Razvoj novih industrijskih tehnologija, raketne tehnologije, sofisticirane turbinske opreme sredinom pedesetih godina prošloga stoljeća podrazumijevao je modernizaciju metalurške industrije u cjelini. U zasebnom smjeru istaknuo se rad na stvaranju legura otpornih na toplinu. Vremenom su našli primjenu u nuklearnom inženjerstvu, energetici i kemijskoj industriji i zauzeli svoje mjesto u lancu visokotehnoloških industrija.

Materijali otporni na toplinu i toplinu

Toplinski otporne i toplinski otporne legure velika su skupina legiranih materijala s aditivima molibdena, titana, kroma i niza drugih elemenata. Sve ove legure izrađene su na osnovi željeza, nikla i kobalta. Glavna im je značajka očuvanje povećane čvrstoće pri visokim temperaturama.

Glavne vrste

Najčešće se legure temelje na željezu . To su krom, krom-nikal, kao i kromomanganski čelici s aditivima molibdena, titana i volframa. Proizvode se i legure s legirajućim elementima kao što su aluminij, niobij, vanadij, bor, ali u manjim količinama.

U većini slučajeva postotak dodavanja aditiva u čelik doseže od 15 do 50%

Druga, vrlo popularna skupina su legure na bazi nikla. Krom se koristi kao dodatak. Otpornost na toplinu poboljšava se i dodatkom titana, cerija, kalcija, bora i sličnih sastava. U nekim tehnološkim kompleksima potražnje su legure na bazi nikla s molibdenom.

Treća skupina obuhvaća legure na bazi kobalta otporne na toplinu. Legirajući elementi za njih su ugljik, volfram, niobij, molibden.

U metalurgiji postoji niz materijala koji se koriste u legiranju čelika:

  • krom,
  • nikal,
  • molibden,
  • vanadij,
  • niobij,
  • titan,
  • mangan,
  • Wolfram.
  • silicij,
  • tantal,
  • aluminij,
  • bakar,
  • bor,
  • kobalt,
  • cirkonij.

Široko korišteni rijetkozemni elementi.

Kemijski sastav

Određivanje kemijskog sastava materijala otpornih na toplinu složen je postupak. Potrebno je uzeti u obzir ne samo glavne legirajuće elemente, već i ono što u proizvod ulazi kao nečistoća ili ostaje kao rezultat kemijskih reakcija koje nastaju tijekom taljenja.

Uvode se posebno dodani legirajući elementi kako bi se dobila potrebna tehnološka, ​​fizička i mehanička svojstva. Nečistoće i kemijski elementi nastali tijekom taljenja mogu pogoršati svojstva visoko legiranog metala.

Za legure kroma nikla i vatrostalne materijale na bazi kobalta opasno je prisustvo sumpora veće od 0, 005%, tragovi kositra, olova, antima i drugih metala sa niskim talištem.

Struktura i svojstva

Otpornost na toplinu određuje se ne samo kemijskim sastavom metala, već i oblikom u kojem Nečistoće su u leguri. Na primjer, sumpor u obliku nikl-sulfida smanjuje talište. I isti sumpor, u kombinaciji s cirkonijem, cerijem, magnezijem, tvori vatrostalne strukture. Veliki utjecaj na otpornost na toplinu ima čistoća nikla ili kroma. Međutim, treba imati na umu da svojstva legura variraju ovisno o tehnologiji koja se koristi.

Glavno svojstvo kojim se određuje otpornost na toplinu materijala je puzanje. To je fenomen konstantne deformacije pod neprekidnim naponom. Otpornost na uništavanje materijala pod utjecajem temperature

Klasifikacija legura

Prvi parametar klasifikacije legura je otpornost na toplinu, odnosno sposobnost materijala da podnese mehaničke deformacije na visokim temperaturama, bez deformacija.

Drugo, to je otpornost na toplinu (otpornost na skali). Sposobnost materijala da izdrži plinsku koroziju pri visokim temperaturama. Kada se opisuju procesi do šest stotina stupnjeva Celzijusa, koristi se izraz "otpornost na toplinu".

Jedna od glavnih karakteristika je granica puzanja . To je napon pri kojem deformacija materijala tijekom određenog razdoblja dostigne unaprijed određenu vrijednost. Vrijeme deformacije je vijek trajanja dijela ili strukture.

Za svaki se materijal utvrđuje maksimalna vrijednost plastične deformacije. Na primjer, za lopatice parnih turbina, ove deformacije ne bi trebale biti više od 1% u 10 godina. Lopatice plinskih turbina - ne više od 1-2% u trajanju od 500 sati. Cijevi parnih kotlova koji rade pod pritiskom ne smiju se deformirati za više od 1% na 100.000 sati rada.

Prema načinu dobivanja materijala, toplinski otporne klase klasificiraju se kako slijedi .

  1. Kromirani čelici martenzitske klase: X5, X5M, X5VF, 1X8VF, 4X8S2, 1X12N2VMF.
  2. Kromirani čelici martenzitsko-feritne klase: Kh6SYu, 1Kh11MF, 1Kh12VNMF, 15Kh12VMF, 18Kh11MFB, 1Kh12V2MF.
  3. Kromirani čelici feritne klase: 1h12SЮ, 0H13, H14, H17, H18SЮ, H25E, H28.
  4. Čelik austenitno-martenzitne i austenitno-feritne klase: 2Kh13N4G9, Kh15N9Yu, Kh17N7Yu, 2Kh17N2, 0Kh20N14S2, Kh20N14S2.
  5. Čelik austenitne klase: 0X18H10, 0X18H11, 1X18H9, 0X18H12T, 1X18H12T.

Označavanje čelika varira u skladu s GOST-om i tehničkim specifikacijama. Na gornjem popisu primjenjuje se klasifikacija GOST 5632–61 u kojoj je lako slovom pratiti prisutnost legirajućih elemenata. X je krom, B je vanadij, M je molibden. Na primjer, oznaka 09G2S znači da legura sadrži 0, 09% ugljika, 2% mangana i silicija, što je manje od 1%. Broj ispred pokazuje sadržaj ugljika (do jedan posto bez broja). Broj nakon slova pokazuje postotak određenog legirajućih elemenata. Kad je sadržaj bilo kojeg elementa manji od jednog posto, brojevi se ne stavljaju.

Drugi normativni dokument je GOST 5632–61, koristeći posebnu notu. Kako biste brzo povezali različite GOST-ove i tehničke uvjete, možete koristiti odgovarajući katalog ili asortiman pojedinih problema.

Prema GOST 5632–61, legure su klasificirane kako slijedi:

  1. Autenitni čelik s visokim udjelom kroma: EI813 (1X25H25TR), EI835, EI417.
  2. Čelik s karbidnom brtvom: EI69, EI481, EI590, EI388, EI572.
  3. Složeni legirani čelik povećane toplinske otpornosti austenitnog razreda: EI694R, EI695, EP17, EI726, EI680, EP184.
  4. Čelik s intermetalnim očvršćivanjem austenitske klase: EI696, EP33, EI786, EI 612, EI787, EP192, EP105, EP284.

U inozemstvu primjenjuje vlastitu klasifikaciju materijala. Na primjer, AISI 309, AISI 310S.

Tehnologija i primjena

Prema strukturi i načinu pripreme, posebni čelici dijele se na sljedeće: austenitni, martenzitni, perlitni, martenzitno-feritni. Martenzitni i austenitni čelici koriste se ako temperatura dosegne 450-700 o S i zauzmu prvo mjesto po volumenu taljenja.

S porastom temperature na 700-1000 o S koriste se legure nikla, a za još veće temperature potrebno je u tehnološki postupak uključiti legure kobalta, grafit, vatrostalne metale i toplinsku keramiku.

Autenitni - čelici koji su najviše otporni na toplinu, a koji se koriste ako temperatura medija dosegne 600 ° C. Osnova legure je krom i nikal. Aditivi Ti, Nb, Cr, Mo, W, Al.

Martenzitni čelici namijenjeni su proizvodnji proizvoda koji rade na temperaturama u rasponu od 450 do 600 ° C. Povećana otpornost na toplinu u martenzitnim čelicima postiže se smanjenjem (na 0, 10–0, 15%) sadržaja ugljika i legiranjem kromom 10–12%, molibdenom, niobijem, volframom ili prosječni (0, 4%) sadržaj ugljika i legiranje silicijom (do 2–3%) i kromom (unutar 5–10%).

Upotreba posebnih čelika i legura usko je usmjerena i najučinkovitija u složenim područjima proizvodnje. Na primjer, čelici otporni na toplinu 30H12N7S2 i 30H13N7S2S našli su široku primjenu u modernoj gradnji motora. Ocjene 15XM i 12X12VNMF - u proizvodnji kotlova i posuda pod pritiskom. Čelik razreda HN70VMTЮ koristi se za izradu lopatica za plinske turbine, a 08H17T koristi se u proizvodnji elemenata peći. Nehrđajući čelik također pripada otpornosti na toplinu.

Ocjene od nehrđajućeg čelika

Prije svega, to je EI417 ili 20X23H18 prema GOST 5632–61. Analog zapadnoeuropskih i američkih proizvođača je poznati AISI 310. Austenitni čelik, čiji proizvodi su potrebni za rad u okolinama s temperaturama do 1000 ° C.

20Kh25N20S2, to je i EI283 - austenitna legura, otporna na temperature od 1200 o C i više.

Za proizvodnju limova od nehrđajućeg čelika koriste se legure niskog ugljika s udjelom kroma od 4 do 20%. Nehrđajući čelik otporan na toplinu u liniji proizvodi se hladno valjani i vruće valjani, ploče i limovi.

Prednosti i nedostaci

Svojstva toplinski otpornih čelika čine ovaj materijal neophodnim u područjima kao što su raketna znanost i svemirska industrija, složena izgradnja motora, zrakoplovna industrija, proizvodnja ključnih elemenata plinskih turbina i mnogi drugi. Njihov udio u najmu visokotehnološkog čelika dostiže 50%. Neke legure mogu raditi na temperaturama iznad 7000 ° C.

Ovaj težak materijal za izradu, čija je izrada nemoguća bez posebne opreme i kvalificiranog osoblja, ima velike troškove. Upotreba takvih čelika ne može biti univerzalna, pa je za njegovu učinkovitu primjenu potrebno imati razvijenu znanstvenu i tehničku bazu.

Kategorija:

Izgradnja i popravak