Vývoj nových průmyslových technologií, raketových technologií, sofistikovaných turbínových zařízení v polovině padesátých let minulého století znamenal modernizaci metalurgického průmyslu jako celku. V samostatném směru vyčnívaly práce na tvorbě žáruvzdorných slitin. Postupem času našli uplatnění v jaderném inženýrství, energetice a chemickém průmyslu a zaujali místo v řetězci high-tech průmyslových odvětví.

Žáruvzdorné a žáruvzdorné materiály

Žáruvzdorné a žáruvzdorné slitiny jsou velkou skupinou legovaných materiálů s přísadami molybdenu, titanu, chromu a řady dalších prvků. Všechny tyto slitiny jsou vyráběny na bázi železa, niklu a kobaltu. Jejich hlavním rysem je zachování zvýšené pevnosti při vysokých teplotách.

Hlavní typy

Nejběžnější slitiny jsou na bázi železa . Jedná se o chrom, nikl chrom a chromomanganové oceli s přísadami molybdenu, titanu a wolframu. Slitiny se vyrábějí také s legovacími prvky, jako je hliník, niob, vanad, bor, ale v menším množství.

Ve většině případů dosahuje podíl přísad do oceli 15 až 50%

Druhou, velmi oblíbenou skupinou jsou slitiny na bázi niklu. Chromium se používá jako přísada. Tepelná odolnost je také zvýšena přidáním titanu, ceru, vápníku, boru a prvků podobných složení. V některých technologických komplexech je poptávka po slitinách na bázi niklu a molybdenu.

Třetí skupina zahrnuje slitiny na bázi kobaltu odolné vůči teplu. Legujícími prvky pro ně jsou uhlík, wolfram, niob, molybden.

V metalurgii existuje řada materiálů, které se používají při legování ocelí:

  • chrom
  • nikl
  • molybden
  • vanadium
  • niob
  • titan
  • Mangan
  • Wolfram
  • křemík
  • tantal
  • hliník
  • měď
  • bor
  • kobalt
  • zirkonium.

Široce používané prvky vzácných zemin.

Chemické složení

Stanovení chemického složení žáruvzdorných materiálů je složitý proces. Je třeba vzít v úvahu nejen hlavní legující prvky, ale také to, co vstupuje do produktu jako nečistoty nebo zůstává v důsledku chemických reakcí, ke kterým dochází během tavení.

Jsou zavedeny speciálně legované prvky pro získání potřebných technologických, fyzikálních a mechanických vlastností. A nečistoty a chemické prvky vytvořené během tavení mohou degradovat vlastnosti vysoce legovaného kovu.

Pro slitiny chrom-nikl a žáruvzdorné materiály na bázi kobaltu je nebezpečná přítomnost síry vyšší než 0, 005%, stopy cínu, olova, antimonu a dalších kovů s nízkou teplotou tání.

Struktura a vlastnosti

Tepelná odolnost je určena nejen chemickým složením kovů, ale také formou, ve které Nečistoty jsou ve slitině. Například síra ve formě sulfidů niklu snižuje teplotu tání. A stejná síra v kombinaci se zirkoniem, cérem a hořčíkem vytváří žáruvzdorné struktury. Velký vliv na tepelnou odolnost má čistota niklu nebo chrómu. Je však třeba mít na paměti, že vlastnosti slitin se liší v závislosti na použité technologii.

Hlavní vlastnost, kterou je stanovena tepelná odolnost materiálu, je tečení. Jde o fenomén neustálé deformace při neustálém namáhání. Odolnost proti ničení materiálu vlivem teploty

Klasifikace slitin

Prvním parametrem klasifikace slitiny je tepelná odolnost, tj. Schopnost materiálu odolávat mechanickým deformacím při vysokých teplotách bez deformace.

Za druhé, je to tepelná odolnost (odolnost proti vodním kameni). Schopnost materiálu odolávat korozi plynu při vysokých teplotách. Při popisu procesů až do šesti set stupňů Celsia se používá termín „tepelná odolnost“.

Jednou z hlavních charakteristik je meze tečení . Toto je napětí, při kterém deformace materiálu po určitou dobu dosáhne předem stanovené hodnoty. Doba deformace je životnost součásti nebo struktury.

Pro každý materiál je stanovena maximální hodnota plastické deformace. Například u lopatek parní turbíny by tyto deformace neměly být za více než 1% za 10 let. Lopatky plynových turbín - ne více než 1–2% po dobu 500 hodin. Potrubí parních kotlů provozovaných pod tlakem by nemělo být deformováno o více než 1% na 100 000 hodin provozu.

Podle způsobu získávání materiálu jsou třídy odolné vůči teplu klasifikovány následovně .

  1. Chromové oceli martenzitické třídy: X5, X5M, X5VF, 1H8VF, 4Kh8S2, 1Kh12N2VMF.
  2. Chromové oceli martenziticko-feritické třídy: Kh6SYu, 1Kh11MF, 1Kh12VNMF, 15Kh12VMF, 18Kh11MFB, 1Kh12V2MF.
  3. Chromové oceli feritické třídy: 1х12ЮЮ, 0Х13, Х14, Х17, Х18СЮ, Х25Е, Х28.
  4. Ocel austeniticko-martenzitické a austeniticko-feritické třídy: 2Kh13N4G9, Kh15N9Yu, Kh17N7Yu, 2Kh17N2, 0Kh20N14S2, Kh20N14S2.
  5. Ocel austenitické třídy: 0X18H10, 0X18H11, 1X18H9, 0X18H12T, 1X18H12T.

Ocelové značení se liší podle GOST a technických specifikací. Ve výše uvedeném seznamu je použita klasifikace GOST 5632–61, ve které je snadné vysledovat přítomnost legujícího prvku písmeny. X je chrom, B je vanad, M je molybden. Například kód 09Г2С znamená, že slitina obsahuje 0, 09% uhlíku, 2% manganu a křemíku, což je méně než 1%. Číslo v přední části ukazuje obsah uhlíku (až jedno procento bez čísla). Číslo za písmenem ukazuje procento určitého legujícího prvku. Pokud je obsah kteréhokoli prvku menší než jedno procento, čísla se neuvádějí.

Dalším normativním dokumentem je GOST 5632–61, používající zvláštní zápis. Za účelem rychlé korelace různých GOST a technických podmínek můžete použít příslušný adresář nebo sortiment jednotlivých čísel.

Podle GOST 5632–61 jsou slitiny klasifikovány takto:

  1. Austenitická ocel s vysokým obsahem chrómu: EI813 (1X25H25TR), EI835, EI417.
  2. Ocel s karbidovým těsněním: EI69, EI481, EI590, EI388, EI572.
  3. Složitá legovaná ocel se zvýšenou tepelnou odolností austenitické třídy: EI694R, EI695, EP17, EI726, EI680, EP184.
  4. Ocel s intermetalickým kalením austenitické třídy: EI696, EP33, EI786, EI 612, EI787, EP192, EP105, EP284.

V zahraničí se používá vlastní klasifikace materiálů. Například AISI 309, AISI 310S.

Technologie a aplikace

Podle struktury a způsobu přípravy se speciální oceli dělí na: austenitické, martenzitické, perlitové, martenziticko-feritické. Martenzitické a austenitické oceli se používají, pokud teplota dosáhne 450–700 о С a zaujímá první místo v objemu tání.

Při nárůstu teploty na 700–1 000 о С se používají slitiny niklu, při ještě vyšších teplotách je nutné do technologického procesu zahrnout slitiny kobaltu, grafit, žáruvzdorné kovy a tepelnou keramiku.

Austenitic - nejvíce žáruvzdorné oceli, které se používají, pokud teplota média dosáhne 600 ° C. Základem legování je chrom a nikl. Aditiva Ti, Nb, Cr, Mo, W, Al.

Martenzitické oceli jsou určeny pro výrobu výrobků, které pracují při teplotách v rozmezí 450–600 ° C. Zvýšená tepelná odolnost v martenzitických ocelích se dosahuje snížením (na 0, 10–0, 15%) obsahu uhlíku a legováním chromem 10–12%, molybdenem, niobem, wolframem nebo průměrný (0, 4%) obsah uhlíku a legování s křemíkem (do 2–3%) a chromem (do 5–10%).

Použití speciálních ocelí a slitin je úzce zaměřené a nejúčinnější ve složitých oblastech výroby. Například žáruvzdorné oceli 30Х12Н7С2 a 30Х13Н7С2С nalezly široké uplatnění v moderní konstrukci motorů. Třídy 15XM a 12X12VNMF - ve výrobě kotlů a tlakových nádob. Ocelová ocel 70Н70ВМТЮ se používá pro výrobu lopatek plynové turbíny a 08Х17Т pro výrobu pecí. Nerezová ocel také patří k tepelně odolným.

Nerezové oceli

Především jde o EI417 nebo 20X23H18 podle GOST 5632–61. Analogem západoevropských a amerických výrobců je známá AISI 310. Austenitická ocel, jejíž výrobky jsou žádány o práci v prostředích s teplotami dosahujícími 1000 ° C.

20Kh25N20S2, je to také EI283 - austenitická slitina, odolná vůči teplotám 1200 o C a vyšším.

Pro výrobu plechů z nerezové oceli se používají slitiny s nízkým obsahem uhlíku s obsahem chrómu 4 až 20%. Žáruvzdorná nerezová ocel v této řadě se vyrábí za studena a za tepla, plechy a plechy.

Výhody a nevýhody

Vlastnosti žáruvzdorných ocelí činí tento materiál nepostradatelným v takových oblastech, jako je věda o raketách a kosmický průmysl, složitá konstrukce motorů, letecký průmysl, výroba klíčových prvků plynových turbín a mnoho dalších. Jejich podíl na pronájmu high-tech oceli dosahuje 50%. Některé slitiny jsou schopné pracovat při teplotách nad 7000 ° C.

Tento obtížně vyrobitelný materiál, jehož výroba není možná bez speciálního vybavení a kvalifikovaného personálu, má vysoké náklady. Použití takových ocelí nemůže být univerzální, a proto je pro jejich účinné používání nutné vyvinuté vědecké a technické základy.

Kategorie:

Konstrukce a opravy