Розвиток нових промислових технологій, ракетної техніки, складного турбінного устаткування в середині п'ятдесятих років минулого століття, спричинило за собою модернізацію металургійної галузі в цілому. В окремий напрямок виділилися роботи зі створення жароміцних сплавів. З плином часу вони знайшли застосування в атомному машинобудуванні, енергетиці, хімічній промисловості і зайняли місце в ланцюжку високотехнологічних виробництв.

Жароміцні іжаростійкі матеріали

Жароміцні іжаростійкі сплави - це велика група легованих матеріалів з присадками молібдену, титану, хрому і ряду інших елементів. Всі ці сплави виготовляються на залізній, нікелевої і кобальтової засадах. Їх головною особливістю є збереження підвищеної міцності при високих температурах.

Основні типи

Найбільш поширені сплави на основі заліза. Це хромисті, хромонікелеві, а також Хромомарганцевие стали з молібденовими, титановими і вольфрамовими присадками. Також виробляють сплави з такими легуючими елементами, як алюміній, ніобій, ванадій, бор, але в менших кількостях.

У більшості випадків відсоток додавання присадок в сталь досягає від 15 до 50%

Друга, дуже затребувана група - сплави на нікелевій основі. Як присадки використовується хром. Жароміцність також підвищують добавки титану, церію, кальцію, бору і подібних за складом елементів. В окремих технологічних комплексах затребувані сплави на основі нікелю з молібденом.

До третьої групи відносяться термостійкі сплави на кобальтової основі. Легуючими елементами для них служать вуглець, вольфрам, ніобій, молібден.

У металургії існує цілий ряд матеріалів, який використовується при легуванні сталей:

  • хром,
  • нікель,
  • молібден,
  • ванадій,
  • ніобій,
  • титан,
  • марганець,
  • Вольфрам.
  • кремній,
  • тантал,
  • алюміній,
  • мідь,
  • бор,
  • кобальт,
  • цирконій.

Широко використовуються рідкоземельні елементи.

Хімічний склад

Визначення хімічного складу жаростійких матеріалів - складний процес. Необхідно враховувати не тільки основні легуючі елементи, а й те, що потрапляє в продукцію як домішки або залишається в результаті хімічних реакцій, що протікають під час плавки.

Спеціально додані легуючі елементи вводяться для отримання необхідних технологічних, фізичних і механічних властивостей. А домішки і утворилися при плавці хімічні елементи можуть погіршувати властивості високолегованого металу.

Для хромонікелевих сплавів і вогнетривких матеріалів на основі кобальту небезпечно присутність сірки більше 0, 005%, слідів олова, свинцю, сурми і інших легкоплавких металів.

Структура і властивості

Жароміцність визначається не тільки хімічним складом металів, а й формою, в якій домішки знаходяться в сплаві. Наприклад, сірка у вигляді сульфідів нікелю знижує температуру плавлення. А та ж сірка, поєднана з цирконієм, церієм, магнієм утворює тугоплавкі структури. Великий вплив на жароміцність надає чистота нікелю або хрому. Однак слід враховувати, що властивості сплавів варіюються в залежності від застосовуваної технології.

Головне властивість, по якому визначають жаростійкість матеріалу - повзучість. Це явище постійної деформації під безперервним напругою. Опірність матеріалу руйнуванню під дією температури

Класифікація сплавів

Перший параметр класифікації сплавів - це жаропрочность, тобто здатність матеріалу витримувати механічні деформації при високих температурах, без деформації.

По-друге, це жаростійкість (окалиностойкость). Здатність матеріалу протистояти газової корозії при високих температурах. При описі процесів до шестисот градусів Цельсія використовується термін «теплостійкість».

Однією з основних характеристик є межа повзучості. Ця напруга, при якому деформація матеріалу за певний період досягає заданої величини. Час деформації є терміном служби деталі або конструкції.

Для кожного матеріалу встановлена ​​максимальна величина пластичної деформації. Наприклад, у лопаток парових турбін ці деформації повинні бути не більше 1% за 10 років. Лопатки газових турбін - не більш 1-2% за 500 годин. Труби парових котлів, що працюють під тиском не повинні деформуватися більше ніж на 1% за 100 000 годин роботи.

За способом отримання матеріалу жароміцні марки класифікують наступним чином.

  1. Хромисті стали мартенситного класу: Х5, Х5М, Х5ВФ, 1Х8ВФ, 4Х8С2, 1Х12Н2ВМФ.
  2. Хромисті стали мартенситно-феритного класу: Х6СЮ, 1Х11МФ, 1Х12ВНМФ, 15Х12ВМФ, 18Х11МФБ, 1Х12В2МФ.
  3. Хромисті стали феритного класу: 1х12СЮ, 0Х13, Х14, Х17, Х18СЮ, Х25Е, Х28.
  4. Стали аустеніто-мартенситного і аустеніто-феритного класу: 2Х13Н4Г9, Х15Н9Ю, Х17Н7Ю, 2Х17Н2, 0Х20Н14С2, Х20Н14С2.
  5. Стали аустенітного класу: 0Х18Н10, 0Х18Н11, 1Х18Н9, 0Х18Н12Т, 1Х18Н12Т.

Маркування сталей відрізняється по ГОСТам і технічним умовам. У вищенаведеному списку застосовується класифікація ГОСТ 5632-61, в якій легко простежити наявність легуючого елемента по буквах. Х - хром, В - ванадій, М - молібден. Наприклад, шифр 09Г2С означає, що в сплаві присутній 0, 09% вуглецю, 2% марганцю і кремній, якого менше 1%. Цифра попереду показує вміст вуглецю (без цифри - до одного відсотка). Цифра після букви показує вміст певного легуючого елемента у відсотках. При змісті будь-якого елементу менше одного відсотка цифри не ставляться.

Ще одним нормативним документом служить ГОСТ 5632-61, із застосуванням спеціальних позначень. Для того щоб швидко співвідносити різні ГОСТи і Технічні Умови можна скористатися відповідним довідником або сортаментом окремих випусків.

За ГОСТ 5632-61 сплави класифікуються следющим чином:

  1. Стали аустенітного класу з високим вмістом хрому: ЕІ813 (1Х25Н25ТР), ЕІ835, ЕІ417.
  2. Стали з карбідним ущільненням: ЕІ69, ЕІ481, ЕІ590, ЕІ388, ЕІ572.
  3. Стали сложнолегірованние підвищеної жароміцності аустенітного класу: ЕІ694Р, ЕІ695, ЕП17, ЕІ726, ЕІ680, ЕП184.
  4. Стали з інтерметаллідним зміцненням аустенітного класу: ЕІ696, ЕП33, ЕІ786, ЕІ 612, ЕІ787, ЕП192, ЕП105, ЕП284.

За кордоном застосовується своя класифікація матеріалів. Наприклад, AISI 309, AISI 310S.

Технологія і застосування

За структурою і способом отримання спеціальні сталі підрозділяються на наступні: аустенітні, мартенситні, перлітні, мартенсито-ферритні. Мартенситні і аустенітні стали застосовуються, якщо температура досягає 450-700 о С і за обсягом плавки займають перше місце.

З підвищенням температури до 700-1000 о С використовуються нікелеві сплави, при ще більш високих температурах необхідно включати в технологічний процес кобальтові сплави, графіт, тугоплавкі метали і термічну кераміку.

Аустенітні - самі жароміцні стали, які використовуються, якщо температура середовища досягає 600 о С. Основа легування - хром і нікель. Присадки Ti, Nb, Cr, Mo, W, Al.

Стали мартенситного класу призначені для виробництва виробів, що працюють при температурі в діапазоні 450-600 про С. Підвищена жаропрочность у мартенситних сталей досягається зменшенням (до 0.10-0.15%) вмісту вуглецю і легуванням хромом 10-12%, молібденом, ніобієм, вольфрамом, або середнім (0, 4%) вмістом вуглецю і легуванням кремнієм (до 2-3%) і хромом (в межах 5-10%).

Застосування спеціальних сталей і сплавів вузьконаправлене і найбільш ефективно в складних областях виробництва. Наприклад, жароміцні стали марки 30Х12Н7С2 і 30Х13Н7С2С знайшли широке застосування в сучасному двигунобудування. Марки 15ХМ і 12Х12ВНМФ - у виробництві котлів та посудин під тиском. Марка стали ХН70ВМТЮ йде на виробництво лопаток газових турбін, а 08Х17Т використовується при виготовленні топкових елементів печей. До жароміцним також відноситься нержавіюча сталь.

Марки нержавіючої сталі

Перш за все це ЕІ417 або 20Х23Н18 згідно з ГОСТ 5632-61. Аналог західноєвропейських і американських виробників - відома AISI 310. Аустенітна сталь, вироби з якої затребувані для роботи в середовищі з температурою, досягає 1000 ° C.

20Х25Н20С2, вона ж ЕІ283 - аустенітний сплав, стійкий до температур в 1200 ° С і вище.

Низьковуглецеві сплави з вмістом хрому від 4 до 20% використовується для виробництва листової нержавіючої сталі. Жароміцний нержавіюча сталь по сортаменту випускається холоднокатаної і гарячекатаної, товстолистовий і тонколистової.

Гідності й недоліки

Властивості жароміцних сталей роблять незамінним цей матеріал в таких сферах, як ракетобудування і космічна галузь, складне двигунобудування, авіапромисловість, виробництво ключових елементів газових турбін і багатьох інших. Їх частка в прокаті високотехнологічної стали досягає 50%. Деякі сплави здатні працювати при температурі понад 7000 ° С.

Цей складний у виробництві матеріал, виготовлення якого неможливо без спеціального обладнання і кваліфікованого персоналу, має високу собівартість. Використання подібних сталей не може бути універсальним, тому для його ефективного застосування необхідна наявність розвиненої науково-технічної бази.

Категорія:

Будівництво та ремонт