Жаростойкие и жаропрочные стали

Жаростойкостью (окалиностойкостью) называется способность металла сопротивляться окислению в газовой среде при высокой температуре. Скорость образования окалины обуславливается появлением пленок окислов на поверхности металла: чем плотнее и сплошнее пленка, тем меньше окалинообразование. Для повышения жаростойкости сталь легируется элементами, которые изменяют состав окалины в сторону снижения диффузии атомов кислорода через неё. Такими элементами являются Cr, Al, Si, образующие плотные и сплошные окислы Cr₂O_3,Al₂O₃ и SiO₂. Чем больше в стали Cr, Al, Si, тем выше жаростойкость. Для работы при 900^оС нужно иметь в стали ≥10% Cr, при 1100^оС - ≥25% Cr, при 1300^оС - ≥ 25% Cr и ≥5% Al. Стали, легированные Cr и Si называются сильхромами, легированные Cr и Al – хромалями, легированные Cr, Al и Si- сильхромалями.

Таблица 3.4

Применение жаростойких сталей (ГОСТ10994-74).

№ п/п	Марка	Рабочая температура ^оС	Назначение

	40Х9С2 Х20Н80	600- 650 1000- 1100	Электронагреватели печей.
	Х13Ю4	900- 950	Клапаны выпуска ДВС, трубы рекуператоров, теплообменники, колосники.

	15Х25Т	800- 1000	Малонагруженные детали печей, чехлы термопар, теплообменники, трубы пиролизных установок, электроды свечей.
	20Х23Н18	950- 1050	Муфели, ролики рольгангов, подовые плиты, трубы для пиролиза метана, пирометрические трубки.
	Х23Ю5Т	1350- 1400	Электронагреватели печей, газопроводы, камеры сгорания химических установок.

Жаропрочные стали

Жаропрочностью называется способность сталей сопротивляться деформации и разрушению в области высоких температур.

Перлитные, мартенситные и аустенитные жаропрочные стали используются при температурах 450 – 700^оС и по масштабам применения занимают ведущее место. При температурах 700 – 1000^о С применяются никелевые сплавы, при более высоких температурах применяются кобальтовые сплавы, тугоплавкие металлы, специальная керамика, графит.

Перлитные стали предназначены для длительной эксплуатации при температурах 450 -580^оС и используются в котлостроении. Обычно это низкоуглеродистые (0,08-0,15%С) стали, легированные Mo, Cr, V. Оптимальной термической обработкой является нормализация с температуры Т=1000^оС и последующим высоким (650 – 700^о С) отпуском. Перлитные стали пластичны в холодном состоянии, удовлетворительно свариваются и обрабатываются резанием.

Мартенситные стали предназначены для изделий, работающих при температуре 450-600^оС. Повышенная по сравнению с перлитными сталями жаропрочность у мартенситных сталей достигается либо при низком (0.10-0.15%) содержания С и легированием Cr 10-12%, Mo, V, W, Nb, либо средним 0,4% содержанием углерода и легированием Si = 2-3% и Cr =5-10%, так называемые сильхромы. Сильхромы используются для изготовления клапанов двигателей, крепежных деталей и т.д.

Аустенитные стали самые жаропрочные и используются при температурах более 600 ºС.Основные легирующие элементы - хром и никель выбирают в количестве, достаточном для получения чисто аустенитной структуры. Для повышения жаропрочности стали легируют элементами Cr, Mo, W, Al, Ti, Nb, которые образуют карбиды.

Для изготовления деталей работающих при температуре более 700^оС применяются сплавы на никелевой и кобальтовой основе. Сплавы с содержанием никеля более 50% называются нимоники. Сталь ХН77ТЮР работает длительно при температуре 850^оС. При температурах выше 1000-1400^оС применяются тугоплавкие металлы: вольфрам, молибден, ниобий и тантал.

Таблица 3.5

Применение жаропрочных сталей (ГОСТ5632-72).

	Марка стали.	Рабочая температура, ^оС	Назначение
1.	30Х13Н7С2		Клапаны тракторов и ДВС средней мощности.
2.	Х6С		Клапаны легковых машин
3.	15 ХМ		Котлостроение: трубы пароперегревателей и т. д.
4.	12Х12ВНМФ		Котлостроение: лопатки паровых турбин и т. д.
5.	40ХН2МА		Крепежные детали котлов.
6.	ХН 78Т		Жаровые трубы и камеры сгорания турбин.
7.	ХН70ВМТЮ		Лопатки газовых турбин.

Криогенные стали.

Криогенные стали обладают достаточной прочностью при нормальной температуре в сочетании с высоким сопротивлением хрупкому разрушению при низких температурах. К этим сталям нередко предъявляют требования высокой коррозионной стойкости. В качестве криогенных сталей применяют низкоуглеродистые никелевые стали и стали аустенитного класса, не склонные к хладноломкости. Для сварных конструкций, работающих при температуре до – 196^оС, используют стали с 6-7 % никеля (OH6A) и 8,5-9,5 % Ni (OH9A), обладающие низким порогом хладноломкости.

Из этих сталей изготавливают цилиндрические или сферические резервуары для хранения и транспортировки сжиженных газов при температуре не ниже-- 196^оС.

Сталь 10Х14Г14Н4Т имеет:σ_b= 620МПа, σ₀₂= 280МПа, δ = 45%, 60%

ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СТАЛИ.

Инструментальные стали предназначены для изготовления режущего, измерительного инструмента и штампов холодного и горячего деформирования. Основные свойства, которыми должны обладать инструментальны стали: износостойкость, прочность при удовлетворительной вязкости, теплостойкость, прокаливаемость и хорошая обрабатываемость давлением и резанием.