данном случае главное значение имеет величина предела ползучести – наибольшее напряжение, вызывающее разрушение испытуемого изделия при конкретном времени воздействия и температуре.
По состоянию своей структуры такие сплавы бывают:
- мартенситно-ферритными;
- перлитными;
- аустенитными;
- мартенситными.
А жаростойкие сплавы дополнительно подразделяются еще на:
- аустенитно-ферритные или мартенситные;
- ферритные.
Известны следующие марки мартенситных сталей:
- 3Х13Н7С2 и 4Х9С2 (используются при температурах 850–950° в клапанах автодвигателей);
- Х5М, 1Х12H2ВМФ, 1Х8ВФ, Х6СМ, Х5ВФ (применяются для производства узлов и разнообразных деталей, работающих в течение 1000–10000 часов при температурах от 500 до 600°);
- Х5 (из них делают трубы для использования при температурах не более 650°);
- 1Х8ВФ (применяются для изготовления компонентов паровых турбин, функционируют без потери свойств в течение 10000 часов и более при температуре до 500°).
Мартенситные сплавы получаются из перлитных при повышении в последних количества хрома.
Непосредственно к перлитным относят следующие жаростойкие и жаропрочные стали: Х13Н7С2, Х7СМ, Х9С2, Х10С2М, Х6СМ, Х6С (то есть все виды хромомолибденовых и хромокремнистых составов).
Их закаливают при температурах 950–1100 градусов, а затем (при 8100 градусах) выполняют отпуск стали, что позволяет получить твердые материалы (по шкале HRC – не менее 25 единиц) со структурой сорбита.
Жаростойкие ферритные стали имеют мелкозернистую структуру после их отжига и термообработки. В таких композициях присутствует от 25 до 33 процентов хрома. Используются они для пиролизного оборудования и теплообменников.
К ферритным сталям относят далее указанные марки: Х28, Х18СЮ, Х17, Х25Т, 0Х17Т, 1Х12СЮ.
Отметим, что их нельзя нагревать более 850 градусов, так как в этом случае изделия станут хрупкими за счет своей крупнозернистой структуры.
Мартенситно-ферритные сплавы хорошо зарекомендовали себя при производстве машиностроительных деталей, которые планируется использовать при 600° на протяжении существенного времени. Такие жаропрочные стали (1Х13, 1Х12В2МФ, 1Х12ВНМФ, Х6СЮ, 2Х12ВМБФР, 1Х11МФ) легируются молибденом, вольфрамом, ванадием, а хрома в них, как правило, содержится от 10 до 14 процентов.
Наибольшей востребованностью пользуются аустенитные стали, структура коих обеспечивается наличием никеля, а жаростойкость – наличием хрома.
В подобных композициях иногда встречаются незначительные включения ниобия и титана, углерода в них очень мало.
Аустенитные марки при температурах до 1000° успешно противостоят процессу появления окалины и при этом относятся к группе антикоррозионных сталей.
Сейчас чаще всего предприятия используют описываемые материалы, относимые к дисперсионно-твердеющей категории. Их делят на два вида в зависимости от варианта применяемого упрочнителя – интерметаллического либо карбидного. Именно процедура упрочнения придает аустенитным сталям особые свойства, так востребованные промышленностью. Известные сплавы данной группы:
- дисперсионно-твердеющие: 0Х14Н28В3Т3ЮР, Х12Н20Т3Р, 4Х12Н8Г8МФБ, 4Х14Н14В2М (оптимальны для изготовления клапанов двигателей транспортных средств и деталей турбин);
- гомогенные: 1Х14Н16Б, Х25Н20C2, Х23Н18, Х18Н10T, Х25Н16Г7АР, Х18Н12T, 1Х14Н18В2Б (указанные марки находят свое применение в сфере выпуска арматуры и труб, работающих при больших нагрузках, элементов выхлопных систем, агрегатов сверхвысокого давления).
Аустенитно-ферритные сплавы имеют очень высокую жаропрочность, которая намного больше обычных высокохромистых материалов. Достигается это за счет уникальной стабильности их строения.
Такие марки стали нельзя применять для производства нагруженных компонентов из-за их повышенной хрупкости.
Зато они прекрасно подходят для изготовления изделий, функционирующих при температурах близких к 1150 °С:
- пирометрических трубок (марка – Х23Н13);
- печных конвейеров, труб, емкостей для цементации (Х20Н14С2 и 0Х20Н14С2).
В тех случаях, когда требуется изготовить детали, которые смогут применяться при температурах от 1000 до 2000 градусов, используются стали на основе тугоплавким металлов. К ним относят элементы, характеризуемые следующими температурами плавления (в градусах):
- 3410 – вольфрам;
- около 3000 – тантал;
- 2415 – ниобий;
- 1900 – ванадий;
- 1855 – цирконий;
- 3180 – рений;
- около 2600 – молибден;
- почти 2000 – гафний.
Данные металлы деформируются (пластически) при нагреве, что обусловлено высокой температурой их изменения в хрупкое состояние. При нагреве до величин рекристаллизации формируется волокнистая структура тугоплавких металлов и наклеп.
Показатель жаропрочности таких материалов обычно увеличивают привнесением специальных добавок.
А их защита при температурах более 1000 градусов от окисления обычно выполняется легированием с использованием молибдена, тантала, титана и других элементов.
Часто используются тугоплавкие сплавы с такими составами:
- 30 % рения + вольфрам;
- 40 % ниобия + 60 % ванадия;
- 48 % железа + 1 % циркония + 5 % молибдена + 15 % ниобия;
- 10 % вольфрама + тантал.
Указанные сплавы, жаростойкость и жаропрочность которых очень высока, имеют в своем составе свыше 55 % никеля и более 65 % комплекса никель + железо. Базовым элементом в обоих видах композиций при этом является хром (его содержится от 14 до 23 %).
Более высокие показатели стойкости и прочности при повышенных температурах демонстрируют стали на основе никеля: ХН60В, ХН75МБТЮ, ХН60Ю, ХН78Т (жаропрочные) и ХН77ТЮ, ХН70МВТЮБ, ХН70ВМЮ, ХН70, ХН67ВМТЮ (жаростойкие). Обусловлен сей факт процессом формирования на их поверхности при высоких температурах оксидной алюминиевой и хромовой пленки, а также (в твердых растворах) – соединений алюминия и никеля, титана и никеля.
В никелевых сплавах из-за несущественного содержания в них углерода никогда не появляются карбиды. А их упрочнение – это последствие твердения, характеризуемого дисперсной природой, после выполнения термообработки. Под такой обработкой понимают:
- создание твердой однородной композиции никеля и легирующих добавок;
- следующее за этим старение металла (температура процесса – около 750 градусов, иногда — 800).
- В процессе распада твердого пересыщенного состава формируются металлические упрочняющие компоненты, которые существенно увеличивают показатель жаропрочности стали и ее сопротивляемость деформациям.
- Назначение и марки сталей с никелем, с никелем и железом:
- составляющие газовых конструкций – ХН35ВМТЮ;
- элементы турбин – ХН35ВТР;
- диски и лопатки компрессоров – ХН35ВТЮ;
- роторы турбин – ХН35ВТ, ХН35ВМТ.
Жаропрочные стали и сплавы
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 металлы – изделия, которые под высоким термическим воздействием сохраняют свою структуру, не разрушаются, не поддаются пластической деформации. Важная характеристика таких металлов – условный предел ползучести и длительной прочности.
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.
Нихромы, изготавливаемые на основе никеля, в качестве легирующей добавки содержат хром. Им свойственна не только жаропрочность, но и высокая жаростойкость. Нимоники состоят из 20 % хрома, 2 % титана, 1 % алюминия.
Марки сплавов: ХН77ТЮ, ХН55ВМТФКЮ, ХН70МВТЮБ.
При температурах до 1500 градусов и выше могут работать жаропрочные сплавы из тугоплавких металлов: вольфрама, ниобия, ванадия и др.
| Температура плавления тугоплавких металлов. | |
| Металл | Температура плавления, ºC |
| Вольфрам | 3410 |
| Тантал | Около 3000 |
| Ванадий | 1900 |
| Ниобий | 2415 |
| Цирконий | 1855 |
| Рений | 3180 |
| Молибден | Около 2600 |
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.
| Применение мартенситных сталей. | |
| Марки стали | Изделия из жаропрочных сталей |
| 4Х9С2 | Клапаны автомобильных двигателей, рабочая температура 850–950 ºC. |
| 1Х12H2ВМФ, Х6СМ, Х5М, 1Х8ВФ, Х5ВФ | Узлы, детали, работающие при температуре до 600 ºC на протяжении 1000–10000 часов. |
| Х5 | Трубы, эксплуатируемые при рабочей температуре до 650 ºC. |
| 1Х8ВФ | Элементы паровых турбин, которые работают при температуре до 500 ºC на протяжении 10000 часов и более. |
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.
| Применение аустенитных марок. | |
| Марки стали | Применение жаропрочных сталей |
| 08X18Н9Т, 12Х18Н9Т, 20Х25Н20С2, 12Х18Н9 | Выхлопные системы, листовые, сортовые детали, трубы, работающие при невысокой нагрузке и температуре до 600–800 °С. |
| 36Х18Н25С2 | Печные контейнеры, арматура, эксплуатируемые при температуре до 1100 °С. |
| Х12Н20Т3Р, 4Х12Н8Г8МФБ | Клапаны двигателей, детали турбин. |
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:
[email protected]
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
- Разгрузка производится силами покупателя, однако, в случае отсутствия специальной техники поможем реализовать разгрузку металла.
- Пожалуйста, обеспечьте беспрепятственный заезд автотранспорта на место разгрузки.
- 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.
Алюминиевый прокат используется нашей организацией для изделий высокой степени ответственности в авиационной промышленности.
ООО «АВИАРЕШЕНИЯ»
Хотим поблагодарить компанию ООО «ПКФ «Альфа-Сталь» и лично менеджера Щигорева Евгения за своевременную поставку металлопроката на наш объект ЖК «Жизнь на Плющихе» по адресу: г. Москва, ул. Погодинская вл. 2/3.
Смело можем рекомендовать данную компанию как отличного универсального поставщика металлопроката.
ООО «ЕВРОСТРОЙ-КОМПЛЕКТ»
Выражаем благодарость компании ООО «ПКФ» «Альфа-Сталь» за оперативную поставку черного и оцинкованного металлопроката. Мы занимаемся жилым строительством и нам необходима высокая скорость в поставках металла.
Оперативнее, чем компания ООО «ПКФ» «Альфа-Сталь» металлопрокат нам никто не привозил. Работаем с данной компанией уже более 3-х лет. Отдельную благодарность выражаем менеджеру Артему за высокий профессионализм и клиент-ориентированный подход.
ООО «Обнинск-Телеком»
Благодарим копанию ООО «ПКФ» «Альфа-Сталь» за быструю поставку штрипса холоднокатанного. Часто металл приходит уже на следующий день после оплаты.
Мы занимаемся производством металлической мебели, нам требуется металл высокого качества: не ржавый, не гнутый, с корректным химическим составом.
Металлопрокат от ООО «ПКФ» «Альфа-Сталь» приходит всегда высокого качества и всегда проходит входной контроль.
ООО «РЭДФОРД»
Благодарим компанию ООО «ПКФ» «Альфа-Сталь» за быструю поставку нержавеющего и черного металлопроката. Часто металл приходит уже на следующий день после оплаты.
Мы занимаемся производством различным металлоконструкций, нам требуется металл высокого качества: не ржавый, не гнутый, с корректным химическим составом.
Металлопрокат от ООО «ПКФ» «Альфа-Сталь» приходит всегда высокого качества и всегда проходит входной контроль.
Благодарим за сотрудничество.
ООО «ВАВИЛОН РУС»
Благодарим компанию ООО ООО «ПКФ» «Альфа-Сталь» за быстрые поставки металла для нашего производства. Все поставки выполняются в срок. Наша компания производит холодильное и вентиляционное оборудования по европейским стандартам, т.е. металл мы заказываем у проверенного поставщика, ООО «ПКФ» «Альфа-Сталь», не подвели ни разу.
ООО «ГЕОКЛИМА»
Производственная компания «ПРОМТРАКТОР»
Ещё рекомендация data-content-alt=Посмотретьещё раз>Ещё
отзыв
Жаропрочная сталь для печи: виды, выбор, цены на материалы
Жаропрочная сталь для печи, – в каких случаях ее применение необходимо, а в каких можно обойтись простой конструкционной сталью. При выборе материала для каменки или металлической печи обогрева дома важно подобрать оптимальный вариант, который позволит работать обогревателю долгое время без лишних затрат на покупку материалов.
- Свернуть
Возможность сплавов долгое время оставаться устойчивой к воздействию газовой коррозии во время воздействия высоких температур – это характеристика жаростойкости.- Обеспечить работу конструкций в агрессивной среде при разогреве от 5000, и что важно без сильных нагрузок на них – в этом случае используются стали с повышенным содержанием хрома и других легирующих добавок.
- Это нихром, сильхром, сталь с маркировкой 36Х18Н25С2 или 15Х6СЮ.
- Жаропрочные материалы способны выдерживать повышенные перегрузки воздействия температур при нагревании, трении без значительных деформаций конструкций и материала.
Понятие жаропрочности
Оценивают уровень этих материалов по 2 критериям:
- способность выдерживать короткие по времени нагрузки при разогреве. Испытания проводятся на специальном стенде. Здесь образцы металлов испытываются на разрыв при определенной температуре разогрева;
- сплавы, выдерживающие разогрев и долговременные нагрузки за определенный временной промежуток, с сохранением прочности.
Особенности жаропрочных материалов
Эти материалы способны выдерживать коротковременную или длительную нагрузку во время нагрева деталей печи и других устройств. Определив предел долговременной ползучести металлов можно рассчитать и подготовить обоснованный проект объекта и его отдельных деталей.
В зависимости от видов ползучести материалов подбирается металл для кратковременного противостоянию деформации в агрессивной среде. Для печей, турбин подбираются сплавы, способные выдерживать высокую температуру без разрушения и деформации долгое время.
Среди отличительных особенностей выделим основные:
- величина зернистости структуры материала. Эта величина напрямую влияет на ползучесть жаропрочного сплава. Если зерна крупные, в этом случае зазор между этими частями меньше, поэтому уменьшается, зазоры между ними и ослабевает уровень скольжения и диффузионных перемещений. Лучший вариант – монокристалл, у которого всего одно зерно, но использовать такие материалы накладно;
- на уровень жаропрочности стали влияет температура расплавления материала. При росте этой характеристики, увеличивается уровень прочности связей атомов и уменьшается величина ползучести стали или сплавов. Но важно обеспечить больший уровень нагрева, после которого материал начинает расплавляться.
Марки стали
Жаростойкой сталью для печей, деталей и конструкций могут быть:
- аусенитного;
- мартенситного типа;
- перлитного;
- мартенситно – ферритного.
Для выпуска печей принято использовать ферритный, аусенитно – ферритный и мартенситный типа жаропрочного материала.
Наиболее востребованные для производства печей – это материалы с высоким содержанием хрома, беррилия, ванадия и других легирующих присадок. Они не теряют свои свойства при разогреве 12000 в течение до 10000 часов постоянной эксплуатации в агрессивной среде.
Аустенитные и аустенитно-ферритные стальные сплавы
Жаропрочный металл для печи – это увеличенное включение легирующих добавок (марганца, хрома). Детали из такого вида сталей способны сохранять целостность конструкции при рабочей температуре среды до 7000. Уровень жаропрочности у этого типа превышает это значение у всех видов сталей. Эти материалы используют для сварных соединений из-за своей пластичности.
Группу подразделяют на 3 подгруппы по методу придания материалам прочности:
- В твердом растворе содержится пониженное число добавок.
- В подгруппе в сплаве содержится повышенный процент карбидов. Это включение первичных TiC, VC, ZrC, NbC, а также вторичных карбидов.
- Это стали, где стойкость повышаются с помощью интерметаллидного упрочения. Они наиболее жаропрочные среди всех групп аусентитных сталей. Такая особенность достигается добавлением в состав титана, алюминия, вольфрама, молибдена и брома.
Для повышения уровня сопротивления деформациям первые два типа сталей закаливают при температуре разогрева от 10500 в жидкости, воздушным способом. После постепенного охлаждения закаленные стали получается однородная высоколегированная структура.
Отличительной особенностью жаропрочной стали является пониженное содержание углерода.
Тугоплавкая сталь
Для повышения уровня жаропрочности в химическом составе сплавов или материалов добавлены специальные легирующие присадки, и выдерживается соотношение этих добавок:
- в основу из вольфрама добавляется рений – 30%;
- ванадия – 60%, добавляется ниобий – 40%;
- железа – 48% + ниобия – 5% + молибдена – 5% + циркония – 1%;
Сплавы на основе никеля и смеси никеля с железом
К этой группе относят:
- из никеля при его содержании 55%;
- в сплаве содержится 65% железа.
Для внесения легирующих веществ в основном применяется хром, его содержание 14-23%. Соединения обеспечивающие высокие эксплуатационные качества при нагреве– сплавы, в которых основу составляет никель.
Конструкция, разогреваясь, покрывается защитой в виде пленки, которая препятствует их разрушению и деформации. Эти сплавы используются в производстве прокладки газопроводов, компрессорных установках и турбинах.
Какую сталь лучше выбрать?
Для разных вариантов использования и установки печи при производстве потребуется применять разные виды стали, в том числе и жаропрочной. Разберем основные места возможной установки печи и оптимальный выбор стали для ее производства.
Для банной печи
В этом варианте каменка будет разогреваться максимум до 5000, поэтому возможна деформация конструкции при не соблюдении технологии производства работ и выборе материала. Но отдельные части нагреваются по-разному, поэтому марка стали для банной печи для разных ее частей может изменяться:
- для производства топочного отделения потребуется подготовить заготовки из стали, марок AISI 430 или 08Х17Т. Но такую сталь трудно достать и затратно использовать при самостоятельном изготовлении печи. В этом случае можно использовать конструкционную сталь, но более высокой марки. Лучший вариант – Ст-10;
- на тепловой экран для предотвращения прямого прохождения тепла в дымоход можно использовать простую конструкционную сталь или 08ПС, 08Ю;
- для производства корпуса можно подготовить обычную Ст-3;
- для дверки топочного отделения важно приготовить хороший материал из жаропрочной стали или из чугуна. В специализированных магазинах или на барахолке, можно найти отличные б/у дверки, за небольшие деньги;
Важно! Подбирая материал для самостоятельного изготовления или покупая готовую каменку, обратите внимание на толщину заготовок. Если используется жаропрочный сплав – толщина стенок подойдет 4 мм. При использовании обычной конструкционной стали, детали должны выполняться из металла, толщиной 6-8 мм.
Для дома
На конструкцию оказывается длительные тепловые нагрузки, поэтому важно, чтобы детали были сделаны из хорошего материала. Можно использовать для домашней буржуйки сталь для банной печи, но лучше подготовить заготовки из сплавов, содержание хрома в которых от 12%.
Из такого листа производятся известные печи профессора Бутакова от компании «Теплодар» и компанией «Термофор». Они будут служить намного дольше, чем самодельные, сделанные из подручных материалов.
Не следует забывать и толщине стенок таких печей.
Сделанные из легированной стали с высоким уровнем сопротивления от деформаций при долгом нагреве печи могут выполняться из листовой стали, толщиной 4-5 мм.
Если печка устанавливается в небольшой дачный домик и планируется использовать ее только осенью или ранней весной во время редких визитах на участок, для этого можно сделать самодельную печку из трубы или газовых баллонов с системой конвекции. Такая конструкция дешевая и сможет обогревать дом долгое время.
Для гаража
Для гаража использовать дорогостоящую жаропрочную или жаростойкую сталь – это непозволительная роскошь. Такая печка используется короткое время и не очень часто. Поэтому сделав печку из колесных дисков или листового металла, толщиной 3-4 мм, вы легко решите вопрос обогрева гаражного помещения.
Вывод
Использование дорогостоящей жаропрочной стали должно быть оправдано. Не стоит использовать материалы, предназначенные для изготовления деталей промышленных конструкций в изготовлении небольшой банной печи.
Но если буржуйка используется для отопления загородного дома с большой площадью – в этом случае важно подобрать материал для печи с учетом жаропрочности и сопротивлению от воздействия агрессивной среды и высокой температуры.
Жаростойкие стали: состав и марки жаропрочных сплавов
Жаропрочная сталь, представленная на современном рынке большим разнообразием марок, как и сплавы жаростойкой категории, признается большинством специалистов лучшим материалом для изготовления элементов конструкций и оборудования, которые эксплуатируются в постоянном контакте с агрессивными средами и в других сложных условиях.
Типичные изделия из жаропрочной стали – печи, камины, котлы и металлические дымоходы
Жаропрочность и жаростойкость металла
Жаростойкость, которой обладают стали и другие металлические сплавы отдельной категории, имеет еще одно название – «окалиностойкость».
Это свойство, которым отдельные металлы наделяют в процессе производства, заключается в их способности длительное время в условиях повышенных температур активно противостоять такому негативному явлению, как газовая коррозия.
В отличие от жаростойких, жаропрочные стали и металлы другого типа обладают способностью не разрушаться и не деформироваться под длительным воздействием высоких температур.
Короткий экскурс в формате видео об особенностях жаропрочных сталей и их отличиях от других сплавов.
Металлы, которые отличаются жаростойкостью, применяют преимущественно для изготовления ненагруженных конструкций, эксплуатируемых в условиях постоянного воздействия на них газовой окислительной среды и температуры, не превышающей 550°. К таким конструкциям, в частности, относятся элементы нагревательных печей.
Сплавы, выполненные на основе железа, даже если их отличает жаростойкость, при таких условиях эксплуатации и при воздействии температуры, превышающей 550°, начинают активно окисляться, что приводит к появлению на их поверхности пленки, состоящей из оксида железа. Формирующееся на поверхности такого металла химическое соединение железа и кислорода – это, по сути, окалина хрупкого типа. Ее характеризует элементарная кристаллическая решетка, содержащая недостаточное количество атомов второго вещества.
Свойства оксидов элементов, увеличивающих жаростойкость железа
Чтобы улучшить такое свойство стали, как жаростойкость, в ее химический состав вводят хром, алюминий и кремний. Соединяясь с кислородом, эти элементы способствуют формированию в структуре металла плотных и надежных кристаллических структур, что и улучшает его способность безболезненно переносить воздействие повышенных температур.
Количество и тип легирующих добавок, вводимых в химический состав сплава, выполненного на основе железа, зависит от температурных условий эксплуатации изделий, которые будут из него изготовлены.
Лучшую жаростойкость демонстрируют стали, легирование которых выполнено на основе такого металла, как хром. К наиболее известным маркам таких сталей, которые называют сильхромами, относятся:
- 08Х17Т;
- 15Х25Т;
- 15Х6СЮ;
- 36Х18Н25С2.
Химический состав жаропрочных сталей марок 13Х11Н2В2МФ, 15Х11МФ, 20Х13, 20Х12ВНМФ
Что характерно, жаростойкость стали повышается с увеличением в ее химическом составе количества хрома. Используя данный металл в качестве легирующего элемента, можно создавать марки сталей, изделия из которых не будут утрачивать своих первоначальных характеристик даже при длительном воздействии на них температуры, превышающей 1000 градусов.
Особенности материалов с жаропрочными свойствами
Жаропрочные стали и сплавы, как уже говорилось выше, способны успешно эксплуатироваться в условиях постоянного воздействия высоких температур, при этом не проявляя склонности к ползучести.
Суть этого негативного процесса, которому подвержены стали обычных марок и другие металлы, заключается в том, что материал, на который воздействуют неизменная температура и постоянная нагрузка, начинает медленно деформироваться, или ползти.
Ползучесть, которой и стараются избежать, создавая жаропрочные стали и металлы другого типа, бывает двух видов:
- длительная;
- кратковременная.
Для определения ползучести сплавов в иследовательских центрах используют комплекс испытательных машин
Чтобы определить параметры кратковременной ползучести, материалы подвергают специальным испытаниям, для чего их помещают в печь, нагретую до определенной температуры, и прикладывают к ним растягивающую нагрузку. Такое испытание проводится в течение ограниченного промежутка времени.
Проверить материал на его склонность к длительной ползучести и определить такой важный параметр, как предел ползучести, за короткий промежуток времени не получится.
Для этого испытуемое изделие, помещенное в печь, необходимо подвергать длительной нагрузке.
Важность такого показателя, как предел ползучести материала, заключается в том, что он характеризует наибольшее напряжение, которое приводит к разрушению разогретого изделия после воздействия в течение определенного промежутка времени.
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.
Аустенитные и аустенитно-ферритные стальные сплавы
Наиболее значимые особенности аустенитных сталей заключаются в том, что их внутренняя структура формируется за счет наличия в их составе никеля, а такое свойство, как жаростойкость, связано с присутствием хрома.
В сплавах подобной категории, отличающихся незначительным содержанием углерода в своем химическом составе, в некоторых случаях могут присутствовать такие легирующие элементы, как ниобий и титан.
Стали, основу внутренней структуры которых составляет аустенит, относятся к категории нержавеющих, а при длительном воздействии высоких температур (до 1000 градусов) успешно противостоят формированию слоя окалины.
Аустенитные сплавы марок Х17Н13М2 и Х17Н13М3 оптимально подходят для конструкций, работающих под воздействием кислот
К наиболее распространенным на сегодняшний день сталям с аустенитной внутренней структурой относятся сплавы дисперсионно-твердеющей категории. Для улучшения качественных характеристик в их состав добавляют интерметаллические или карбидные упрочнители, в зависимости от чего такие материалы и относят к определенной категории.
Наиболее популярными марками жаропрочных сталей, основу внутренней структуры которых составляет аустенит, являются:
- дисперсионно-твердеющие Х12Н20Т3Р, 4Х12Н8Г8МФБ, 0Х14Н28В3Т3ЮР, 4Х14Н14В2М (из этих жаропрочных сталей, относящихся к категории нержавеющих, изготавливают конструктивные элементы турбин и клапаны двигателей транспортных средств);
- гомогенные 1Х14Н16Б, 1Х14Н18В2Б, Х18Н12Т, Х18Н10Т, Х23Н18, Х25Н20С2, Х25Н16Г7АР (из материалов данных марок преимущественно производят арматуру и трубы, эксплуатируемые под воздействием значительных нагрузок, агрегаты сверхвысокого давления, элементы выхлопных систем).
Труба жаропрочная из стали марки 20Х23Н18 (она же Х23Н18 или ЭИ417) используется для изготовления печного оборудования, поковок и бандажей
Стальные сплавы, основу внутренней структуры которых составляет смесь аустенита и феррита, отличает исключительная жаропрочность, превышающая по своим показателям аналогичный параметр даже высокохромистых материалов.
Такие характеристики жаропрочности достигаются за счет высочайшей стабильности внутренней структуры сталей данной категории. Изделия из них могут успешно эксплуатироваться даже при температурах, доходящих до 1150°.
Между тем для жаропрочных сталей с аустенитно-мартенситной внутренней структурой характерна повышенная хрупкость, поэтому их нельзя использовать для производства изделий, эксплуатируемых под высокой нагрузкой.
Из жаропрочных сталей данной категории производят изделия следующего назначения:
- пирометрические трубки (Х23Н13);
- конвейеры для печей, жаропрочные трубы, емкости для осуществления процедуры цементации (Х20Н14С2 и 0Х20Н14С2).
Стали и металлы, отличающиеся тугоплавкостью
Стальные сплавы, основу которых составляют тугоплавкие металлы, используют для производства изделий, эксплуатируемых при 1000–2000°.
Тугоплавкие металлы, входящие в химический состав таких сталей, характеризуются следующими температурами плавления (см. таблицу).
Температура плавления тугоплавких металлов
За счет того, что тугоплавкие стали данной категории характеризуются высокой температурой перехода в хрупкое состояние, при значительном нагреве они деформируются. Чтобы повысить жаропрочность таких сталей, в их химический состав водятся специальные добавки, а для увеличения жаростойкости их легируют такими элементами, как титан, молибден, тантал и др.
Наиболее распространенными соотношениями химических элементов в составе тугоплавких сплавов являются:
- основа – вольфрам и 30% рения;
- 60% ванадия и 40% ниобия;
- основа – 48% железа, 15% ниобия, 5% молибдена и 1% циркония;
- 10% вольфрама и тантал.
Сплавы на основе никеля и смеси никеля с железом
Сплавы на никелевой основе (55% никеля) или выполненные на базе смеси никеля с железом (65%) являются жаропрочными и обладают достойными жаростойкими качествами. Базовым легирующим элементом для любых сталей данной категории является хром, которого в них может содержаться от 14 до 23%.
Если говорить о стойкости и прочности, высокие показатели которых сохраняются при повышенных температурах, то такими качествами обладают стальные сплавы, выполненные на основе никеля.
К наиболее популярным из них относятся ХН60В, ХН67ВМТЮ, ХН70, ХН70МВТЮБ, ХН77ТЮ, ХН78Т, ХН78Т, ХН78МТЮ. Часть сталей данных марок являются жаропрочными, а остальные – жаростойкими.
При нагреве на поверхности изделий из сплавов данных марок появляется оксидная пленка на основе хрома и алюминия, а в твердых растворах структуры таких металлов формируются соединения алюминия с никелем или титана с никелем, что и обеспечивает устойчивость таких материалов к воздействию высоких температур. Более подробно с характеристиками жаропрочных сплавов никелевой группы можно познакомиться, изучив специальные справочники.
Роторные валы из никелевого жаропрочного сплава
Стали никелевой группы используют для изготовления:
- элементов газовых конструкций и коммуникаций (ХН35ВМТЮ; примером изделий подобного назначения является труба жаропрочная);
- конструктивных элементов турбинных устройств (ХН35ВТР);
- конструктивных элементов компрессоров – лопаток и дисков (ХН35ВТЮ);
- роторов, которыми оснащают турбины (ХН35ВТ и ХН35ВМТ).
В заключение познавательное видео о тонкостях производства и обработки стали в домашних условиях.
Загрузка...
