Rozwój nowych technologii przemysłowych, technologii rakietowej, zaawansowanego sprzętu turbinowego w połowie lat pięćdziesiątych ubiegłego wieku pociągnął za sobą modernizację całego przemysłu metalurgicznego. W osobnym kierunku wyróżniały się prace nad stworzeniem stopów żaroodpornych. Z czasem znalazły zastosowanie w inżynierii nuklearnej, energetyce i przemyśle chemicznym i zajęły swoje miejsce w łańcuchu branż zaawansowanych technologii.

Materiały żaroodporne i żaroodporne

Żaroodporne i żaroodporne stopy to duża grupa materiałów stopowych z dodatkami molibdenu, tytanu, chromu i szeregu innych pierwiastków. Wszystkie te stopy są wykonane na bazie żelaza, niklu i kobaltu. Ich główną cechą jest zachowanie zwiększonej wytrzymałości w wysokich temperaturach.

Główne typy

Najczęstsze stopy oparte są na żelazie . Są to stale chromowe, chromowo-niklowe oraz chromomanganowe z dodatkami molibdenu, tytanu i wolframu. Stopy produkowane są również z pierwiastków stopowych, takich jak aluminium, niob, wanad, bor, ale w mniejszych ilościach.

W większości przypadków procent dodatku dodatków do stali sięga od 15 do 50%

Drugą bardzo popularną grupą są stopy na bazie niklu. Chrom jest stosowany jako dodatek. Odporność na ciepło jest również zwiększona przez dodanie tytanu, ceru, wapnia, boru i pierwiastków o podobnym składzie. W niektórych kompleksach technologicznych pożądane są stopy na bazie niklu z molibdenem.

Trzecia grupa obejmuje żaroodporne stopy na bazie kobaltu. Ich pierwiastkami stopowymi są węgiel, wolfram, niob, molibden.

W metalurgii istnieje wiele materiałów stosowanych w stalach stopowych:

  • chrom
  • nikiel
  • molibden
  • wanad
  • niob
  • tytan
  • Mangan
  • Wolfram
  • krzem
  • tantal
  • aluminium
  • miedź
  • bor
  • kobalt
  • cyrkon.

Powszechnie stosowane pierwiastki ziem rzadkich.

Skład chemiczny

Określenie składu chemicznego materiałów żaroodpornych jest złożonym procesem. Konieczne jest uwzględnienie nie tylko głównych pierwiastków stopowych, ale także tego, co wchodzi do produktu jako zanieczyszczenia lub pozostaje w wyniku reakcji chemicznych zachodzących podczas topienia.

Wprowadzane są specjalnie dodane pierwiastki stopowe w celu uzyskania niezbędnych właściwości technologicznych, fizycznych i mechanicznych. Zanieczyszczenia i pierwiastki chemiczne powstające podczas wytopu mogą pogorszyć właściwości metalu wysokostopowego.

W przypadku stopów chromowo-niklowych i materiałów ogniotrwałych na bazie kobaltu obecność siarki powyżej 0, 005%, ślady cyny, ołowiu, antymonu i innych metali o niskiej temperaturze topnienia są niebezpieczne.

Struktura i właściwości

Odporność na ciepło zależy nie tylko od składu chemicznego metali, ale także od formy, w jakiej Zanieczyszczenia znajdują się w stopie. Na przykład siarka w postaci siarczków niklu obniża temperaturę topnienia. Ta sama siarka w połączeniu z cyrkonem, cerem i magnezem tworzy struktury ogniotrwałe. Duży wpływ na odporność na ciepło wywiera czystość niklu lub chromu. Należy jednak pamiętać, że właściwości stopów różnią się w zależności od zastosowanej technologii.

Główną właściwością określającą odporność cieplną materiału jest pełzanie. Jest to zjawisko ciągłej deformacji pod ciągłym naprężeniem. Odporność na zniszczenie materiału pod wpływem temperatury

Klasyfikacja stopów

Pierwszym parametrem klasyfikacji stopu jest odporność na ciepło, to znaczy zdolność materiału do wytrzymywania odkształceń mechanicznych w wysokich temperaturach, bez odkształceń.

Po drugie, jest to odporność na ciepło (odporność na zgorzelinę). Zdolność materiału do wytrzymania korozji gazowej w wysokich temperaturach. Opisując procesy o temperaturze do sześciuset stopni Celsjusza, stosuje się termin „odporność na ciepło”.

Jedną z głównych cech jest limit pełzania . Jest to naprężenie, przy którym odkształcenie materiału przez określony czas osiąga określoną wartość. Czas deformacji to okres trwałości części lub konstrukcji.

Dla każdego materiału ustalana jest maksymalna wartość odkształcenia plastycznego. Na przykład w przypadku łopat turbiny parowej odkształcenia te nie powinny przekraczać 1% w ciągu 10 lat. Łopatki turbin gazowych - nie więcej niż 1-2% przez 500 godzin. Rur kotłów parowych pracujących pod ciśnieniem nie należy odkształcać o więcej niż 1% na 100 000 godzin pracy.

Zgodnie z metodą otrzymywania materiału gatunki żaroodporne klasyfikuje się w następujący sposób .

  1. Stale chromowe klasy martenzytycznej: X5, X5M, X5VF, 1H8VF, 4Kh8S2, 1Kh12N2VMF.
  2. Stale chromowe klasy martenzytyczno-ferrytycznej: Kh6SYu, 1Kh11MF, 1Kh12VNMF, 15Kh12VMF, 18Kh11MFB, 1Kh12V2MF.
  3. Stale chromowe klasy ferrytycznej: 1х12СЮ, 0Х13, Х14, Х17, Х18СЮ, Х25Е, Х28.
  4. Stal austenityczno-martenzytyczna i austenityczno-ferrytyczna: 2X13H4G9, X15H9YU, X17H7YU, 2X17H2, 0X20H14C2, X20H14C2.
  5. Stal klasy austenitycznej: 0X18H10, 0X18H11, 1X18H9, 0X18H12T, 1X18H12T.

Oznaczenia stali różnią się w zależności od GOST i specyfikacji technicznych. Na powyższej liście zastosowano klasyfikację GOST 5632–61, w której łatwo jest prześledzić obecność pierwiastka stopowego za pomocą liter. X to chrom, B to wanad, M to molibden. Na przykład kod 09Г2С oznacza, że ​​stop zawiera 0, 09% węgla, 2% manganu i krzemu, co stanowi mniej niż 1%. Liczba z przodu pokazuje zawartość węgla (do jednego procent bez liczby). Liczba po literze pokazuje procent określonego pierwiastka stopowego. Gdy zawartość dowolnego elementu jest mniejsza niż jeden procent, liczby nie są wstawiane.

Innym dokumentem normatywnym jest GOST 5632–61, wykorzystujący specjalną notację. Aby szybko skorelować różne GOST i warunki techniczne, możesz użyć odpowiedniego katalogu lub asortymentu poszczególnych problemów.

Według GOST 5632–61 stopy są klasyfikowane w następujący sposób:

  1. Stal austenityczna o wysokiej zawartości chromu: EI813 (1X25H25TR), EI835, EI417.
  2. Stal z uszczelką z węglików spiekanych: EI69, EI481, EI590, EI388, EI572.
  3. Złożona stal stopowa o podwyższonej odporności termicznej klasy austenitycznej: EI694R, EI695, EP17, EI726, EI680, EP184.
  4. Stal z utwardzaniem międzymetalicznym klasy austenitycznej: EI696, EP33, EI786, EI 612, EI787, EP192, EP105, EP284.

Za granicą stosuje własną klasyfikację materiałów. Na przykład AISI 309, AISI 310S.

Technologia i zastosowanie

Zgodnie ze strukturą i metodą przygotowania, stale specjalne dzielą się na: austenityczne, martenzytyczne, perlitowe, martenzytyczno-ferrytyczne. Stale martenzytyczne i austenityczne stosuje się, jeśli temperatura osiągnie 450–700 ° С and i zajmą pierwsze miejsce w objętości topnienia.

Gdy temperatura wzrasta do 700-1000 ° C, stosuje się stopy niklu, w jeszcze wyższych temperaturach konieczne jest uwzględnienie w procesie technologicznym stopów kobaltu, grafitu, metali ogniotrwałych i ceramiki termicznej.

Austenityczne - najbardziej żaroodporne stale, które stosuje się, gdy temperatura medium osiągnie 600 ° C. Podstawą stopu jest chrom i nikiel. Dodatki Ti, Nb, Cr, Mo, W, Al.

Stale martenzytyczne są przeznaczone do wytwarzania produktów pracujących w temperaturach w zakresie 450–600 ° C. Zwiększoną odporność cieplną stali martenzytycznych osiąga się poprzez zmniejszenie (do 0, 10–0, 15%) zawartości węgla i stopu z chromem 10–12%, molibdenu, niobu, wolframu lub średnia (0, 4%) zawartość węgla i stopów z krzemem (do 2–3%) i chromem (w granicach 5–10%).

Zastosowanie specjalnych stali i stopów jest ściśle ukierunkowane i najbardziej skuteczne w złożonych obszarach produkcji. Na przykład stale żaroodporne 30Х12Н7С2 i 30Х13Н7С2С znalazły szerokie zastosowanie w nowoczesnej budowie silników. Gatunki 15XM i 12X12VNMF - do produkcji kotłów i zbiorników ciśnieniowych. Gatunek stali ХН70ВМТЮ jest wykorzystywany do produkcji łopat turbiny gazowej, a 08Х17Т jest stosowany do produkcji elementów pieca do pieca. Stal nierdzewna należy również do żaroodpornych.

Gatunki ze stali nierdzewnej

Przede wszystkim jest to EI417 lub 20X23H18 według GOST 5632–61. Analogiem zachodnioeuropejskich i amerykańskich producentów jest dobrze znana AISI 310. Stal austenityczna, której produkty są poszukiwane do pracy w środowiskach o temperaturach sięgających 1000 ° C.

20Kh25N20S2, jest to również EI283 - stop austenityczny, odporny na temperatury 1200 o C i wyższe.

Do produkcji blach ze stali nierdzewnej stosuje się stopy niskowęglowe o zawartości chromu od 4 do 20%. Odporna na wysoką temperaturę stal nierdzewna produkowana jest w walcowaniu na zimno i na gorąco, z blachy i blachy.

Zalety i wady

Właściwości stali żaroodpornych sprawiają, że materiał ten jest niezbędny w takich dziedzinach, jak rakieta i przemysł kosmiczny, skomplikowana budowa silników, przemysł lotniczy, produkcja kluczowych elementów turbin gazowych i wiele innych. Ich udział w wynajmie stali high-tech sięga 50%. Niektóre stopy są zdolne do pracy w temperaturach powyżej 7000 ° C.

Ten trudny do wytworzenia materiał, którego wytworzenie jest niemożliwe bez specjalnego sprzętu i wykwalifikowanego personelu, wiąże się z wysokimi kosztami. Zastosowanie takich stali nie może być uniwersalne, dlatego do ich skutecznego zastosowania konieczna jest rozwinięta baza naukowa i techniczna.

Kategoria:

Budowa i naprawa