Чем отличается жаропрочная сталь от обычной

Жаропрочные и жаростойкие стали – отличия, особенности, применение

В современном мире очень востребованы такие сплавы, как жаропрочные и жаростойкие. Они незаменимы во многих отраслях народного хозяйства и в быту. Мы видим их в нагревательных приборах, плитах, посуде и кухонной технике, различных механизмах.

Чем жаропрочные стали отличаются от жаростойких?

Жаростойкость — это стойкость металла к газовой коррозии и появлению окалины под воздействием температур свыше 600ºC. Они сохраняют свои свойства и товарный вид при нагреве и воздействии выхлопных газов, дыма. Жаростойкие сплавы необходимы для производства конструкций, не подверженных агрессивным механическим воздействиям, но пригодных для высокого нагрева. Из них изготавливают нагревательные элементы, используемые при т-ре не свыше 550 ºC.

Жаропрочность — это стойкость к деформированию при т-рах свыше 600 ºC. Жаропрочные стали нужны для высоконагруженных механизмов и деталей. Они не разрушаются и сохраняют свою первозданную форму при высоких т-рах и нагрузках, не подвержены ползучести.

Жаростойкие сплавы нужны для производства ненагруженных элементов, подверженных высоким т-рам, а жаропрочные — для высоконагруженных.

Жаростойкие стали

Жаростойкость сплавам придает легирование различными элементами. Для этого применяют Cr, Si, Al и прочие. Содержание хрома напрямую влияет на жаростойкость материала, чем его больше, тем выше стойкость металла к температурным воздействиям.

Жаропрочные стали

Они используются при т-рах свыше 600 градусов и механических воздействиях. Они практически не подвержены разрушениям и ползучести.

Есть стали, которые одновременно относятся к обоим видам, например 08×18Н10Т.

Классификация

Эти виды стали классифицируются по нескольким параметрам:

Мартенситные стали изготавливаются из перлита методом легирования Cr.

Ферритные стали подвергаются отжигу, в следствии приобретая мелкозернистость. Их состав сплавов содержит около 30% легированного элемента.

Нижний Новгород ул. Памирская, д.11 Литера «В»

© 2021 Все права защищены. Копирование материалов запрещено.

Источник

Жаростойкие и жаропрочные стали и сплавы: отличия, марки, применение

Основные характеристики

При покупке стали нужно четко представлять себе, какие свойства требуются от нее в данном конкретном случае применения. Рынок металла предлагает варианты, удовлетворяющие практически любым запросам. Но для грамотного выбора нужно ориентироваться в свойствах и технических характеристиках материала. Жаростойкие и жаропрочные стали и сплавы ценят за целый набор их практичных качеств:

• стойкость к воздействию экстремально высоких температур;
• высокая прочность при нагреве;
• минимальная ползучесть;
• стойкость к коррозии;
• возможность их применения для работы в агрессивных средах.

Жаропрочная и жаростойкая сталь: отличие

Неопытный покупатель может совершить ошибку в интерпретации различных характеристик. В данном случае речь идет о жаропрочности и жаростойкости. Вопреки распространенному мнению, это не одно и то же.

Разница в понятиях:

1. Жаростойкие стали – сплавы железа с углеродом и добавлением различных присадок. Данные материалы способны находиться, не разрушаясь и без существенной остаточной деформации, в сложнонапряженном состоянии при высоких температурах (от 30% от температуры плавления) в течение определенного времени.
2. Жаростойкие (окалиностойкие) стали сопротивляются окислению в ненагруженном или слабонагруженном состоянии при нахождении в условиях высоких температур (свыше 550 0 C) в газовых средах. При этом окисление в начальной стадии – это чисто химическое явление, но в дальнейшем – это уже сложный процесс, совмещающий соединение кислорода и железа, с диффузией атомов этих веществ через многофазовый окисленный слой с образованием окалины. Окалина – это продукт окисления, образующийся при высокой температуре на поверхности некоторых сплавов при прямом воздействии кислорода.

Виды и марки

Следует учитывать, что существует множество комбинаций характеристик стали:

• степень жаропрочности и жаростойкости;
• уровни ползучести и длительной прочности;
• прочность в обычных условиях;
• пластичность и упругость;
• преимущественные виды нагрузок, на которые они рассчитаны: нагрузки под высокой температурой могут быть статические, динамические переменные, изгибающие, сжимающие, растягивающие скручивающие, нагрузки разной частоты и амплитуды, динамическое воздействие скоростных газовых потоков и т.д.

Поэтому не существует универсального материала, пригодного для использования в любых сферах промышленности. Именно по этой причине созданы десятки марок стали, каждая из которых является лучшим вариантом в конкретных условиях эксплуатации с конкретными требованиями по набору специфических свойств. Для улучшения технических характеристик при производстве стали к железу добавляют различные добавки (легирующие присадки). Для жаропрочных и жаростойких сталей это чаще всего хром, марганец, кремний, алюминий, никель, титан, молибден и множество других, в том числе редкоземельных элементов. Именно количеством, типом и процентным соотношением присадок, а также условиями закалки, и определяются уникальные особенности той или иной марки стали.

Все разнообразие марок жаропрочных окалиностойких сталей объединяется в несколько основных типов:

• Перлитные: 15ХМ1МФ. Х10С2М, Х13Н7С2, 12Х1МФ
• Ферритные: 1Х12СЮ, 0Х17Т, Х23Н13, Х20Н14С2
• Мартенситные:. 15Х11МФ, 40Х9С2, 20Х12ВНМФ.
• Аустенитные: 09Х14Н16Б, Х25Н16Г7АР, Х12Н20Т3Р.

Существуют еще комбинированные или дуплексные типы:

• Мартенситно-ферритные: Х6СЮ, 2Х12ВМБФР, 1Х12ВНМФ.
• Аустенитно-ферритные: 03Х23Н6, 03Х22Н6М2, 08Х18Г8Н2Т.

Применение

Жаростойкие марки стали используют в основном при изготовлении слабонагружаемых конструкций, эксплуатируемых в условиях постоянного воздействия высоких температур и газовых окислительных сред.

Жаропрочные стали применяют в производстве и эксплуатации оборудования и деталей, которые обязаны выдерживать работу под значительной разноплановой нагрузкой при больших и сверхбольших температурах без деформации и потери физических свойств.

Вообще, сфера применения жаропрочных и жаростойких сталей огромна. Можно смело сказать, что практически любая отрасль современной промышленности нуждается в этих материалах. Например:

Источник

Сравнение жаростойких и коррозионностойких сталей и сплавов

В статье сравниваются коррозионностойкие (нержавеющие) стали и жаростойкие сплавы. Приведена классификация сталей и сплавов, описаны химический состав, свойства, области применения.

Коррозионностойкие и жаростойкие сплавы и стали используются при производстве ответственных деталей машин, аппаратов, приборов и технологического оборудования практически для всех отраслей промышленности. Главное общее свойство, присущее этим материалам – стойкость к разным видам коррозии в агрессивных средах и стабильность параметров при высоких температурах. Различаются они физико-механическими характеристиками, а также химическим составом, точнее, типом и объемом дополнительных химических элементов (легирующих добавок), введенных в базовую основу – железо или никель, которые и придают конечному материалу определенные качества.

Фланцы из коррозионностойкой стали

Классификация

Жаростойкие и коррозионностойкие стали и сплавы классифицируют по ГОСТ 5632-72 исходя из их ключевых физико-механических свойств.

Коррозионностойкие стали и сплавы отличаются способностью противостоять коррозионным процессам под воздействием широкого спектра естественных и искусственных коррозионных сред: атмосферной (в атмосфере воздуха, в условиях любого влажного газа), подводной, подземной (почвенной), щелочной, кислотной, солевой, под воздействием блуждающего тока и т.д. Окалиностойкие жаростойкие сплавы обладают долговременной стойкостью к химическому и электрохимическому разрушению (окислению) поверхности в агрессивных газообразных средах при температурах свыше 500-550°С, при работе без высоких нагрузок.

Легирование

Формирование специальных свойств коррозионно — и жаростойких сплавов и сталей производится способом легирования. Осуществляется легирование путем введения определенного количества хрома (Cr) и/или никеля (Ni) в расплав базового металла. У некоторых типов сталей и сплавов допускается наличие дополнительных легирующих, а также незначительного количества случайно попавших элементов, но никель и хром в их составе всегда имеет наибольшую массовую долю в соотношении к остальным примесям и добавкам.

Химический состав коррозионностойких сталей и сплавов

Наиболее распространенные коррозионностойкие стали и сплавы делятся на хромистые и хромоникелевые, в которых основным легирующим элементом выступает хром в соотношении не менее 10,5-13% от общей массы сплава, предназначенный для образования на его поверхности защитной оксидной пленки Cr₂O₃. Для стабилизации аустенитной структуры стали в нее добавляется никель (8-25%), для повышения прочности – углерод (0,1-2%), для увеличения стойкости к перепадам температур – титан (0,6-0,8%). В роли дополнительных легирующих элементов используют молибден, медь, ниобий, кремний, марганец и др. Аустенит – это одна из фаз состояния структуры кристаллической решетки стали и сплавов на основе железа с концентрацией углерода до 2%, обеспечивающая им максимальную стойкость к коррозии при высоких температурах. В большинстве сталей и сплавов кристаллическая решетка приобретает устойчивую (стабильную) аустенитную структуру только при нагреве до 727°С и выше. Формируется аустенитная структура путем введения в сплав определенных легирующих элементов (добавок), которые называют аустенизаторами. К числу аустенизаторов относят никель, кобальт, углерод, азот, медь и пр.

Бак из коррозионностойкой стали

Свойства коррозионностойких сталей и сплавов

Когда сплав обогащается хромом в объеме свыше 13%, то в сочетании с другими легирующими компонентами получается прочная нержавеющая сталь с повышенными коррозионно — и жаростойкими свойствами, а также с высокой устойчивостью к воздействию кислот и т.п. Например, коррозионностойкая сталь марки 08Х18Н10 может эксплуатироваться в средах средней агрессивности при температурах до 600°С. Жаростойкость сталей марки 36Х18Н25С2 и 15Х6СЮ достигает 800°С, марки 12Х17 – 900°С, а нержавеющая сталь марки 15Х25Т способна сохранять устойчивость к коррозии (окалиностойкость) при температуре в 1100°С (кратковременно).

Химический состав жаростойких сплавов

В отличие от коррозионностойких сталей, изготавливаемых на основе железа с легированием хромом и никелем, жаростойкие сплавы производятся на основе никеля. Именно большая массовая доля никеля (не менее 55%), температура плавления которого равна 1455°С, обеспечивает сплавам защиту от коррозии и физическую стабильность при работе в различных средах при очень высоких температурах. Чтобы увеличить и без того высокую жаропрочность сплава, никель легируется хромом (15-23%) и в незначительном объеме (1-5%) обогащается тугоплавкими металлами (кремний, молибден, титан, марганец, вольфрам, тантал, ниобий и др.) с температурой плавления выше 1700°С. Для экономии дорогостоящего никеля в состав некоторых марок сплава вводят железо (до 25%).

Свойства жаростойких сплавов

Одним из наиболее распространенных жаростойких сплавов на основе никеля является нихром, который по своим свойствам превосходит лучшие жаропрочные стали. В данном случае речь идет именно о жаростойкости (жаростойкость характеризует сопротивление металлов и сплавов газовой коррозии при высоких температурах) нихрома, которую не следует путать с жаропрочностью (жаропрочность — способность сталей и сплавов выдерживать механические нагрузки при высоких температурах в течение определенного времени). В отличие от коррозионностойкой нержавеющей стали, нихромы не имеют достаточной механической прочности, чтобы в течение продолжительного времени работать в нагруженном состоянии, из них нельзя штамповать или точить детали, зато они чрезвычайно жаростойки и пластичны, поэтому отлично подходят для производства большого спектра высокоэффективных нагревательных элементов.

К примеру, 60-процентная массовая доля никеля в составе нихрома марки ХН60Ю обеспечивает ему возможность длительной работы в агрессивной окислительной среде (в азоте, аммиаке и др.) при рабочей температуре до 1150°С, а температура плавления этого материала составляет 1390°С. В свою очередь рабочая температура нихрома марки Х20Н80 достигает 1250°С. Здесь следует заострить внимание на том, что никелевые жаростойкие сплавы чаще всего производят в виде полуфабрикатов — проволоки и ленты, поэтому рабочая температура детали из нихрома будет зависеть еще и от диаметра проволоки или сечения ленты.

Стоимость жаро- и коррозионностойких сталей и сплавов

Поскольку коррозионностойкие стали и жаростойкие сплавы в плане их применения имеют мало точек пересечения, т.к. каждый материал обладает своей специфической нишей, сравнивать стоимость материалов было бы не совсем корректно. И, тем не менее, для полноты и объективности данного обзора отметим, что килограмм обыкновенной коррозионностойкой стали аустенитного класса стоит в 20 раз дешевле килограмма жаростойкого сплава. Такое положение дел обусловлено дефицитом и высокой стоимостью никеля. Несмотря на это жаростойкие сплавы пользуются неизменным и стабильным спросом на рынке, оставаясь незаменимыми во многих сферах, тем более, что их ближайшие аналоги, например, кобальтовые сплавы, стоят еще дороже, причем настолько, что их используют только в исключительных случаях.

Области применения

Количество жаростойких изделий, для производства которых применяется коррозионностойкая нержавеющая сталь сложно перечислить в рамках одной статьи. В их числе элементы аппаратов и сосудов для кислот, щелочей и солевых растворов различной концентрации, арматура, теплообменники и трубы, предназначенные для работы в условиях слабоагрессивных сред, детали и корпуса пищевого и химического оборудования, печей, турбин, двигателей машин, самолетов. Разумеется, нержавеющая сталь незаменима при изготовлении посуды и медицинских биксов (стерилизационных емкостей).

Реактор для химической промышленности

Сфера использования сплавов на основе никеля (нихромов) обусловлена не только их уникальной коррозионной и жаростойкостью, устойчивостью к большому спектру химических воздействий (окислению), но и высокой пластичностью. Из нихромовой проволоки изготавливают нагревательные элементы для лабораторных и промышленных печей, реостатов, сушильных аппаратов, электротермического и кухонного оборудования (в том числе бытового), резисторы, нити электронных сигарет и многое другое.

телефоны:
8 (800) 200-52-75
(495) 366-00-24
(495) 504-95-54
(495) 642-41-95

Источник