Вряд ли найдутся люди, сомневающиеся в том, что нет ничего прочнее, чем металл, особенно, если он относится к нержавеющей группе. Но такое утверждение – весьма обобщенное потому, что нержавеющий металлопрокат может иметь разные формы, толщину стенок и др. Нержавеющую трубу 6х1, 10х0,5 можно перегнуть руками без особенных усилий. В целом же, нержавейка наделена массой достоинств. Даже название указывает на то, что такой не ржавеет и не поддается разрушению, он долговечный и эстетичный. Наличие в нем определенного количества хрома, никеля, других элементов делает металл устойчивым в условиях морской воды, кислоты, нефти, хлористой среды.

Группировка

Промышленность предлагает нержавеющую сталь, марки которой относятся к следующим группам:

• аустенитной (хрома 15-26% ; 5-25% никеля, молибдена 2-6%);
• ферритной (углерода 0,2%; хрома 12-27%);
• дуплексной(смешанной ферритно-аустенитной структуры с включением 18% — 28% хрома и 4,5% — 8% никеля) ;
• мартенситной (хрома 10-13%; углерода 0,2-1,0%).

Самыми популярными считаются ферритные (AISI 430; AISI 201) и аустенитные (AISI 304, AISI 321, AISI316, AISI 316T) группы. Они не берутся на магнит и имеют широкий ареал применения. Нержавеющая сталь мартенситной группы обладает определенными полезными свойствами, но берется на магнит. Ее чаще всего используют в промышленности, исключив применение в сфере, связанной с продуктами, напитками.

Нержавеющая сталь марок 12 Х18Н10Т и 08Х18Н10Т

В России все чаще марки нержавеющей стали называют европейскими названиями AISI с трехзначными цифрами. Но наряду с таким наименованием еще применяют советский ГОСТ, где указано процентное содержание углерода, хрома, никеля и др. Нержавейка 08х18н10т состоит из хромо-никелевого сплава с составом:

• углерода(С)-0,8%;
• хрома (Х)- 18%;
• никеля (Н)-10%;
• титана(Т)-1%.

Нержавейка 12Х18Н10Т идентична стали 08х18н10т и состоит из:

• углерода(С)-12%;
• хрома-(Х) 18%;
• никеля(Н)-10%;
• титана(Т)-1%.

Марки 12 Х18Н10Т; 08Х18Н10Т – самые популярные, они соответствуют европейскому названию AISI 321,AISI 304. Такая нержавейка относится к аустенитной группе и обладает свойствами:

• устойчивости;
• прочности;
• долговечности;
• эстетичности.

Такую нержавейку еще называют пищевой и широко применяют в медицине, пищевой и спиртовой промышленностях. Многие детали станкостроения, машиностроения также изготавливают из стали 12Х18Н10Т; 08Х18Н10Т, ввиду конструкторских требований. Не отказываются от пищевой нержавейки при нефтедобыче и переработке. Нержавейку этого класса можно легко обрабатывать, сваривать, полировать. Режут нержавеющую стать на специальных пилах или плазмой.

Жаропрочная нержавеющая сталь

Многие потребители думают, что если их изделие состоит из нержавейки, то оно не боится ничего. Это отчасти, правда, но не в полной мере. Применение на термичке, в горячих цехах обычной нержавейки приведет к ее разрушению. В условиях особенно повышенных температур применяют специальную жаропрочную нержавейку, которая наделена устойчивостью к температурам свыше 1000 градусов. Такие сплавы должны содержать не меньше, чем 17% хрома и определенное количество никеля, других составных компонентов. К жаропрочной относят нержавеющую сталь марки 20Х23Н18 (AISI 310), 10Х23Н18 (AISI 310S), 20Х20Н14C2 (AISI 309), 20Х25Н20С2 (AISI 314) , 95Х18 и др. Ее применяют в камерах сгорания, подвесках, хомутах, деталях крепления для котлов, корзин для термических печей др.

Ассортимент

Ассортимент выпускаемого нержавеющего проката чрезвычайно широк. Его можно приравнять к черному прокату за исключением балок, полос, швеллеров, труб с большим диаметром.
Пользуются популярностью нержавеющие:

• тонкие листы;
• круги;
• квадраты, шестигранники, уголки.

Жаропрочностьюназывается способность материала длительно сопротивляться деформированию и разрушению при повышенных температурах.

При длительном нагружении при высоких температурах поведение материала определяется диффузионными процессами. Для этих условий характерны процессы ползучести и релаксации напряжений.

Ползучесть представляет собой медленное нарастание пластической деформации под действием напряжений, меньших предела текучести. Ползучесть приводит к релаксации (постепенному уменьшению) напряжений в предварительно нагруженных деталях.

Критериями жаропрочности являются предел ползучести и предел длительной прочности.

Пределом ползучести называется напряжение, под действием которого материал деформируется на определенную величину за определенное время при заданной температуре. В обозначении предела ползучести указывают температуру, величину деформации и время, за которое она возникает. Например, МПа означает, что под действием напряжения 100 МПа за 100 000 ч при температуре 550 °С в материале появится пластическая деформация 1 %.

Пределом длительной прочности называют напряжение, которое вызывает разрушение материала при заданной температуре за определенное время. В обозначении предела длительной прочности указывают температуру и время разрушения. Например, =130 МПа означает, что при температуре 600 °С материал выдержит действие напряжения 130 МПа в течение 10000 часов. Предел длительной прочности всегда меньше предела прочности, определяемого при кратковременных испытаниях при той же температуре.

Основной путь повышения жаропрочности – создание в материалах крупнозернистой структуры с однородным распределением мелких частиц упрочняющих фаз внутри зерен и на их границах. Для получения оптимальной структуры в жаропрочных сталях используют комплексное легирование, и по химическому составу эти материалы сложнее обычных легированных сталей и сплавов.

Упрочняющими фазами в жаропрочных сталях служат карбиды. Эффективность упрочнения определяется свойствами частиц и их распределением. Чем они мельче и чем ближе находятся друг от друга, тем выше жаропрочность.

Для упрочнения границ в жаропрочные стали и сплавы вводят малые добавки (0,1…0,01 %) легирующих элементов, которые концентрируются по границам зерен. Особенно часто в этих целях используют бор, церий и другие редкоземельные металлы.

Дополнительными мерами повышения жаропрочности служат:

1) термомеханическая обработка для получения структуры полигонизации;

2) увеличение прочности межатомных связей в сталях, когда благодаря легированию ОЦК решетка заменяется ГЦК решеткой;

3) создание анизотропной структуры направленной кристаллизацией.

Ниже 450 °С вполне пригодны обычные конструкционные стали и нет необходимости заменять их жаропрочными сталями.

При температурах 450…700 °С используются перлитные, мартенситные и аустенитные жаропрочные стали с жаропрочными свойствами =80…120МПа и =30…90 МПа.

К перлитным жаропрочным сталям относятся такие стали, как 12ХМФ и 25Х2М1Ф с максимальной рабочей температурой 580 °С, легированные карбидообразующими химическими элементами, такими как хром, молибден и ванадий. Эти стали используются главным образом в котлостроении.

Мартенситные стали предназначены для изделий, работающих при температурах до 600 °С, и от перлитных сталей отличаются повышенной стойкостью к окислению в атмосфере пара или топочных газов.

К мартенситным жаропрочным сталям относятся такие стали, как 15Х5М, 15Х11МФ, 11Х11Н2В2МФ и 40Х10С2М (сильхром), с повышенным содержанием хрома. Сильхромы характеризуются повышенной жаростойкостью в среде горячих выхлопных газов и используются для изготовления клапанов двигателей внутреннего сгорания.

Аустенитные жаропрочные стали по жаропрочности превосходят перлитные и мартенситные стали и используются при температурах от 600 до700 °С. Основными легирующими элементами являются хром и никель, для образования карбидов вводят Mo, Nb, Ti, Al, W и др. Примеры аустенитных жаропрочных сталей: 12Х18Н10Т, 45Х14Н14В2М, 10Х11Н20Т3Р.

Контрольные вопросы

1. Какие марки жаропрочных сталей Вы знаете?

2. Какие марки жаростойких сталей Вы знаете?

3. Как можно повысить жаропрочность сталей?

4. Какие детали следует изготавливать из жаропрочных сталей?

5. Какие марки жаростойких и жаропрочных сталей относятся к аустенитному классу?

6. Какие марки жаростойких и жаропрочных сталей относятся к мартенситному и мартенситно-ферритному классу?

7. Какие марки жаростойких и жаропрочных сталей обладают интерметаллидным упрочнением?

8. Как расшифровать марку жаростойкого сплава ХН60Ю3?

9. Что означает МПа?

10. Из какого материала изготавливают клапаны двигателей внутреннего сгорания?

11. В каком случае следует заменить конструкционные стали на жаропрочные?

12. В чем заключается критерий жаропрочности?

13. Какие основные легирующие элементы повышают жаропрочность в жаропрочных сталях?

14. Какие марки сталей применяются для работы при температурах 550…800 °С?

15. Из какой стали изготавливают нагревательные котлы?

16. Как расшифровывается марка стали 45Х14Н14В2М?

Для работы в особых условиях, которые могут быть обусловлены высокой температурой или электрическим напряжением, необходим материал, который способен противостоять негативным воздействиям окружающей среды. Именно для таких целей и были произведены марки сталей, которые являются жаропрочными.

Изготавливается этот материал специальным способом, который позволяет выдерживать и не деформироваться при долговременном негативном внешнем воздействии долгий временной промежуток. Характеризуется эта разновидность стали ползучестью и прочностью , которые являются основными показателями этого продукта промышленности.

Ползучесть отвечает за действие непрерывной деформации материала при нахождении стали в неблагоприятных условиях. Прочность отвечает за период, который может жаропрочная сталь противостоять внешним воздействиям.

Жаростойкая марка сплавов – что это?

Жаропрочность, которая ещё называется окалиностойкостью, показывает с какой прочностью тот или иной материал при высокой температуре на протяжении длительного времени может противостоять газовой коррозии. Способность стали не поддаваться пластической деформации и разрушению свидетельствует о том, что этот материал является жаростойким.

Такие жаростойкие сплавы применяются во многих отраслях промышленности. Например, нагревательный элемент печей, который работает при +550°С не может быть изготовлен из обычной, не жаропрочной стали, она просто не сможет выдержать такой нагрузки.

При температурах свыше пятисот пятидесяти градусов сплавы на основе железа способны к окислению, что вызывает формирование на их поверхности оксида феррума. Характеризуется это соединение кристаллической решёткой, в которой недостаёт атомов кислорода, что вызывает появление окалины хрупкого типа.

Чтобы произвести сталь жаропрочной марки нужно в сплав добавить такие элементы, как алюминий, хром, кремний. Именно такие соединения позволяют воспроизводить с кислородом другие решётки , которые отличаются надёжным и плотным строением. Количество и состав добавок формируется в зависимости от окружающей среды, в какой будет впоследствии работать эта жаростойкая марка стали.

Максимальная жаростойкость сплавов обнаруживают те материалы , которые были произведены базе никеля. Маркировка, которая относится к таким сплавам:

• 15Х25Т;
• 36Х18Н25С2;
• 15Х6СЮ;
• 08Х17Т.

Добавление хрома также способствует увеличению жаропрочности стальных композиций, которые могут, не теряя своих основных качеств работать даже при - 1150 °С.

Жаропрочная марка сплава – что она собой представляет

Марка такой стали подходит для изготовления изделий, которые будут функционировать в условиях повышенной температуры и будет присутствовать эффект ползучести . Ползучесть или склонность сплава к медленной деформации происходит под воздействием постоянной нагрузки и неизменной температуре.

Ползучесть металла бывает двух видов:

• Длительной;
• Кратковременной.

Так как жаропрочность сплава и её марка зависит от вида ползучести, то её устанавливают во время растяжения изделий и проведении анализов на основе итогов поведения сплава. Проводят такие процедуры в нагревательной печи при заданных температурах. Так определяется предел ползучести и разрушение материала при воздействии температуры и временного промежутка.

Марки жаростойких сталей, их классификация и описание

Структуры таких жаростойких сталей подразделяются на:

Существует и подразделение жаропрочных сплавов на аустенитно-ферритные (мартенситные) и ферритные.

Производится такие марки мартенситных сплавов:

• 4Х9С2 и 3Х13Н7С2 (такая марка стали используется в основном в клапанах автодвигателей, где температура поднимается до 850–950°С);
• Х6СМ, Х5М, 1Х8ВФ, 1Х12H2ВМФ, Х5ВФ (такой сплав подойдёт для производства деталей и узлов, которые должны работать 1000–10000 часов в границах температур 500 - 600°С);
• Х5 (такая марка используется для производства труб, которые будут работать при температуре ограниченной 650°С);
• 1Х8ВФ (такой вид сплавов используют при изготовлении деталей паровых турбин, которые могут работать 10000 часов без потерь при температуре, которая не будет превышать 500°С).

При добавлении хрома в перлитные сплавы получаются мартенситные марки сплавов. К перлитным материалам можно отнести жаропрочные сплавы с маркировкой: Х7СМ, Х10С2М, Х9С2, Х6С . Производится их закалка при 950–1100°С, а затем при 8100°С производят отпуск стали, что позволяет создавать твёрдые конструкции со структурой сорбита.

Ферритные сплавы обладают мелкозернистой структурой, которую они получают после термообработки и обжига. В таких композициях, как правило, присутствует хром в процентном соотношении от двадцати пяти до тридцати трёх. Такие жаропрочные стали применяют производства теплообменников и пиролизного оборудования.

К ферритным сплавам относят такие маркировки материалов: 1Х12СЮ, Х28, Х17, Х18СЮ, 0Х17Т, Х25Т . Но их нельзя нагревать больше чем сто восемьдесят градусов иначе материал станет хрупким из-за своей крупнозернистой структуры.

Мартенситно-ферритные материалы отлично подходят для производства машиностроительных деталей, работа которых будет производиться при температуре в шестьсот градусов, причём длительное время.

Самые востребованные жаростойкие сплавы

Аустенитные жаростойкие сплавы стали самыми востребованными материалами в данный момент в этом сегменте сталеварения. Их структура создаётся при помощи входящего в состав никеля, а жаростойкие качества обеспечиваются наличием хрома . Такие аустенитные марки хорошо противостоят появлению окалины при температурах, не превышающих тысячи градусов.

При изготовлении этого сплава используют два вида уплотнителя: интерметаллический или карбидный. Именно эти уплотнители обеспечивают аустенитную сталь особыми свойствами, которые так востребованы в различных современных производствах.

Самые востребованные и актуальные сплавы делятся на две группы:

• дисперсионно-твердеющие (марки Х12Н20Т3Р, 0Х14Н28В3Т3ЮР, 4Х14Н14В2М, 4Х12Н8Г8МФБ – такая сталь самый подходящий материал для изготовления деталей турбин и клапанов двигателей);
• гомогенные (марки Х25Н20C2, 1Х14Н16Б, Х23Н18, Х25Н16Г7АР, Х18Н10T, 1Х14Н18В2Б, Х18Н12T – данные марки используются для производства труб и арматуры, которые будут работать при больших нагрузках).

Аустенитно-ферритные стали благодаря своему сплаву со стабильным строением обнаруживают довольно-таки высокую жаропрочность. Подобные марки из-за своей хрупкости нельзя использовать для производства нагруженных деталей, но эти сплавы отлично себя показывают при температурах, доходящих до 1150°С.

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:

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.

Различные марки жаропрочных и жаростойких сталей и сплавов признаются лучшим материалом для изготовления конструкций, функционирующих в особо сложных и агрессивных средах.

1

Окалиностойкость, иначе называемая жаростойкостью, представляет собой способность тех или иных сплавов либо металлов противостоять на протяжении длительного времени при повышенных температурах . 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.

2

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.

3

По состоянию своей структуры такие сплавы бывают:

• мартенситно-ферритными;
• перлитными;
• аустенитными;
• мартенситными.

А жаростойкие сплавы дополнительно подразделяются еще на:

• аустенитно-ферритные или мартенситные;
• ферритные.

• 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 , 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.

4

Наибольшей востребованностью пользуются , 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).

5

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.

6

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.

Жаропрочная сталь предназначается для длительной эксплуатации под воздействием высоких температур или постоянного электрического напряжения. Материал изготавливается таким способом, чтобы, несмотря на постоянное негативное воздействие, не подвергаться деформации и сохранять свои первоначальные свойства. Данный вид стали характеризуется двумя основными показателями - длительной прочностью и ползучестью. Д

Длительная прочность подразумевает способность материала противостоять негативному внешнему воздействию в течение длительного периода времени. Ползучесть жаропрочной стали означает действие непрерывной деформации материала при работе в неблагоприятных условиях. Это очень важный показатель, от которого зависит возможность применения той или иной марки на определенном производстве. Ползучесть указывается как предельно допустимый процент деформации за отведенный срок эксплуатации. Она составляет от 5% на 100 часов до 1% на 100000 часов.

Марки жаропрочной стали

Согласно ГОСТу 5632-72 жаропрочная сталь не должна содержать примесей свинца, сурьмы, висмута, олова и мышьяка. Это связано с тем, что часть из указанных металлов имеет небольшую температуру плавления, и их наличие в структуре материала может негативно сказаться на его жаростойких свойствах. А другие элементы из списка при нагревании выделяют негативные вещества, опасные дл жизни и здоровья человека, поэтому их присутствие в сплаве крайне нежелательно.

Жаропрочные стали и сплавы изготавливаются на основе железа с добавлением других металлов. Способность противостоять высоким температурам достигается при помощи добавления хрома и никеля. Содержание других металлов в сплаве незначительно. Марки жаропрочной стали различаются по процентному соотношению различных составляющих в структуре материала. Сталь P-193 содержит до 1% углерода, не более 0,6% марганца и кремния, по 30% никеля и хрома, около 2% титана.

Марка тинидур состоит из 0,13% углерода, 1% марганца и кремния, 31% никеля, 16% хрома, 0,2% алюминия. Сталь А286 имеет структуру: 0,05% углерод, 1,35% марганец, 0,55% кремний, 25% никель, 15% хром, 1,25% молибден, 2% титан, 0,2% алюминий. Материал DVL42 содержит 0,1% углерода, до 1% марганца, 0,8% кремния, 33% никеля, 23% кобальта, 16% хрома, 5% молибдена, 1,7% титана.

Похожий состав и у марки DVL52, только вместо титана она содержит 4,5% тантала. Вещество хромадур состоит из 0,11% углерода, 18% марганца, 0,62% кремния, 12,5% хрома, 0,75% молибдена, 0,65% ванадия и 0,2% азота. Оставшаяся часть во всех марках приходится на железо. Все перечисленные марки жаропрочной нержавеющей стали производятся по одинаковой технологии. Различаются лишь компоненты и их доля в общей массе сплава.

Производство и обработка жаропрочной стали

Выплавка термостойкой стали требует особых условий, которые не нужны при производстве стандартных марок. В составе сплава должно быть предельно низкое содержание углерода, чтобы обеспечить продукции требуемый уровень прочности. Поэтому кокс не годится для топки печей. В качестве топлива используется газообразный кислород. Это позволяет быстро нагревать металл до высокой температуры, необходимой для плавления.

Производят жаропрочные нержавеющие стали в основном из вторичного сырья. При этом сталь и хром кладут в печь одновременно. Сжигаемый кислород быстро разогревает металл до температуры плавления, при этом в процессе происходит окисление выделяющегося углерода, который как раз и необходимо убрать из состава стали. Для защиты хрома от окисления добавляют небольшое количество кремния. Никель добавляют в завалку уже после начала процесса плавления. Остальные примеси присаживают в самом конце процедуры. Протекает процесс плавления при температуре около 1800 градусов по Цельсию.

Обработка жаропрочной стали производится специальными твердыми резцами, изготовленными из металлов кобальто-вольфрамовой группы. В остальном технология мало чем отличается от обработки стандартных марок. Используются те же самые токарно-винторезные станки, применяются штатные смазочно-охлаждающие жидкости. В правила техники безопасности также не вносится новых пунктов.

Сварка жаропрочной стали производится дуговым или аргоно-дуговым методом. Перед началом процедуры обе соединяемые детали должны обязательно пройти процесс закалки, который состоит в нагревании металла до температуры 1000-1100 градусов по Цельсию, а затем мгновенном охлаждении. Данная манипуляция позволит избежать микро и макротрещин во время сварочных работ. Очень важно, чтобы сварочный шов по своим характеристикам не уступал основному материалу, иначе это может стать серьезной проблемой во время эксплуатации.

Применение жаропрочной стали

Применяется жаропрочная сталь в тех случаях, когда работа подразумевает постоянные тепловые нагрузки на деталь. В первую очередь материал используется для изготовления различных печей. Он значительно продлевает долговечность устройства и способен выдерживать несколько десятков тысяч производственных циклов. Такой подход позволяет снизить себестоимость продукции.

Аустенитные жаропрочные стали применяются при изготовлении роторов, турбинных лопастей, двигательных клапанов. Их особенностью является не только хорошая сопротивляемость высоким температурам, но и повышенная стойкость к вибрационному и ударному воздействию. Коррозионностойкая жаропрочная сталь используется в основном для изготовления объектов, которые эксплуатируются на улице или в условиях повышенной влажности. Ее особенностью является высокое содержание хрома в сплаве, который и позволяет эффективно бороться с окислением и другими негативными воздействиями окружающей среды.

Высоколегированная жаропрочная сталь является материалом для изготовления теплообменных труб, реакторов, паровых установок. Она предназначается для работы с постоянно высокими температурами (300-700 градусов по Цельсию) в течение продолжительного периода. Листовая жаропрочная сталь является базовой заготовкой для производства различных устройств. Из нее можно изготавливать котлы, использовать в качестве внутреннего материала для печей, вырезать из листа детали разнообразной формы.