Жаропрочные стали
Жаропрочные стали — сплавы, являющиеся особым классом легированных соединений, сохраняющих работоспособность при экстремальных температурах и повышенных нагрузках. Такие сплавы служат сырьём для изготовления компонентов, эксплуатирующихся в тяжёлых условиях — нефтехимической отрасли, авиации, космонавтике, металлообработке.
Важно отметить разницу между сталью жаропрочной и жаростойкой (иначе называющейся окалиностойкой). Последний материал устойчив к коррозии при температуре выше 550°C и не разрушается под воздействием серы, кислорода и других веществ, однако менее устойчив к деформации. Жаропрочные стальные сплавы сохраняют механическую прочность даже при длительном пребывании в среде с температурным диапазоном до 1000°C.
Марки
Марки соединений и их химический состав содержит ГОСТ 5632-2014, посвящённый деформируемым стальным сплавам с определёнными характеристиками. Стали включают большое количество хрома, а также встречаются примеси других элементов: никеля, молибдена, вольфрама, кобальта, титана. Хром сказывается и на коррозионной стойкости сталей, поэтому жаропрочные материалы обладают довольно высоким уровнем защиты от коррозии. Сплавы и основные легирующие добавки:
- 14Х17Н2 (ЭИ268): 16-18% Cr, 1-2% Ni, 0,2% Ti;
- 2Х12ВМБФР (ЭИ993): 11-13% Cr, 0,4-0,6% Mo, 0,4-0,7% W, 0,2-0,4% Nb;
- 15Х25Т (ЭИ439): 24-27% Cr, 1% Si;
- 20Х23Н18 (ЭИ417): 17-20% Ni, 22-25% Cr, 2% Mn;
- 37Х12Н8Г8МФБ (ЭИ481): 11-13% Cr, 7-9% Ni, 7-9% Mn, 1,1-1,4% Mo, 1,25-1,55% V.
Присутствие тугоплавких металлов, таких как вольфрам, молибден, значительно повышает прочностные качества, однако затрудняет процесс изготовления и обработки металлопродукции.
Обработка жаропрочной стали требует особых технологий из-за её высокой твердости и склонности к наклепу. Материал подвергается закалке, отпуску, отжигу. Механическую обработку выполняют с помощью высокоскоростного резания под охлаждением, шлифования и электроэрозионного метода. Сварку осуществляют аргонодуговым и электронно-лучевым способами, а затем подвергают термообработке, чтобы сохранить жаропрочные свойства в зоне сварки.
Классы жаропрочных сталей
Материал делится на несколько групп в зависимости от структуры и химического состава:
- аустенитные стали;
- перлитные;
- мартенситные;
- мартенситно-ферритные.
Ключевые характеристики
Свойства сталей зависят от пропорций и набора элементов, поэтому необходимо внимательно подходить к выбору материала для вашего проекта. Главными достоинствами таких материалов являются:
- сопротивление ползучести — деформации от постоянного напряжения при больших температурах;
- длительная прочность;
- термостойкость;
- стабильность структуры;
- выносливость к механическим нагрузкам;
- высокая температура плавления;
- повышенная твёрдость.
Эти характеристики находят применение в металлоизделиях, выпускаемых согласно ГОСТ 7350-77 (толстолистовая сталь), ГОСТ 5949-2018 (сортовой прокат) и других.
Сферы использования
Жаропрочная продукция необходима в задачах, где другие материалы не могут обеспечить необходимый уровень безопасности и надёжности. Такими областями являются:
- элементы паровых турбин;
- детали двигателей;
- арматура нефтехимических и химических установок;
- нагревательное оборудование;
- элементы камер сгорания;
- промышленные печи;
- валы прокатных станов.
Исследования по улучшению жаропрочных сталей продолжаются. Они направлены на повышение рабочей температуры и срока службы. Однако уже сейчас рассматриваемые соединения играют важную роль в промышленности и остаются основой для технологий, работающих на пределе возможностей.