Развитието на нови индустриални технологии, ракетни технологии, усъвършенствано турбинно оборудване в средата на петдесетте години на миналия век доведе до модернизация на металургичната индустрия като цяло. В отделна посока се открои работата по създаването на топлоустойчиви сплави. С течение на времето те намериха приложение в ядрената техника, енергетиката и химическата промишленост и заеха своето място във веригата на високотехнологичните индустрии.

Топлоустойчиви и топлоустойчиви материали

Топлоустойчивите и топлоустойчиви сплави са голяма група от легирани материали с добавки молибден, титан, хром и редица други елементи. Всички тези сплави са направени на железни, никелови и кобалтови основи. Основната им особеност е запазването на повишената якост при високи температури.

Основни типове

Най-често срещаните сплави се основават на желязо . Това са хром, хром-никел, както и хромомарганцеви стомани с добавки молибден, титан и волфрам. Сплавите също се произвеждат със легиращи елементи като алуминий, ниобий, ванадий, бор, но в по-малки количества.

В повечето случаи процентът на добавяне на добавки към стоманата достига от 15 до 50%

Втората, много популярна група са сплавите на базата на никел. Хромът се използва като добавка. Топлинната устойчивост също се повишава чрез добавяне на титан, церий, калций, бор и елементи, подобни на състав. В някои технологични комплекси се търсят сплави на базата на никел с молибден.

Третата група включва сплави на базата на кобалт на топлина. Легиращите елементи за тях са въглерод, волфрам, ниобий, молибден.

В металургията има редица материали, които се използват при легирането на стомани:

  • хром,
  • никел,
  • молибден,
  • ванадий,
  • ниобий,
  • титан,
  • манган,
  • Wolfram.
  • силиций,
  • тантал,
  • алуминий,
  • мед,
  • бор,
  • кобалт,
  • цирконий.

Широко използвани рядкоземни елементи.

Химичен състав

Определянето на химичния състав на топлоустойчивите материали е сложен процес. Необходимо е да се вземат предвид не само основните легиращи елементи, но и това, което влиза в продукта като примеси или остава в резултат на химични реакции, които се появяват по време на топене.

Специално добавени легиращи елементи се въвеждат за получаване на необходимите технологични, физични и механични свойства. А примесите и химическите елементи, образувани по време на топенето, могат да влошат свойствата на силно легиран метал.

За хром-никеловите сплави и огнеупорни материали на базата на кобалт е опасно присъствието на сяра над 0, 005%, следи от калай, олово, антимон и други метали с ниско топене.

Структура и свойства

Топлоустойчивостта се определя не само от химичния състав на металите, но и от формата, в която Примесите са в сплавта. Например сярата под формата на никелови сулфиди намалява точката на топене. И същата сяра в комбинация с цирконий, церий, магнезий образува огнеупорни структури. Голямо влияние върху топлинната устойчивост оказва чистотата на никела или хрома. Трябва обаче да се има предвид, че свойствата на сплавите варират в зависимост от използваната технология.

Основното свойство, чрез което се определя топлинната устойчивост на даден материал, е пълзенето. Това е феномен на постоянна деформация при непрекъснато напрежение. Устойчивост на разрушаване на материал под влияние на температурата

Класификация на сплавите

Първият параметър на класификацията на сплавите е топлинната устойчивост, тоест способността на материал да издържа на механични деформации при високи температури, без деформация.

Второ, това е устойчивост на топлина (устойчивост на мащаб). Способността на материала да издържа на корозия на газ при високи температури. Когато се описват процеси до шестстотин градуса по Целзий, се използва терминът "топлинна устойчивост".

Една от основните характеристики е границата на пълзене . Това е напрежението, при което деформацията на материала за определен период достига предварително определена стойност. Времето на деформация е животът на частта или структурата.

За всеки материал се установява максималната стойност на пластичната деформация. Например при лопатките на парните турбини тези деформации трябва да са не повече от 1% за 10 години. Остриетата на газовите турбини - не повече от 1-2% за 500 часа. Тръбите на парните котли, работещи под налягане, не трябва да се деформират с повече от 1% за 100 000 часа работа.

Според метода за получаване на материала, термоустойчивите степени се класифицират, както следва .

  1. Хромни стомани от мартензитен клас: X5, X5M, X5VF, 1H8VF, 4Kh8S2, 1Kh12N2VMF.
  2. Хромни стомани от мартензитно-феритен клас: Kh6SYu, 1Kh11MF, 1Kh12VNMF, 15Kh12VMF, 18Kh11MFB, 1Kh12V2MF.
  3. Хромни стомани от феритен клас: 1х12СЮ, 0Х13, Х14, Х17, Х18СЮ, Х25Е, Х28.
  4. Стоманен аустенитно-мартензитен и аустенитно-феритен клас: 2X13H4G9, X15H9YU, X17H7YU, 2X17H2, 0X20H14C2, X20H14C2.
  5. Стомана от аустенитен клас: 0X18H10, 0X18H11, 1X18H9, 0X18H12T, 1X18H12T.

Маркирането на стомана варира в съответствие с GOST и техническите спецификации. В горния списък се прилага класификацията GOST 5632–61, в която е лесно да се проследи наличието на легиращ елемент чрез букви. X е хром, В е ванадий, М е молибден. Например код 09Г2С означава, че сплавта съдържа 0, 09% въглерод, 2% манган и силиций, което е по-малко от 1%. Числото отпред показва съдържанието на въглерод (до един процент без числото). Числото след буквата показва процента на определен легиращ елемент. Когато съдържанието на който и да е елемент е по-малко от един процент, числата не се поставят.

Друг нормативен документ е GOST 5632–61, използвайки специална нотация. За бързото съпоставяне на различни GOST и технически условия можете да използвате подходящата директория или асортимент от отделни проблеми.

Съгласно GOST 5632–61 сплавите се класифицират, както следва:

  1. Аустенитна стомана с високо съдържание на хром: EI813 (1X25H25TR), EI835, EI417.
  2. Стомана с карбидно уплътнение: EI69, EI481, EI590, EI388, EI572.
  3. Сложна легирана стомана с повишена термоустойчивост на аустенитния клас: EI694R, EI695, EP17, EI726, EI680, EP184.
  4. Стомана с интерметално закаляване от аустенитния клас: EI696, EP33, EI786, EI 612, EI787, EP192, EP105, EP284.

В чужбина се прилага собствена класификация на материалите. Например AISI 309, AISI 310S.

Технология и приложение

Според структурата и метода на приготвяне специалните стомани се делят на следните: аустенитни, мартензитни, перлитни, мартензитно-феритни. Мартензитните и аустенитните стомани се използват, ако температурата достигне 450-700 о С и заемат първото място по обем на топене.

С повишаване на температурата до 700-1000 о С се използват никелови сплави, при още по-високи температури е необходимо в технологичния процес да се включат кобалтови сплави, графит, огнеупорни метали и термична керамика.

Аустенит - най-устойчивите на топлина стомани, които се използват, ако температурата на средата достигне 600 ° С. Основата на легирането е хром и никел. Добавки Ti, Nb, Cr, Mo, W, Al.

Мартензитните стомани са предназначени за производството на продукти, работещи при температури в диапазона 450–600 ° С. Повишената термоустойчивост в мартензитните стомани се постига чрез намаляване (до 0, 10–0, 15%) на съдържанието на въглерод и легиране с хром 10–12%, молибден, ниобий, волфрам или средно (0, 4%) съдържание на въглерод и легиране със силиций (до 2–3%) и хром (в рамките на 5–10%).

Използването на специални стомани и сплави е тясно насочено и е най-ефективно в сложните производствени зони. Например, термоустойчивите стомани 30Х12Н7С2 и 30Х13Н7С2С са намерили широко приложение в съвременното строителство на двигатели. Степени 15XM и 12X12VNMF - в производството на котли и съдове под налягане. Стомана клас ХН70ВМТЮ се използва за производство на остриета на газови турбини, а 08Х17Т се използва при производството на елементи на пещта на пещта. Неръждаемата стомана също принадлежи към устойчивост на топлина.

Степени от неръждаема стомана

На първо място, това е EI417 или 20X23H18 съгласно GOST 5632–61. Аналог на западноевропейските и американските производители е добре познатата AISI 310. Аустенитна стомана, чиито продукти са в търсенето за работа в среда с температури, достигащи 1000 ° C.

20Kh25N20S2, той също е EI283 - аустенитна сплав, устойчива на температури от 1200 o C и повече.

За производството на листове от неръждаема стомана се използват нисковъглеродни сплави със съдържание на хром от 4 до 20%. Топлоустойчивата неръждаема стомана в гамата се произвежда студено валцувана и горещовалцувана, плоча и ламарина.

Предимства и недостатъци

Свойствата на топлоустойчивите стомани правят този материал незаменим в такива области като ракетната наука и космическата индустрия, сложното изграждане на двигатели, авиационната промишленост, производството на ключови елементи на газови турбини и много други. Техният дял в наемането на високотехнологична стомана достига 50%. Някои сплави са в състояние да работят при температури над 7000 ° C.

Този труден за производство материал, производството на който е невъзможно без специално оборудване и квалифициран персонал, има висока цена. Използването на такива стомани не може да бъде универсално, затова за нейното ефективно приложение е необходимо да има развита научна и техническа база.

Категория:

Строителство и ремонт