V moderním světě se dostupnost materiálů se speciálními vlastnostmi stala kritickou. To je vysvětleno skutečností, že provoz zařízení pro různé účely nastává v podmínkách extrémního zatížení, vysokých teplot a vystavení agresivním látkám. Mnoho druhů a jakostí nerezových, žáruvzdorných a žáruvzdorných ocelí našlo široké uplatnění téměř ve všech oblastech průmyslu.
Obsah
- Klíčové vlastnosti
- Žáruvzdorná a žáruvzdorná ocel: rozdíl
- Typy a značky
- přihláška
- Tepelná odolnost a tepelná odolnost kovu
- Vlastnosti materiálů s tepelně odolnými vlastnostmi
- Druhy žáruvzdorných a žáruvzdorných ocelí
- Austenitické a austeniticko-feritické slitiny oceli
- Oceli a kovy vyznačující se žáruvzdorností
- Slitiny na bázi niklu a směsi niklu a železa
Klíčové vlastnosti
Při nákupu oceli musíte jasně pochopit, jaké vlastnosti se od ní v této konkrétní aplikaci vyžadují. Trh kovů nabízí možnosti, které uspokojí téměř jakoukoli potřebu. Chcete-li však učinit informovanou volbu, musíte se řídit vlastnostmi a technickými vlastnostmi materiálu. Žáruvzdorné a žáruvzdorné oceli a slitiny jsou ceněny pro celou řadu praktických vlastností:
- odolnost vůči extrémně vysokým teplotám;
- vysoká pevnost při zahřátí;
- minimální tečení;
- odolnost proti korozi;
- možnost jejich využití pro práci v agresivním prostředí.
Žáruvzdorná a žáruvzdorná ocel: rozdíl
Nezkušený kupující se může při interpretaci různých charakteristik dopustit chyb. V tomto případě mluvíme o tepelné odolnosti a tepelné odolnosti. Na rozdíl od všeobecného přesvědčení nejsou totéž.
Rozdíl v konceptech:
- Žáruvzdorné oceli jsou slitiny železa s uhlíkem a přidáním různých přísad. Tyto materiály jsou schopny být bez destrukce a bez výrazné zbytkové deformace po určitou dobu ve složitě namáhaném stavu při vysokých teplotách (od 30 % bodu tání).
- Žáruvzdorné oceli (odolné proti okují) odolávají oxidaci v nezatíženém nebo málo zatíženém stavu při vystavení vysokým teplotám (nad 550 0 C) v plynném prostředí. Oxidace v počátečním stádiu je přitom jev čistě chemický, později však složitý proces spojující spojení kyslíku a železa s difúzí atomů těchto látek přes vícefázovou oxidovanou vrstvu za vzniku vodního kamene. Vodní kámen je oxidační produkt, který se tvoří při vysokých teplotách na povrchu některých slitin při přímém vystavení kyslíku.
Typy a značky
- Dlouhodobé zahřívání, odolávající dlouhodobému zatížení v podmínkách vysokých (ale ne kritických) teplot.
- Krátkodobé zahřívání, odolné vůči krátkodobým rázům v ultra vysokých teplotách.
Vezměte prosím na vědomí, že existuje mnoho kombinací vlastností oceli:
- stupeň tepelné odolnosti a tepelné odolnosti;
- tečení a dlouhodobé úrovně pevnosti;
- pevnost za normálních podmínek;
- plasticita a elasticita;
- převažující typy zatížení, pro které jsou navrženy: zatížení při vysokých teplotách může být statické, dynamické střídavé, ohybové, tlakové, tahové torzní, zatížení o různých frekvencích a amplitudách, dynamické účinky vysokorychlostního proudění plynu atd.
Univerzální materiál vhodný pro použití ve všech oblastech průmyslu proto neexistuje. Z tohoto důvodu byly vytvořeny desítky jakostí oceli, z nichž každá je nejlepší volbou ve specifických provozních podmínkách se specifickými požadavky na soubor specifických vlastností. Pro zlepšení technických vlastností při výrobě oceli se do železa přidávají různé přísady (legující přísady). U žáruvzdorných a žáruvzdorných ocelí je to nejčastěji chrom, mangan, křemík, hliník, nikl, titan, molybden a mnoho dalších včetně prvků vzácných zemin. Je to množství, typ a procento přísad, stejně jako podmínky kalení, které určují jedinečné vlastnosti konkrétní třídy oceli.
Celá řada druhů žáruvzdorných ocelí odolných proti usazeninám je kombinována do několika hlavních typů:
- Перлитные: 15ХМ1МФ. Х10С2М, Х13Н7С2, 12Х1МФ
- Ферритные: 1Х12СЮ, 0Х17Т, Х23Н13, Х20Н14С2
- Мартенситные:. 15Х11МФ, 40Х9С2, 20Х12ВНМФ.
- Аустенитные: 09Х14Н16Б, Х25Н16Г7АР, Х12Н20Т3Р.
Existují také kombinované nebo duplexní typy:
- Martenziticko-feritické: Kh6SYu, 2Kh12VMBFR, 1Kh12VNMF.
- Аустенитно-ферритные: 03Х23Н6, 03Х22Н6М2, 08Х18Г8Н2Т.
přihláška
Žáruvzdorné oceli se používají především při výrobě málo zatížených konstrukcí provozovaných v podmínkách stálého vystavení vysokým teplotám a plynnému oxidačnímu prostředí.
Žáruvzdorné oceli se používají při výrobě a provozu zařízení a dílů, které musí vydržet provoz při značném různém zatížení při vysokých a ultravysokých teplotách bez deformace nebo ztráty fyzikálních vlastností.
Obecně je rozsah použití žáruvzdorných a žáruvzdorných ocelí obrovský. Můžeme bezpečně říci, že téměř každé odvětví moderního průmyslu potřebuje tyto materiály. Například:
Žáruvzdorná ocel, prezentovaná na moderním trhu v široké škále jakostí, stejně jako slitiny žáruvzdorné kategorie, je většinou odborníků uznávána jako nejlepší materiál pro výrobu konstrukčních prvků a zařízení, která jsou provozována nepřetržitě. kontaktu s agresivním prostředím a v jiných obtížných podmínkách.
Typickými výrobky ze žáruvzdorné oceli jsou kamna, krby, kotle a kovové komíny
Tepelná odolnost a tepelná odolnost kovu
Tepelná odolnost, kterou mají oceli a jiné kovové slitiny samostatné kategorie, má jiný název – „odolnost proti vodnímu kameni“. Tato vlastnost, kterou jsou jednotlivé kovy během výrobního procesu obdařeny, spočívá v jejich schopnosti dlouhodobě aktivně odolávat tak negativnímu jevu, jakým je plynová koroze v podmínkách zvýšených teplot. Na rozdíl od žáruvzdorných ocelí mají žáruvzdorné oceli a další druhy kovů schopnost se při dlouhodobém vystavení vysokým teplotám nezbortit ani nedeformovat.
Kovy, které se vyznačují tepelnou odolností, se používají především pro výrobu nezatížených konstrukcí provozovaných za podmínek stálého působení plynného oxidačního prostředí a teploty nepřesahující 550°. Mezi takové konstrukce patří zejména prvky topných pecí.
Slitiny vyrobené na bázi železa, i když se vyznačují tepelnou odolností, za takových provozních podmínek a při vystavení teplotám přesahujícím 550 °, začnou aktivně oxidovat, což vede ke vzniku filmu sestávajícího z oxidu železa na jejich povrchu . Chemická sloučenina železa a kyslíku, která se tvoří na povrchu takového kovu, je ve skutečnosti křehký typ okují. Vyznačuje se elementární krystalovou mřížkou obsahující nedostatečný počet atomů druhé látky.
Vlastnosti oxidů prvků zvyšujících tepelnou odolnost železa
Pro zlepšení takové vlastnosti oceli, jako je tepelná odolnost, se do jejího chemického složení zavádí chrom, hliník a křemík. Spojením s kyslíkem tyto prvky přispívají k tvorbě hustých a spolehlivých krystalických struktur v kovové struktuře, což zlepšuje její schopnost bezpečně odolávat působení zvýšených teplot.
Množství a typ legovacích přísad zaváděných do chemického složení slitiny na bázi železa závisí na teplotních provozních podmínkách produktů, které z ní budou vyrobeny.
Nejlepší tepelnou odolnost vykazují oceli legované kovem, jako je chrom. Mezi nejznámější třídy těchto ocelí, které se nazývají silchrome, patří:
- 08Х17Т;
- 15Х25Т;
- 15Х6СУ;
- 36Х18Н25С2.
Chemické složení žáruvzdorných ocelí jakostí 13H11Н2В2МФ, 15Х11МФ, 20Х13, 20Х12ВНМФ
Obvykle se tepelná odolnost oceli zvyšuje se zvýšením množství chrómu v jejím chemickém složení. Použitím tohoto kovu jako legujícího prvku je možné vytvořit jakosti oceli, výrobky, ze kterých neztratí své původní vlastnosti ani při dlouhodobém vystavení teplotám přesahujícím 1000 stupňů.
Vlastnosti materiálů s tepelně odolnými vlastnostmi
Žáruvzdorné oceli a slitiny, jak je uvedeno výše, lze úspěšně provozovat za podmínek stálého vystavení vysokým teplotám, aniž by vykazovaly tendenci k tečení. Podstatou tohoto negativního procesu, kterému podléhají běžné jakosti oceli a další kovy, je, že materiál, který je vystaven stálé teplotě a stálému zatížení, se začíná pomalu deformovat, neboli dotvarovat.
Creep, kterému se snaží vyhnout při výrobě žáruvzdorných ocelí a jiných druhů kovů, se vyskytuje ve dvou typech:
Pro stanovení tečení slitin používají výzkumná centra sadu testovacích strojů
Pro stanovení parametrů krátkodobého dotvarování se materiály podrobují speciálním zkouškám, pro které se vloží do pece vyhřáté na určitou teplotu a působí na ně tahové zatížení. Tento test se provádí po omezenou dobu.
Nebude možné testovat materiál na jeho tendenci k dlouhodobému tečení a stanovit tak důležitý parametr, jako je mez tečení, v krátkém časovém období. K tomu musí být testovaný výrobek umístěný v peci vystaven dlouhodobému zatížení. Význam takového indikátoru, jako je mez tečení materiálu, spočívá v tom, že charakterizuje největší napětí, které vede k destrukci zahřátého produktu po vystavení po určitou dobu.
Druhy žáruvzdorných a žáruvzdorných ocelí
Oceli charakterizované tepelnou odolností a tepelnou odolností jsou rozděleny do několika kategorií podle stavu jejich vnitřní struktury:
- austenitické;
- martenzitické;
- perlit;
- martenziticko-feritické.
Současně mohou být oceli klasifikované jako žáruvzdorné zastoupeny ještě dvěma typy:
- feritický;
- austeniticko-feritické nebo martenzitické.
Základní vlastnosti některých žáruvzdorných ocelí (klikněte pro zvětšení)
Pokud vezmeme v úvahu oceli s martenzitickou vnitřní strukturou, pak jejich nejznámější třídy jsou:
- X5 (trubky jsou vyrobeny z takové žáruvzdorné oceli, která má být provozována při teplotách nepřesahujících 650 °);
- Х5М, Х5ВФ, Х6СМ, 1Х8ВФ, 1Х12Н2ВМФ (používá se k výrobě produktů provozovaných při 500–600 ° po určitou dobu (1000–10000 hodin));
- 3Х13Н7С2 a 4Х9С2 (výrobky vyrobené z těchto jakostí lze úspěšně provozovat při 850–950 °, proto jsou ventily pro motory vozidel vyrobeny z takových ocelí);
- 1Х8ВФ (výrobky ze žáruvzdorné oceli této značky lze úspěšně provozovat při teplotách nepřesahujících 500° po dobu 10000 XNUMX hodin i déle; z tohoto materiálu jsou vyráběny zejména konstrukční prvky parních turbín).
Žáruvzdorné ocelové plechy se používají tam, kde je vyžadována dobrá odolnost vůči vysokým teplotám a agresivnímu prostředí.
Základem martenzitické struktury oceli je perlit, který při zvýšení kvantitativního obsahu chrómu ve složení materiálu mění své skupenství. Následující třídy žáruvzdorných a žáruvzdorných ocelí příbuzných chrom-molybdenovým a chrom-křemíkovým ocelím jsou perlitické: Kh6S, Kh6SM, Kh7SM, Kh9S2, Kh10S2M a Kh13N7S2. Aby se z těchto ocelí získal materiál s vnitřní strukturou sorbitolu, který se vyznačuje vysokou tvrdostí (nejméně 25 jednotek na stupnici HRC), jsou nejprve kaleny při 950–1100° a poté popouštěny.
Ocelové slitiny s feritickou vnitřní strukturou, klasifikované jako žáruvzdorné materiály, obsahují ve svém chemickém složení od 25 do 33 % chrómu, který určuje jejich vlastnosti. Aby takové oceli měly jemnozrnnou strukturu, výrobky z nich jsou žíhány. Oceli v této kategorii zahrnují jakosti 1Х12СУ, Х17, 0Х17Т, Х18СУ, Х25Т a Х28. Je třeba si uvědomit, že při zahřátí těchto ocelí na 850° a více začnou zrna v jejich vnitřní struktuře hrubnout, což vede ke zvýšení jejich křehkosti.
Žáruvzdorná nerezová ocel se používá při výrobě válcovaných plechů, bezešvých trubek a různých celků v potravinářském a chemickém průmyslu
Oceli, jejichž základem je martenzit a ferit, se aktivně používají k výrobě výrobků pro různé účely používaných ve strojírenském průmyslu. Výrobky, pro jejichž výrobu se takové žáruvzdorné slitiny používají, lze úspěšně provozovat při teplotách do 600° i po poměrně dlouhou dobu. Nejběžnější třídy těchto žáruvzdorných ocelí jsou Kh6SYu, 1Kh13, 1Kh11MF, 1Kh12V2MF, 1Kh12VNMF, 2Kh12VMBFR. Takové žáruvzdorné slitiny se vyznačují tím, že jejich chemické složení obsahuje chrom v rozmezí 10–14 % a legovací přísady používané ke zlepšení jejich chemického složení jsou wolfram, molybden a vanad.
Austenitické a austeniticko-feritické slitiny oceli
Nejvýznamnějšími znaky austenitických ocelí je, že jejich vnitřní struktura je tvořena přítomností niklu v jejich složení a taková vlastnost, jako je tepelná odolnost, je spojena s přítomností chrómu. Ve slitinách této kategorie, vyznačujících se nízkým obsahem uhlíku ve svém chemickém složení, mohou být v některých případech přítomny legující prvky, jako je niob a titan. Oceli, jejichž základem vnitřní struktury je austenit, patří do kategorie nerezových ocelí a při dlouhodobém vystavení vysokým teplotám (až 1000 stupňů) úspěšně odolávají tvorbě okují.
Austenitické slitiny jakostí Kh17N13M2 a Kh17N13M3 jsou optimálně vhodné pro konstrukce pracující pod vlivem kyselin
Mezi nejběžnější oceli s austenitickou vnitřní strukturou dnes patří slitiny kategorie disperzně kalitelné. Pro zlepšení kvalitativních charakteristik se do jejich složení přidávají intermetalická nebo karbidová tvrdidla, v závislosti na tom, které materiály jsou zařazeny do určité kategorie.
Nejoblíbenější třídy žáruvzdorných ocelí, jejichž základem je austenit, jsou:
- disperzní kalení Х12Н20Т3Р, 4Х12Н8Г8МФБ, 0Х14Н28В3Т3УР, 4Х14Н14В2М (z těchto žáruvzdorných ocelí, které patří do kategorie nerezových ocelí, vyrábí se konstrukční prvky turbín a ventily vozidel);
- homogenní 1X14N16B, 1X14N18V2B, X18N12T, X18N10T, X23N18, X25N20S2, X25N16G7AR (materiály těchto jakostí se používají hlavně k výrobě armatur a potrubí provozovaných při značném zatížení, prvků ultravysokotlakých výfukových systémů).
Žáruvzdorná trubka z oceli třídy 20H23N18 (také Х23N18 nebo EI417) se používá k výrobě zařízení pecí, výkovků a obvazů
Ocelové slitiny, jejichž základ vnitřní struktury tvoří směs austenitu a feritu, se vyznačují mimořádnou tepelnou odolností, která převyšuje i materiály s vysokým obsahem chromu. Těchto charakteristik tepelné odolnosti je dosaženo díky nejvyšší stabilitě vnitřní struktury ocelí v této kategorii. Výrobky z nich lze s úspěchem používat i při teplotách dosahujících až 1150°.
Žáruvzdorné oceli s austeniticko-martenzitickou vnitřní strukturou se přitom vyznačují zvýšenou křehkostí, takže je nelze použít pro výrobu výrobků provozovaných při vysokém zatížení.
Žáruvzdorné oceli této kategorie se používají k výrobě výrobků pro následující účely:
- pyrometrické trubice (Х23Н13);
- dopravníky pro pece, žáruvzdorné trubky, nádoby pro proces cementace (Х20Н14С2 a 0Х20Н14С2).
Oceli a kovy vyznačující se žáruvzdorností
Slitiny oceli, které jsou na bázi žáruvzdorných kovů, se používají pro výrobu výrobků provozovaných při 1000–2000°C.
Žáruvzdorné kovy zahrnuté v chemickém složení takových ocelí jsou charakterizovány následujícími teplotami tavení (viz tabulka).
Teplota tání žáruvzdorných kovů
Vzhledem k tomu, že žáruvzdorné oceli této kategorie se vyznačují vysokou teplotou přechodu do křehkého stavu, dochází při výrazném zahřátí k jejich deformaci. Pro zvýšení tepelné odolnosti takových ocelí se do jejich chemického složení přidávají speciální přísady a pro zvýšení tepelné odolnosti jsou legovány prvky, jako je titan, molybden, tantal atd.
Nejběžnější poměry chemických prvků ve složení žáruvzdorných slitin jsou:
- báze – wolfram a 30% rhenium;
- 60 % vanadu a 40 % niobu;
- báze – 48 % železa, 15 % niobu, 5 % molybdenu a 1 % zirkonia;
- 10% wolfram a tantal.
Slitiny na bázi niklu a směsi niklu a železa
Slitiny na bázi niklu (55 % niklu) nebo vyrobené na bázi směsi niklu a železa (65 %) jsou tepelně odolné a mají slušné tepelně odolné vlastnosti. Základním legujícím prvkem pro všechny oceli této kategorie je chrom, který může obsahovat od 14 do 23 %.
Pokud mluvíme o trvanlivosti a pevnosti, jejichž vysoké úrovně jsou udržovány při zvýšených teplotách, pak takové vlastnosti mají ocelové slitiny vyrobené na bázi niklu. Mezi nejoblíbenější z nich patří KhN60V, KhN67VMTYu, KhN70, KhN70MVTYUB, KhN77TYu, KhN78T, KhN78T, KhN78MTYu. Některé oceli těchto jakostí jsou žáruvzdorné a ostatní jsou žáruvzdorné. Při zahřátí se na povrchu výrobků vyrobených ze slitin těchto jakostí objeví oxidový film na bázi chrómu a hliníku a v pevných roztocích struktury takových kovů vznikají sloučeniny hliníku s niklem nebo titanu s niklem, což zajišťuje odolnost takových materiálů vůči vysokým teplotám. S charakteristikami žáruvzdorných slitin skupiny niklu se můžete podrobněji seznámit studiem speciálních referenčních knih.
