Жаростойкие стали: состав и марки жаропрочных сплавов. Какие металлы называют жаропрочными?

Чем выше содержание хрома в жаропрочных сталях, тем выше жаропрочность. Хром содержится в сплавах, которые сохраняют свои первоначальные свойства при нагревании выше +1 000 °C.

Жаропрочные стали: свойства, характеристики, применение

Жаропрочные стали используются при производстве деталей и узлов, которые подвергаются воздействию высоких температур в течение длительного времени. Цель этих сплавов заключается в том, что их свойства не изменяются независимо от продолжительности воздействия и характера агрессивной среды.

Хром, никель и магний являются основными компонентами, добавляемыми при производстве этих сплавов. Существует множество марок жаропрочных и термообрабатываемых сталей, и выбор марки зависит от области применения. Узнайте больше о жаропрочной стали, ее свойствах и характеристиках в нашем материале.

Свойства жаропрочных сталей

Способность металлов выдерживать высокие температуры без разрушения называется окалиностойкостью или жаростойкостью. Свойство металлов не деформироваться пластически при высоких температурах называется жаропрочностью.

На рынке представлен широкий спектр жаропрочных сталей и сплавов. Они идеально подходят для изготовления деталей конструкций и оборудования, предназначенных для использования в агрессивных средах и других сложных условиях.

Жаропрочные нержавеющие и другие стали проходят испытания на работоспособность:

нагревают до определенной температуры в специальных печах;
подвергают растягивающей нагрузке.

Согласно ГОСТу, ниже приведены свойства жаропрочных сталей и сплавов:

Высокая жаростойкость, т. е. сохранение эксплуатационных качеств при длительном высокотемпературном воздействии.
Устойчивость к механическим воздействиям, при этом металл остается прочным при температуре, при которой у прочих материалов меняются основные характеристики.
Устойчивость к воздействию агрессивных сред, в том числе газов, кислот и прочих веществ.
Устойчивость к прокаливанию и сварке, что затрудняет сварные работы с деталями и конструкциями из жаропрочных коррозионностойких сталей.
Добавление в сплав хрома и другие легирующие вещества для повышения устойчивости к коррозии.

Жаропрочные стали в основном используются для изготовления конструкций и изделий, которые не подвергаются высоким нагрузкам при эксплуатации, но используются при высоких температурах (около +550°C) в среде окислительных газов. Они используются для производства компонентов для отопительных печей.

Сплавы на основе железа активно окисляются при нагревании выше +550°C, и поверхность покрывается оксидным слоем. Недостаток кислорода приводит к образованию хрупкой окалины в продукте, поскольку он связывается с кристаллической решеткой.

Характеристики жаропрочных сталей

Среди свойств жаропрочных и высокотемпературных сталей и сплавов особое значение имеет ползучесть, которая характерна как для кристаллических, так и для аморфных твердых тел.

В металлах ползучесть выражается в том, что пластическая деформация происходит медленно и постепенно при постоянной нагрузке. Чем ниже скорости деформации и ползучести при постоянной температуре и напряжении, тем выше термическая прочность металла.

Ползучесть классифицируется в зависимости от продолжительности:

Длительная, при которой нагрузки на сталь в печи воздействуют в течение продолжительного периода времени. Самое высокое напряжение, разрушающее нагретый металл, означает предел ползучести.
Кратковременная, при которой металл в печи нагревают до определенной температуры и воздействуют на него растяжением в течении небольшого периода времени.

Ползучесть изображается в виде кривой, на которой отмечены различные стадии ползучести. Согласно ГОСТу, нержавеющие стали характеризуются высокой прочностью при ползучести. Прочность на растяжение — это уровень напряжения, при котором металл достигает определенной степени деформации за определенный промежуток времени.

Эти свойства жаропрочных сталей важны для различных технических применений. При производстве авиационных двигателей, например, расчетное время составляет 100-200 часов.

Стали, содержащие Cr и никель (хромоникелевые сплавы), а также Cr, Ni, Mn (хромоникельмарганцевые сплавы), являются жаропрочными. Термическая ползучесть не характерна для этих сплавов.

Жаропрочность и жаростойкость металла

Жаропрочность сталей и других сплавов определенного класса также называется окалиностойкостью. Свойство, придаваемое каждому металлу в процессе производства, заключается в его способности активно противостоять в течение длительного периода времени негативному воздействию газовой коррозии при высоких температурах. В отличие от жаропрочных сталей и других металлов, жаропрочные металлы не ломаются и не деформируются при длительном воздействии высоких температур.

Короткий образовательный видеоролик об особых свойствах жаропрочных сталей и их отличии от других сплавов.

Жаропрочные металлы в основном используются в ненагруженных стальных конструкциях, подвергающихся воздействию окисляющих газов и температур ниже 550 °C. К таким конструкциям относятся, в частности, элементы нагревательных печей.

Даже если они жаропрочны, сплавы на основе железа активно окисляются при таких условиях эксплуатации и при температуре выше 550 °C, что приводит к образованию на их поверхности слоя оксида железа. Химическое соединение железа и кислорода, которое образуется на поверхности металла, на самом деле является хрупким слоем накипи. Он характеризуется элементарной кристаллической решеткой, которая не содержит достаточного количества атомов второго вещества.

Свойства оксидов элементов, повышающих жаропрочность железа

Для повышения жаропрочности стали в ее химический состав добавляют хром, алюминий и кремний. В сочетании с кислородом эти элементы способствуют образованию плотных и стабильных кристаллических структур в микроструктуре металла, что повышает его способность безболезненно переносить воздействие высоких температур.

Количество и тип легирующих добавок, вводимых в химический состав сплава на основе железа, зависят от температурных условий изделий, которые будут из него изготовлены.

Лучшими жаропрочными сталями являются стали, легированные таким металлом, как хром. Наиболее известные стали, легированные хромом, называются хромокремниевыми:

08Х17Т;
15Х25Т;
15Х6СЮ;
36Х18Н25С2.

Нормализация баз данных простыми словами. Для чего нужна нормализация?

Химический состав жаропрочных сталей типов 13Х11Н2В2МФ, 15Х11МФ, 20Х13, 20Х12ВНМФ.

Характерно, что жаропрочность стали повышается с увеличением содержания хрома в ее химическом составе. Используя этот металл в качестве легирующего элемента, можно получать стальную стружку, изделия из которой не теряют своих первоначальных свойств даже при длительном воздействии температуры выше 1000 градусов.

Особенности материалов с жаропрочными свойствами

Как уже упоминалось, жаропрочные стали и сплавы способны успешно работать в условиях, когда они постоянно подвергаются воздействию высоких температур, не проявляя склонности к ползучести. Суть этого негативного процесса, которому подвергаются стали обычных марок и другие металлы, заключается в том, что материал, подвергнутый воздействию постоянной температуры и постоянной нагрузки, медленно деформируется или начинает ползти.

Ползучесть, которой избегают в холоднодеформированных сталях и других металлах, может происходить двумя путями:

Для определения поведения сплавов при ползучести в исследовательских центрах используется ряд испытательных машин.

Для определения параметров кратковременной ползучести материалы подвергаются специальному испытанию, при котором они помещаются в печь, нагретую до определенной температуры, и подвергаются растягивающей нагрузке. Этот тест проводится в течение ограниченного периода времени.

Невозможно испытать материал на напряжение ползучести в течение длительного периода времени и определить важный параметр, такой как предел ползучести, за короткое время. Для этого образец, помещенный в печь, должен подвергаться более длительной нагрузке. Важность предела ползучести материала заключается в том, что он представляет собой наибольшее напряжение, при котором нагретый образец разрушится через определенное время.

Марки жаропрочных и жаростойких сталей

Жаропрочные и ползучестойкие стали делятся на несколько категорий в зависимости от состояния их внутренней структуры:

аустенитные;
мартенситные;
перлитные;
мартенситно-ферритные.

Однако стали, относящиеся к категории жаропрочных сталей, могут быть представлены еще двумя типами:

ферритные;
аустенитно-ферритные или мартенситные.

Основные свойства некоторых жаропрочных сталей (нажмите для увеличения).

Среди сталей с мартенситной структурой наиболее известны следующие типы:

Х5 (из такой жаропрочной стали производят трубы, которые предполагается эксплуатировать при температурах, не превышающих 650°);
Х5М, Х5ВФ, Х6СМ, 1Х8ВФ, 1Х12Н2ВМФ (используются для производства изделий, эксплуатируемых при 500–600° на протяжении определенного периода времени (1000–10000 часов));
3Х13Н7С2 и 4Х9С2 (изделия из данных марок могут успешно эксплуатироваться при 850–950°, поэтому из таких сталей производят клапаны двигателей транспортных средств);
1Х8ВФ (изделия из жаропрочной стали этой марки могут успешно эксплуатироваться при температурах, не превышающих 500°, на протяжении 10000 часов и даже дольше; из данного материала, в частности, производят конструктивные элементы паровых турбин).

Жаропрочная сталь используется, когда требуется хорошая устойчивость к высоким температурам и агрессивным средам.

В основе мартенситной структуры лежит перлит, который изменяет свое состояние при увеличении содержания хрома в материале. Следующие жаропрочные и жаростойкие хромомолибденовые и хромокремниевые легированные стали являются перлитными: X6S, X6CM, X7CM, X9C2, X10C2M и X13H7C2. Чтобы получить из этих сталей материал с сорбитовой внутренней структурой и высокой твердостью (не менее 25 HRC), их сначала закаливают при 950-1100°, а затем закаливают.

Сплавы с внутренней ферритной структурой, такие как жаропрочные стали, содержат от 25 до 33% хрома, который является основной характеристикой материала. Они подвергаются отжигу для получения мелкозернистой структуры. К этой категории относятся следующие стали: 1X12SU, X17, 0X17T, X18SU, X25T и X28. При использовании этих сталей следует учитывать, что при нагреве до 850° и выше происходит увеличение зерен внутренней структуры, что приводит к повышению хрупкости.

Жаропрочные нержавеющие стали используются для производства тонких листов, бесшовных труб и различного оборудования в пищевой и химической промышленности.

Марки жаростойких и жаропрочных сталей

С точки зрения внутренней структуры, категории выглядят следующим образом:

мартенситные;
аустенитные;
мартенситно-ферритные;
перлитные.

Жаропрочные стали могут быть двух других типов:

ферритные;
мартенситные, или аустенитно-ферритные.

Стали с мартенситной структурой являются наиболее известными:

Х5 (из нее делают трубы, которые будут эксплуатироваться при температуре не больше 650°С).
Х5М, Х5ВФ, 1 Х8ВФ, Х6СМ, 1 Х12Н2ВМФ (служат для изготовления изделий, которые эксплуатируются при 500-600°С определенное время (1000-10000 ч.).
3Х13Н7С2 и 4Х9С2 (изделия из них успешно эксплуатируются при 850-950°С, поэтому из них делают клапаны моторов транспортных средств).
1Х8ВФ (изделия из этой стали успешно эксплуатируются при температурах не больше 500°С 10000 ч. и дольше; в частности, из материала делают конструктивные элементы паровых турбин).

Чтобы получить из этих сталей материал с сорбитовой структурой, характеризующийся высокой твердостью (не менее 25 HRC), их сначала закаливают при температуре 950-1100°C, а затем закаливают.

Ферритные стальные сплавы, относящиеся к категории жаропрочных сталей, содержат 25-33% хрома, который определяет их свойства. Они подвергаются отжигу для получения мелкозернистой структуры. К этой категории относятся следующие стали:

Какой пластификатор лучше для тротуарной плитки, изготовление своими руками, для чего нужен. Какой пластификатор лучше для тротуарной плитки?

При нагреве до 850°C и выше внутренняя зерновая структура становится более грубой, что приводит к увеличению хрупкости.

Жаропрочные нержавеющие стали изготавливаются из:

тонколистовой прокат;
бесшовные трубы;
агрегаты химической и пищевой промышленности.

Стали, имеющие в своей основе феррит и мартенсит, используются в машиностроении для многих целей. Изделия из этих жаропрочных сплавов могут успешно использоваться при температурах до 600 °C в течение относительно длительных периодов времени.

Наиболее распространенные марки этих жаропрочных сталей:

Х6СЮ;
1Х13;
1 Х11МФ;
1Х12ВНМФ;
1 Х12В2МФ;
2 Х12ВМБФР.

Содержание хрома в химическом составе этих сплавов составляет 10-14 %. Ванадий, вольфрам и молибден являются легирующими добавками, улучшающими их состав.

Аустенитно-ферритные и аустенитные стальные сплавы

Наиболее важной особенностью аустенитных марок является то, что их внутренняя структура формируется за счет никеля в их составе, а жаропрочность связана с хромом.

Наиболее распространенными аустенитными сталями, доступными сегодня, являются сплавы с осадительной закалкой. Для улучшения качественных характеристик добавляются карбидные или интерметаллидные упрочнители.

Наиболее распространенными являются марки с аустенитом в качестве внутренней матрицы:

Дисперсионно-твердеющие Х12Н20Т3Р, 4Х12Н8Г8МФБ, 4Х14Н14В2М, 0Х14Н28В3Т3ЮР.
Гомогенные 1Х14Н16Б, 1Х14Н18В2Б, Х18Н12Т, Х18Н10Т, Х23Н18, Х25Н16Г7АР, Х25Н20С2.

Стальные сплавы на основе аустенитно-ферритных смесей характеризуются очень высокой жаропрочностью, которая даже превышает жаропрочность материалов с высоким содержанием хрома. Жаропрочные свойства достигаются также за счет высокой стабильности внутренней структуры этих сталей. Эти стали успешно применяются даже при температурах до 1150°C.

Жаропрочные аустенитно-мартенитные марки очень хрупкие и поэтому не могут использоваться для высоконагруженных применений.

Жаропрочные стали этой марки используются для производства изделий такого назначения:

Жаропрочные трубы, конвейеры для печей, емкости для цементации (Х20Н14С2 и 0Х20Н14С2).
Пирометрические трубки (Х23Н13).

Тугоплавкие материалы

Тугоплавкие стальные сплавы используются для изделий, работающих при температуре 1000-2000°C.

Тугоплавкие металлы, входящие в химический состав этих сталей, характеризуются температурой плавления:

Поскольку тугоплавкие стали этого класса становятся хрупкими при высоких температурах, они деформируются при сильном нагреве. Для повышения жаропрочности эти стали легируются титаном, молибденом, танталом и т.д.

Наиболее распространенные соотношения химических элементов в тугоплавких сплавах:

основа – вольфрам и 30% рений;
60% ванадий и 40% ниобий;
основа – 48% железо, 15% ниобий, 5% молибден, 1% цирконий;
10% вольфрама и тантала.

Классификация материалов жаропрочных и жаростойких

Среди всех железосодержащих материалов, ориентированных в эксплуатации на повышенный температурный режим, выделяются 3 основных класса:

Вид материала	Уровень нагруженности	Термические условия
Теплоустойчивые	Состояние в условиях нагрузки	До 600 градусов Цельсия долгое время
Жаропрочные	Состояние нагруженное	Высокие показатели температуры
Жаростойкие (окалиностойкие)	Ненагруженное, слабонагруженное состояние	Температура более 550 гр. Цельсия

Литейными. Идут на изготовление фасонных отливок.
Деформируемыми. Получаются в виде слитков, затем обрабатываются с помощью ковки, прокатываются, штампуются, используется волочение и другие способы.

Разновидности жаропрочных и жаростойких материалов по структурным критериям

Состояние внутренней структуры металлов определяет тип сталей и сплавов.

В зависимости от состояния внутренней структуры выделяют различные классы огнеупорных стальных материалов.

Аустенитный класс

Аустенитная категория формирует внутреннюю структуру благодаря высокому содержанию хрома и никеля. Для получения стабильного аустенита, решетки железа с поверхностью центра, сталь должна быть легирована никелем. Жаропрочность определяется добавлением хрома.

Аустенитные сплавы являются высоколегированными. Ниобий (Nb) и титан (Ti) используются в сплавах для повышения коррозионной стойкости. Благодаря этому свойству они могут быть классифицированы как стабилизированные. Коррозионно-стойкие, жаропрочные стали — это металлы, которые трудно поддаются механической обработке.

При повышении температуры до значений, близких к 1 000 градусов Цельсия, и длительном ее поддержании аустенитная нержавеющая сталь сохраняет устойчивость к образованию накипи и жаропрочные свойства.

Аустенитные сплавы, относящиеся к подклассу дисперсионно твердеющих, часто встречаются в производстве. Качественные характеристики могут быть улучшены путем добавления различных элементов, таких как карбиды и интерметаллические упрочнители. Эти элементы обеспечивают упрочнение за счет упрочнения аустенитной матрицы за счет дисперсионного упрочнения.

Элементами, образующими карбиды, являются ванадий-V, ниобий-Nb, вольфрам-W, молибден-Mo.

Интерметаллические материалы получают путем дополнительного добавления хрома (Cr), никеля (Ni) и титана (Ti).

Структура аустенитов

Гомогенной. Материал с такой структурой не проходит термообработку для упрочнения, в нем мало углерода и большой процент легирующих компонентов. Это обусловливает хорошую стойкость к ползучести. Применяются в температурной среде ниже 500 градусов.
Гетерогенной. В таком материале, прошедшем термоупрочнение, получаются карбонитридные и интерметаллидные фазы. Это позволяет повысить температуру использования под нагрузками напряжения до 700 градусов..

Материалы с добавками никеля и кобальта подвергаются тепловому воздействию до 900 градусов Цельсия. Они сохраняют свою структурную стабильность в течение длительного периода времени.

Никелевые сплавы с содержанием никеля более 55 % являются жаро- и термостойкими.

Тугоплавкие металлы, такие как вольфрам, ниобий и ванадий, обеспечивают стабильность металла, когда температура приближается к 1500 гр. С приближается.

Из X25H16H7AR изготавливаются различные металлические полуфабрикаты: Листы, проволока, готовые детали для функционального использования при 950 гр. при умеренной нагрузке.

Как подобрать линолеум с имитацией «под ламинат». Линолеум как ламинат как называется.

Аустенитно-ферритный класс

Перлитный класс

Перлитные жаропрочные стали относятся к низколегированным сталям. Стали, содержащие хром и молибден в виде добавок, ориентированы для работы при температуре 450-550ºC. Cr и Mo и ванадий ориентированы на работу при 550-600ºC. С.

Тугоплавкие металлы

Эти металлы характеризуются чрезвычайно высокими температурами плавления. Они также характеризуются повышенной износостойкостью. Их использование в качестве легирующих агентов для сталей и сплавов улучшает те же свойства материалов, к которым они добавляются.

Температуры плавления следующие:

Вольфрам	W	3410 градусов
Тантал	Ta	3000 градусов
Ниобий	Nb	2415 градусов
Ванадий	V	1900 градусов
Цирконий	Zr	1855 градусов
Рений	Re	3180 градусов
Молибден	Mo	2600 градусов
Гафний	Hf	2222 градусов

Марки жаропрочных и жаростойких сталей

аустенитные;
мартенситные;
перлитные;
мартенситно-ферритные.

Однако стали, относящиеся к категории жаропрочных сталей, могут быть представлены еще двумя типами:

ферритные;
аустенитно-ферритные или мартенситные.

Основные свойства некоторых жаропрочных сталей (нажмите для увеличения).

Среди сталей с мартенситной структурой наиболее известны следующие типы:

Х5 (из такой жаропрочной стали производят трубы, которые предполагается эксплуатировать при температурах, не превышающих 650°);
Х5М, Х5ВФ, Х6СМ, 1Х8ВФ, 1Х12Н2ВМФ (используются для производства изделий, эксплуатируемых при 500–600° на протяжении определенного периода времени (1000–10000 часов));
3Х13Н7С2 и 4Х9С2 (изделия из данных марок могут успешно эксплуатироваться при 850–950°, поэтому из таких сталей производят клапаны двигателей транспортных средств);
1Х8ВФ (изделия из жаропрочной стали этой марки могут успешно эксплуатироваться при температурах, не превышающих 500°, на протяжении 10000 часов и даже дольше; из данного материала, в частности, производят конструктивные элементы паровых турбин).

Мартенситные и ферритные стали используются для различных целей в машиностроении. Изделия из этих жаропрочных сплавов могут успешно эксплуатироваться при температурах порядка 600°, даже в течение длительных периодов времени. Наиболее распространенными марками этих жаропрочных сталей являются 1Cr6Su, 1Cr13, 1Cr11MF, 1Cr12V2MF, 1Cr12VNMF, 2Cr12VMBFR. Эти жаропрочные сплавы характеризуются тем, что содержат 10-14 % хрома и легируются вольфрамом, молибденом и ванадием для улучшения их химического состава.

4 Аустенитно-ферритные и аустенитные жаростойкие сплавы

1. Заказ Отправьте заявку, либо продиктуйте нужные позиции менеджеру по телефону. На крупные заказы предоставляем скидки от прайсовой цены. Работаем более чем с 13 заводами, можем найти и поставить редкие позиции «под заказ».
2. Оплата Менеджер заполнит договор и проконсультирует по всем вопросам. Пришлите платежное поручение с отметкой банка для более оперативной отгрузки.
3. Доставка и самовывоз Согласуйте с менеджером дату и время доставки, пришлите схему проезда и контакты принимающего лица. В случае самовывоза — отправьте вашему менеджеру данные на автотранспорт.
4. Приёмка и разгрузка Разгрузка производится силами покупателя, однако, в случае отсутствия специальной техники поможем реализовать разгрузку металла. Пожалуйста, обеспечьте беспрепятственный заезд автотранспорта на место разгрузки. Возьмите у водителя-экспедитора отгрузочные документы: товарная накладная, счет-фактура, акт выполненных работ, сертификаты качества на металл.

Блок: 5/6 | Кол-во символов: 1212 Источник: https://alfa-stl.ru/zharoprochnye-stali-i-splavy/

Тугоплавкие металлы и сплавы

Если для производственного процесса важны компоненты, которые должны работать при температуре тысяча или две тысячи градусов Цельсия, для легирования необходимо использовать тугоплавкие металлы.

Используемые элементы и их температуры плавления следующие:

вольфрам (3410°С);
тантал (3000°С);
ниобий (2415°С);
ванадий (1900°С);
цирконий (1855°С);
рений (3180°С);
молибден (2600°С);
гафний (2000°С).

Эти металлы деформируются при нагревании, поскольку высокая температура делает их хрупкими. Их волокнистая структура образуется при нагревании до состояния рекристаллизации тугоплавких металлов. Термостойкость повышается за счет смесей специальных добавок. Добавки титана, тантала и молибдена защищают материалы от окисления при температуре выше 1 000 градусов.

Таким образом, сплавы различных элементов могут быть использованы для достижения требуемых свойств жаропрочных материалов, которые могут применяться в различных отраслях промышленности при различных температурах.