Измаил жаропрочный (жаростойкий) лист, труба, круг 20Х23Н18 (AISI 309, AISI 310), жаропрочка нержавейка полоса, порезка и доставка, лента ХН78Т
Жаропрочный стальной лист - это специальный материал из стали, который имеет термостойкость и устойчивость к коррозии. Применяется в металлургии, химической, нефтяной и газовой промышленности, в частности производство деталей двигателей, паровых турбин, котлов и металлургических печей, так как не подвержен деформации и повреждению при повышенных температурах.
Назначение
Нержавеющий жаропрочный лист может служить основой для создания промышленных и бытовых (например, банных) печей, камер сгорания, паровых котлов. Он используется для трубо- и паропроводов высокого давления.
Это заготовка для моторов, турбин, рабочих поверхностей нагревательной аппаратуры, тяжелонагруженных механизмов. Идет также на разнообразные конструкции для космической сферы, военной и ракетостроительной отрасли.
Активно применяется в строительстве, необходим для оснащения химических и пищевых предприятий, нужен в машиностроении.
Свойства
Без потери высоких эксплуатационных характеристик работает в сложных климатических или температурных условиях, например, при температурах более 500 градусов по шкале Цельсия.
Это износостойкий химически инертный материал, который не ржавеет. Листы прочные, устойчивые к появлению царапин и трещин. При нагревании не выделяют токсичных веществ, могут использоваться повторно.
Выпуск
Лист жаропрочный в соответствии с ГОСТ получают путем продольной прокатки заготовки на станке. Для сплава подбирают оптимальное сочетание железа, хрома, никеля, титана и прочих легирующих компонентов. Различают тонкие и толстые листы.
Жаропрочные сплавы и стали — материалы, работающие при высоких температурах в течение заданного периода времени в условиях сложно-напряженного состояния и обладающие достаточным сопротивлением к коррозии в газовых средах.
Жаростойкие сплавы и стали — материалы, работающие в ненагруженном или слабо-нагруженном состоянии при повышенных температурах (более 550 °C) и обладающие стойкостью к коррозии в газовых средах.
Активный интерес к подобным материалам стал проявляться в конце 30-х годов XX века, когда появилась необходимость в материалах способных работать при достаточно высоких температурах. Это связано с развитием реактивной авиации и газотурбинных двигателей.
Основой жаростойких и жаропрочных сплавов могут быть никель, кобальт, титан, железо, медь, алюминий. Наиболее широкое распространение получили никелевые сплавы. Они могут быть литейными, деформируемыми и порошковыми. Наиболее распространенными среди жаропрочных являются литейные сложнолегированные сплавы на никелевой основе, способные работать до температур 1050-1100 °C в течение сотен и тысяч часов при высоких статических и динамических нагрузках.
Основные типы
Наиболее распространены сплавы на основе железа. Это хромистые, хромоникелевые, а также хромомарганцевые стали с молибденовыми, титановыми и вольфрамовыми присадками. Также производят сплавы с такими легирующими элементами, как алюминий, ниобий, ванадий, бор, но в меньших количествах.
В большинстве случаев процент добавления присадок в сталь достигает от 15 до 50%
Вторая, весьма востребованная группа — сплавы на никелевой основе. В качестве присадки используется хром. Жаропрочность также повышают добавки титана, церия, кальция, бора и сходных по составу элементов. В отдельных технологических комплексах востребованы сплавы на основе никеля с молибденом.
К третьей группе относятся термостойкие сплавы на кобальтовой основе. Легирующими элементами для них служат углерод, вольфрам, ниобий, молибден.
Химический состав
Определение химического состава жаростойких материалов — сложный процесс. Необходимо учитывать не только основные легирующие элементы, но и то, что попадает в продукцию как примеси или остаётся в результате химических реакций, протекающих во время плавки.
Специально добавленные легирующие элементы вводятся для получения необходимых технологических, физических и механических свойств. А примеси и образовавшиеся при плавке химические элементы могут ухудшать свойства высоколегированного металла.
Для хромоникелевых сплавов и огнеупорных материалов на основе кобальта опасно присутствие серы более 0,005%, следов олова, свинца, сурьмы и других легкоплавких металлов.
Структура и свойства
Жаропрочность определяется не только химическим составом металлов, но и формой, в которой примеси находятся в сплаве. Например, сера в виде сульфидов никеля снижает температуру плавления. А та же сера, соединённая с цирконием, церием, магнием образует тугоплавкие структуры. Большое влияние на жаропрочность оказывает чистота никеля или хрома. Однако следует учитывать, что свойства сплавов варьируются в зависимости от применяемой технологии.
Что влияет на жаропрочность?
Жаропрочный лист содержит хром. Чем его больше, тем выше сопротивляемость к окислению. Нержавейка не поддается коррозии, если в составе присутствует 13% и более хрома.
Титан, ниобий. Они не позволяют развиваться интеркристаллической коррозии.
Закалка и охлаждение на воздухе или в воде. Это улучшает прочность нержавейки и сопротивление к удару.
Классификация жаропрочных и жаростойких сплавов
Поскольку речь идет о жаростойких и жаропрочных сталях и сплавах, то стоит дать определение терминам жаропрочность, жаростойкость.
Термины и определения
Жаропрочность — способность сталей и сплавов выдерживать механические нагрузки при высоких температурах в течение определенного времени. При температурах до 600°С обычно применяют термин теплоустойчивость. Можно дать более строгое определение жаропрочности.
Под жаропрочностью также понимают напряжение, вызывающее заданную деформацию, не приводящую к разрушению, которое способен выдержать металлический материал в конструкции при определенной температуре за заданный отрезок времени. Если учитываются время и напряжение, то характеристика называется пределом длительной прочности; если время, напряжение и деформация — пределом ползучести.
Ползучесть — явление непрерывной деформации под действием постоянного напряжения. Длительная прочность — сопротивление материала разрушению при длительном воздействии температуры.
Жаростойкость характеризует сопротивление металлов и сплавов газовой коррозии при высоких температурах.
Классификация
Можно выделить несколько классификаций сплавов и сталей, которые работают при повышенных и высоких температурах.
Наиболее общей является следующая классификация жаростойких и жаропрочных сталей и сплавов:
Теплоустойчивые стали — работают в нагруженном состоянии при температурах до 600°С в течение длительного времени. Примером являются углеродистые, низколегированные и хромистые стали ферритного класса.
Жаропрочные стали и сплавы — работают в нагруженном состоянии при высоких температурах в течение определенного времени и обладают при этом достаточной жаростойкостью. Примерами являются стали аустенитного класса на хромоникелевой или хромоникельмарганцевой основах с различными легирующими элементами и сплавы на никелевой или кобальтовой основе.
Жаростойкие (окалиностойкие) стали и сплавы — работают в ненагруженном или слабонагруженном состоянии при температурах выше 550°С и обладают стойкостью против химического разрушения поверхности в газовых средах. В качестве примера можно привести хромокремнистые стали мартенситного класса, хромоникелевые аустенитные стали, хромистые и хромоалюминиевые стали ферритного класса, а также сплавы на основе хрома и никеля.
Также существует классификация по способу производства:
литейные;
деформируемые.
Виды жаропрочной стали
Ферритная — имеет невысокое содержание хрома (не более 17%). Обладает средними показателями коррозионной стойкости. Плохо обрабатывается.
Мартенситная — имеет низкое содержание хрома и среднее углерода. Обладает посредственной пластичностью.
Мартенситно-ферритная — обладает свойствами ферритного и мартенситного металла, из-за чего получила улучшенные характеристики.
Аустенитная — сталь с низким содержанием углерода, имеет немагнитные свойства, содержат никель. Стойка к коррозии при значительных температурах и деформациям.
Разновидности жаропрочных и жаростойких материалов по структурным критериям
Состояние внутренней структуры металлов определяет тип сталей и сплавов.
Выделяется ряд категорий жаропрочных стальных материалов, исходя из состояний внутренней структуры.
Аустенитный класс
Аустенитный класс формирует внутреннюю структуру благодаря большому процентному содержанию хрома и никеля. Получение стабильного аустенита, гранецентрированной кристаллической решетки железа, предполагает легирование стали никелем. Жаростойкость определяется хромовыми добавками.
Аустенитные сплавы — высоколегированные. Для целей легирования используются Nb (ниобий) и (Ti) титан для увеличения устойчивости к коррозии. Эта характеристика позволяет отнести их к группе стабилизированных. Коррозионностойкие жаропрочные стали с относятся к труднообрабатываемым металлам.
Когда температуры повышаются до значений, близких к 1000 градусам С. и длительно поддерживаются, аустенитная нержавеющая сталь сохраняет стойкость к образованию слоя окалины, сохраняя качество жаростойких материалов.
Часто встречаются на производстве сплавы аустенитного типа, принадлежащие к дисперсионно–твердеющему подклассу. Качественные характеристики могут улучшаться путем добавления различных элементов: карбидных, интерметаллических упрочнителей.
Эти элементы обеспечивают деформационно-термическое упрочнение благодаря усилению аустенитной матрицы с помощью дисперсионного твердения.
Карбидообразующие элементы: ванадий-V, ниобий-Nb, вольфрам-W, молибден-Mo.
Интерметаллиды получаются благодаря дополнительным добавкам хрома–Cr, никеля-Ni, и титана–Ti.
Сферы применения
Эксплуатируются различные жаростойкие марки стали по разному, во многом их предназначение определяют легирующие компоненты:
AISI 309 подходит для производства фрагментов печного и конвейерного оборудования;
AISI 310 применяется для производства транспортеров печей, ДВС и других камер сжигания, турбин, дверей и моторов;
AISI 310S подходит для изготовления оборудования, используемого для транспортировки газов при высокой температуре – это могут быть системы отвода выхлопных газов, газопроводы или турбины;
AISI 314 используется при производстве печей за счёт максимальных тугоплавких свойств.
Особенности материалов с жаропрочными свойствами
Жаропрочные стали и сплавы, как уже говорилось выше, способны успешно эксплуатироваться в условиях постоянного воздействия высоких температур, при этом не проявляя склонности к ползучести. Суть этого негативного процесса, которому подвержены стали обычных марок и другие металлы, заключается в том, что материал, на который воздействуют неизменная температура и постоянная нагрузка, начинает медленно деформироваться, или ползти.
Ползучесть, которой и стараются избежать, создавая жаропрочные стали и металлы другого типа, бывает двух видов:
длительная;
кратковременная.
Для определения ползучести сплавов в иследовательских центрах используют комплекс испытательных машин
Чтобы определить параметры кратковременной ползучести, материалы подвергают специальным испытаниям, для чего их помещают в печь, нагретую до определенной температуры, и прикладывают к ним растягивающую нагрузку. Такое испытание проводится в течение ограниченного промежутка времени.
Проверить материал на его склонность к длительной ползучести и определить такой важный параметр, как предел ползучести, за короткий промежуток времени не получится. Для этого испытуемое изделие, помещенное в печь, необходимо подвергать длительной нагрузке. Важность такого показателя, как предел ползучести материала, заключается в том, что он характеризует наибольшее напряжение, которое приводит к разрушению разогретого изделия после воздействия в течение определенного промежутка времени.
Достоинства, недостатки жаростойких и жаропрочных сплавов
Достоинства:
обладают высокой жаропрочностью;
имеют хорошие показатели жаростойкости.
Недостатки:
сплавы с содержанием хрома и особенно никеля имеет высокую стоимость;
имея в своем составе большое количество различных компонентов, достаточно трудоемки в производстве.
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.
