0
Жаропрочная сталь: свойства, классификация и применение

Жаропрочная сталь: свойства, классификация и применение

Металлургическое производство

При выплавке жаропрочных марок сталей металлурги используют различные добавки. Источник https://unsplash.com/

Современная металлургическая отрасль выпускает широкий ассортимент жаропрочных сталей. Различные марки такого материала рассчитаны на применение в определенных условиях, а их использование позволяет решать множество актуальных задач.

Марки стали, входящие в категорию жаропрочных, подходят для изготовления частей конструкций и оборудования, эксплуатация которых связана с частым или постоянным нагревом или воздействием агрессивных сред.

Рассказываем, к каким сталям относятся жаропрочные стали, каким образом они классифицируются, где применяются и за счет каких свойств обладают столь замечательной устойчивостью к нагреву.

Чем жаропрочность металла отличается от жаростойкости

Не следует путать такие параметры стали, как жаропрочность и жаростойкость.

Говоря простыми словами, повышенная жаростойкость — это устойчивость металла к газовой коррозии, которая нередко возникает при сильном нагреве металлов. Обладающая жаростойкостью сталь менее интенсивно окисляется при нагреве и воздействии горячих химических сред. Однако наличие повышенных антикоррозийных качеств не предполагает для металла еще и способность сохранять форму или структурную целостность при длительном сильном нагреве.

В то же время жаропрочные стали или металлические сплавы отличаются от жаростойких именно повышенной способностью противостоять разрушению, деформации под влиянием высоких температур. К примеру, отечественная марка жаропрочной высоколегированной стали 08Х17Т выдерживает нагрев до 850 °С. Не меняется структура металла и его кристаллическая решетка.

Получить ту или иную марку стали возможно с помощью соответствующих добавок. Так, чтобы повысить жаростойкость стали, в ее составе дополнительно используют определенный процент кремния, хрома или алюминия, которые помогают формировать кристаллическую структуру металла с нужными параметрами и снижают его окисляемость.

Для усиления жаропрочности в состав выпускаемых сталей добавляют титан, ниобий, ванадий, молибден и прочие компоненты. Процентное соотношение железа и добавок влияет на показатели прочности, а также обусловливает предельно допустимую для конкретного типа жаропрочной стали температуру плавления или деформации.

Соответственно, различается и сфера использования различных марок стали. К примеру, жаростойкие применяют для производства ненагруженных конструкций или изделий, применение которых связано с постоянным или частым перегревом, но не предполагает существенных механических нагрузок. Это камеры сгорания для печей или каминов, стальные дымоходы, котлы и т. д.

Отличительные качества жаропрочных марок стали

Главной отличительной характеристикой жаропрочной стали считается ее способность переносить эксплуатацию при продолжительном нагреве без деформации или потери структурной целостности. Процесс постепенного изменения формы металлического изделия или разрушения металла при нагреве и воздействии механических нагрузок специалисты в области металлургии называют ползучестью.

Этот негативный эффект часто наблюдается у изделий из обычных марок стали, попавших в агрессивные условия эксплуатации. Например, нередко после сильного пожара можно видеть деформированные и перекрученные металлоконструкции, утратившие первоначальную форму. Чтобы избежать ползучести металла, были созданы жаропрочные стали, свойства которых позволяют нейтрализовать этот эффект.

Основные группы и разновидности жаропрочных сталей

Промышленность выпускает различные виды жаропрочных сталей. Все их принято объединять в группы по ряду признаков:

  • процентному объему и перечню присадок;
  • процентному содержанию углерода;
  • методу обработки;
  • области использования.

Рассмотрим основные группы и отметим, какая жаропрочная сталь лучше подойдет для выпуска изделий.

Аустенитные

Сплавы на основе железа. Отличаются высоким процентным содержанием никеля (от 9 до 12 %) и хрома (от 13 до 19 %). Применение никеля в роли легирующей добавки позволяет получить требуемое изменение кристаллической структуры стали (аустенита), за счет чего увеличивается жесткость и прочность металла. А добавление хрома улучшает жаростойкие свойства, предотвращает появление на поверхности окалины даже при продолжительном влиянии высоких температур.

Аустенитные стали обладают высокой коррозионной стойкостью, которой они обязаны наличию в составе таких компонентов, как титан и ниобий. Они относятся к труднообрабатываемым материалам и востребованы при выпуске различных видов арматуры, клапанов для авиационной отрасли, турбинных конструкций и прочих видов изделий с высокими требованиями.

Ферритные

Характерным отличием сплавов с ферритной мелкозернистой структурой является процентное содержание хрома, которое варьируется в границах от 25 до 33 %. Необходимая структура металла достигается за счет использования термической обработки. Изготовленные с применением таких материалов детали и компоненты механизмов могут эксплуатироваться при высоких температурах: до 1100 градусов.

Такие сплавы используют в машиностроении, часто из них изготавливают изделия, которые, помимо нагрева, будут подвергаться воздействию окислительной агрессивной среды — это различные теплообменники, трубы, части пиролизных установок.

Аустенитно-ферритные

К этой группе относят металлические сплавы, в структуре которых присутствуют ферритная и аустенитная фазы. Для таких материалов характерна повышенная жаропрочность. Она обеспечивается устойчивой кристаллической структурой и позволяет использовать изделия из такой стали в условиях высоких температур: до 1150 градусов.

Перлитные

Группа входит в большой разряд низколегированных сталей, а изготовленные с применением данных материалов изделия рассчитаны на эксплуатацию при невысоких температурах, порядка 450–550 градусов. В виде основных присадок при выпуске таких материалов применяют хром и молибден, а температура плавления жаропрочной стали для них меньше, чем у рассмотренных выше — перлит плавится при нагреве до 1100–1200 градусов.

Легирование с применением хрома увеличивает способность материала сопротивляться окислительным процессам, добавление молибдена усиливает прочность. В ряде случаев при производстве жаропрочной стали перлитной группы добавляют в состав ванадий, что увеличивает температуру использования таких материалов до 550–600 градусов и делает их прочнее.

С использованием перлитных сталей производят цилиндры, шестерни, крестовидные втулки, коллекторы высокого давления и трубы для перегретого пара.

Мартенситные

Группа жаропрочных сталей производится с применением метода продолжительного отжига и последующего продолжительного остывания. При таком воздействии трансформируется кристаллическая структура металла, что увеличивает его твердость, однако делает металл хрупким.

Чтобы уменьшить этот негативный эффект, нередко используется метод двойной закалки, который проходит в два последовательных этапа при различных температурных режимах. На первом этапе нагревают материал до 1200 градусов для его нормализации. После остывания процесс повторяется, но с нагревом до 1000 °С. При этом достигается оптимальная жаропрочность и сохраняется пластичность исходного металлического сырья.

Такие стали устойчивы не только к повышенным температурам, но и к воздействию влажности, щелочных и кислотных растворов. Из различных марок сталей этой группы изготавливают трубы, паровые турбины, клапаны для дизелей или моторов авиационных систем.

Мартенситно-ферритные

В химическом составе сталей из этой группы содержание хрома не превышает 14 %. В роли легирующих компонентов могут использоваться молибден или ванадий.

В результате получаются жаропрочные стали, применение которых востребовано при выпуске продукции для эксплуатации в условиях продолжительных нагрузок и нагрева не выше 580 градусов. Это установки для котельных или труб, крепежных элементов или крыльчаток для турбин.

Где применяются стали с повышенной жаропрочностью

Современный бытовой камин для дома или дачи

Многие повседневные вещи изготавливают из жаропрочных сталей, что обеспечивает их надежность и длительную службу. Источник https://unsplash.com/

Сфера использования жаропрочных сталей, чей состав может сильно различаться, широка. Они могут быть задействованы при производстве деталей машин и узлов механизмов, которые работают при повышенных температурах и не должны менять свои качества и параметры при нагреве.

К примеру, эти материалы активно применяют в машиностроении для создания корпусов и деталей двигателей или силовых агрегатов:

  • роторы и крыльчатки турбин;
  • газовые установки и агрегаты;
  • части компрессорных установок;
  • корпуса, цилиндры и поршни ДВС;
  • комплектующие для выхлопных систем.

Кроме того, жаропрочные стали широко применяют при промышленном выпуске различного отопительного оборудования — нагревательных котлов, камер сгорания для печей или каминов, различных труб и теплообменных конструкций.

Выпускают из жаропрочных сталей и полуфабрикаты для многих отраслей промышленности – стальную проволоку, пруток, листовой прокат с повышенной устойчивостью к воздействию высокой температуры, а также различные виды жаропрочных труб.

Следует учитывать, что в силу сложного процесса производства жаропрочных сталей, изготовленные из них материалы отличаются более высокой ценой по сравнению с обычными.

Рубрики блога:

Возврат к списку

Загрузить свой заказ
Загрузите свой заказ с интересующей вас продукцией, наш менеджер перезвонит вам и уточнит все детали заказа
Не поддерживается браузером!
Отмена