Жаропрочная сталь: марка, подробное описание

Жаропрочная сталь, марки и виды которой рассмотрим далее, предназначена для длительного использования с учетом воздействия высоких термических и электрических нагрузок. Способ изготовления данного материала предусматривает последующую его эксплуатацию в течение длительного периода без деформаций. Особенности этого вида стали: высокая прочность и ползучесть. Рассматриваемые металлы преимущественно используются для постройки конструкций ненагруженного типа, эксплуатируемых под воздействием газовой окислительной среды и температур в диапазоне от 500 до 2000 градусов по Цельсию.

Характерные особенности

Марки жаропрочных и жаростойких сталей отличаются длительной прочностью. Этот показатель подразумевает возможность противостояния материала отрицательным внешним факторам на протяжении длительного времени. Высокая ползучесть – это влияние на непрекращающуюся деформацию стали в условиях повышенной трудности в плане эксплуатации и обслуживания.

От указанных факторов зависит возможность использования материала в той или иной сфере. Ползучесть характеризует предельный процент деформации, который в рассматриваемом случае составляет от 5 процентов на 100 часов до 1 % на 100 тысяч часов. По ГОСТУ 5632-72 любая марка жаропрочной стали не должна включать в себя добавки сурьмы, свинца, олова, мышьяка и висмута. Это обусловлено тем, что указанные материалы имеют малую температуру плавления, а это негативно сказывается на характеристиках конечного продукта. Некоторые элементы при нагревании выделяют негативные для здоровья человека испарения, что также сказывается на их непригодности для включения в подобного рода стали. В результате оптимальным составом для изготовления материала является железная основа с примесью хрома, никеля и прочих металлов, устойчивых к высоким температурам и окислительным процессам различного рода.

Жаропрочная сталь: марки

Ниже приведены основные марки рассматриваемого материала:

• Марка P-193 содержит не более одного процента углерода, 0,6 % марганца и кремния, а также порядка 30 % никеля и хрома, 2 % титана.
• Тинидур: углерод – до 0,13 %, марганец и кремний – не выше 1 %, хром – 16 %, алюминий – до 0,2 %, никель – 30-31 %.
• Жаропрочная сталь марки А-286 включает в себя в процентном соотношении 0,05 % углерода, 1,35 % марганца, 25 % никеля, 0,55 % кремния, 1,25 % молибдена, 2 % титана.
• Тип DVL42: 0,1 % углерода, не более одного процента марганца, 33 % никеля, 23 % кобальта, до 1 % кремния, 5 % молибдена, 1,7 % титана.
• DVL52 имеет похожий состав с указанной выше маркой, только вместо титана в состав входит до 4,5 процента тантала.
• Хромадур: 0,11 % углерода, 0,6 % кремния, 1,18 % марганца, 0,65 % ванадия, 0,75 % молибдена.

Все указанные разновидности жаропрочной стали производятся по схожей технологии, отличается только состав. Оставшаяся часть приходится на железо. Оно является основой для любых типов рассматриваемого материала.

Производство

Марки жаропрочных сталей для печей, как и их аналоги, требуют соблюдения определенных условий при выплавке. В отличие от производства обычных сталей, в состав сплава должно интегрироваться минимальное включение углерода, что направлено на обеспечение требуемой степени прочности. В связи с этим кокс не подходит для топки печей. Вместо него используется кислород газообразного типа. Он дает возможность достигать быстрой температуры плавления металла за короткий срок.

Как правило, рассматриваемый материал производят преимущественно из вторичного сырья. Хром и сталь помещают одновременно в печь, а сжигаемый кислород разогревает металл до степени плавления. В процессе происходит окисление выделяемого углерода, который по технологии нужно убрать из состава сплава. Кремний в небольших количествах дает возможность защитить хром от окисления, также в начале плавления добавляется никель. Остальные присадки смешиваются с основным сырьем в конце процесса. Температура проведения процедуры составляет порядка 1800 градусов по Цельсию.

Обработка

Обработка любой марки нержавеющей жаропрочной стали осуществляется при помощи подготовленных твердых резцов. Они изготавливаются из металлов, вмещающих кобальтовые и вольфрамовые сплавы. Остальной технологический процесс практически идентичен обработке стандартных марок. Она проводится на штатных винторезных токарных станках с использованием стандартных смазочных и охлаждающих жидкостей. Техника безопасности также не отличается.

Сварочные работы по рассматриваемому материалу выполняются дуговым либо аргонным методом. До начала сваривания обе соединяемые детали должны пройти закаливание, заключающееся в нагревании элемента до 1000 градусов и последующем мгновенном охлаждении. Подобный способ дает возможность избежать появления трещин в процессе сварки. Важно при этом сохранить степень качества шва на уровне основного материала, иначе могут появиться серьезные неполадки во время эксплуатации.

Применение

Рассматриваемый материал используется в условиях, когда подразумевается постоянная тепловая нагрузка на деталь. Например, назначьте марку жаропрочной стали сильхром для клапанов либо похожих изделий, и убедитесь в ее эффективности. Также данный состав используется часто для специальных печей с высокой температурой нагрева. Особенности стали позволяют выдержать до нескольких десятков тысяч рабочих циклов, что существенно снижает себестоимость продукции.

Аустенитные марки применяются в производстве роторов, турбинных лопастей и клапанов двигателей. Они имеют отличную сопротивляемость высоким температурам и усиленную устойчивость к вибрационным и механическим воздействиям. Черная марка жаропрочной стали с повышенной сопротивляемостью коррозии используется преимущественно для производства конструкций, применение которых выполняется на открытом воздухе либо в условиях повышенной влажности. К особенностям этого вида можно отнести высокое включение в составе хрома, который дает возможность повысить эффективность противостояния окислению и прочим разрушительным процессам.

Литые жаропрочные стали: марки для звеньев цепи, трубопроводов и клапанов

Среди данной категории сталей мартенситного класса, наиболее известными являются следующие марки:

• Х-5. Из этой стали производят трубопроводы, ориентированные на работу при температуре не выше 650 градусов.
• 1Х8ВФ, Х5ВФ, Х5М – используются для выпуска труб и оборудования, рассчитанного на эксплуатацию при температуре 500-600 градусов. При этом период работы ограничен (от одной до ста тысяч часов).
• 4Х9С2, 3Х13Н7С2 – выдерживают термическую нагрузку до 950 градусов по Цельсию, служат для изготовления клапанов моторов транспортных средств.
• 1Х8ВФ – марка подходит для производства паровых турбин, выдерживает нагрузку в 500 градусов с ресурсом работы не менее 10 тысяч часов.

Структурные нюансы

Марки жаропрочной стали для котлов с мартенситной структурой в своей основе имеют перлит. Он меняет свое состояние, в зависимости от содержания хрома. Для получения изделий с внутренним показателем высокотвердого сорбита, материал сначала закаливают при температуре не менее 950 градусов, после чего подвергают отпуску. К таким маркам относятся: Х10С2М, Х6С, Х7СМ, Х9С2. Перлитные виды относятся к хромомолибденовым и хромокремнистым категориям.

Стальные сплавы, которые содержат в составе до 33 процентов хрома, относятся к жаростойким материалам с ферритной внутренней конфигурацией. Изделия из этого материала подвергаются отжигу, что позволяет сформировать мелкозернистую структуру. При нагреве таких сталей выше 850 градусов, зернистость становится выше, что приводит к увеличению хрупкости материала. Марки этой категории: Х17, 1Х12СЮ, Х25Т, Х28, 0Х17Т.

Тугоплавкие стали

Для эксплуатации изделий, выдерживающих до двух тысяч градусов, используются тугоплавкие металлы. Ниже приведены элементы, которые используются в таких составах, и их температура плавления в градусах по Цельсию:

• Ванадий – 1900.
• Тантал – 3000.
• Вольфрам – 3400.
• Ниобий – 2415.
• Молибден – 2600.
• Рений – 3180.
• Цирконий – 1855.
• Гафний – 2000.

Конфигурация этих металлов меняется при нагреве, поскольку высокая температура позволяет перевести их в хрупкое состояние. Волокнистая структура элементов достигается путем рекристаллизации тугоплавких сталей. Повышение жаропрочности материала выполняется посредством добавления специальных смесей. Подобным образом составы защищаются и от окисления.

В заключение

Другое название жаропрочной марки стали (нержавейки) – окалиноустойчивая. Подобные материалы наделяются таким качеством в процессе производства. В результате они способны функционировать длительный период в условиях высоких термических воздействий без деформаций, проявляя при этом противостояние газовой коррозии. Проще говоря, посредством сплавов различных элементов добиваются оптимальных качеств жаростойких материалов, в зависимости от предполагаемых условий эксплуатации.

Жаропрочные стали, представленные на современном рынке большим разнообразием марок, как и жаростойкие сплавы различных категорий, признаются большинством специалистов лучшим материалом для изготовления деталей и частей конструкций и оборудования, эксплуатация которого проводится в постоянном контакте с высокими температурами, агрессивной средой либо другими сложными воздействиями.