Какую температуру выдерживает нержавеющая сталь
Elton-zoloto.ru

Драгоценные металлы

Какую температуру выдерживает нержавеющая сталь

Рабочая температура нержавеющей стали, температура применения жаропрочных сталей и сплавов

Представлены таблицы значений максимальной рабочей температуры стали (нержавеющей, жаропрочной и жаростойкой) распространенных марок при различных сроках эксплуатации. Указана также температура, при которой сталь начинает интенсивно окисляться на воздухе.

Таблицы позволяют подобрать необходимую марку нержавеющей стали или сплава на железоникелевой основе под определенные условия эксплуатации и заданный срок службы.

В первой таблице приведена рабочая температура (максимальная температура применения) нержавеющих сталей и сплавов на железоникелевой и никелевой основах, предназначенных для работы в окислительной среде от 50 до 100 тысяч часов.

По данным таблицы видно, что при сверхдлительной эксплуатации максимальная рабочая температура рассмотренных марок стали не превышает 850°С (нержавеющая сталь 05ХН32Т), а «запас» до температуры интенсивного окалинообразования составляет от 200 до 500 градусов.

Температура применения стали при сверхдлительной эксплуатации (до 100 тыс. часов)

Марка стали или сплава Максимальная температура применения, °С Температура начала интенсивного окалинообразования на воздухе, °С
05ХН32Т (ЭП670) 850 1000
08Х15Н24В4ТР (ЭП164) 700 900
08Х16Н13М2Б (ЭИ680) 600 850
09X16Н4Б (ЭП56) 650 850
09Х14Н19В2БР (ЭИ695Р) 700 850
09Х14Н19В2БР1 (ЭИ726) 700 850
09Х16Н15М3Б (ЭИ847) 350 850
12X13 550 750
12Х18Н10Т 600 850
12Х18Н12Т 600 850
12Х18Н9Т 600 850
12ХН35ВТ (ЭИ612) 650 850…900
13Х14Н3В2ФР (ЭИ736) 550 750
15Х11МФ 580 750
16X11Н2В2МФ (ЭИ962А) 500 750
18Х11МНФБ (ЭП291) 600 750
18Х12ВМБФР (ЭИ993) 500 750
20Х12ВНМФ (ЭП428) 600 750
20Х13 500 750
31Х19Н9МВБТ (ЭИ572) 600 800
55Х20Г9АН4 (ЭП303) 600 750
ХН65ВМТЮ (ЭИ893) 800 1000
ХН70ВМЮТ (ЭИ765) 750 1000
ХН80ТБЮ (ЭИ607) 700 1050

Во второй таблице представлена максимальная рабочая температура стали при длительной эксплуатации длительностью до 10 тысяч часов. По значениям температуры в таблице видно, что при менее длительном применении стали возможно увеличение ее рабочей температуры. При этом «запас» до температуры интенсивного окалинообразования уменьшается.

Например, максимальная рабочая температура нержавеющей стали 12Х18Н9Т при длительной эксплуатации на 200 градусов выше, чем при сверхдлительной. Эта сталь может применяться при температуре до 800°С в течении 10 тысяч часов.

Максимальная рабочая температура из приведенных в таблице марок соответствует стали 10ХН45Ю — она может использоваться при 1250…1300°С.

Температура применения стали при длительной эксплуатации (до 10 тыс. часов)

Марка стали или сплава Максимальная температура применения, °С Температура начала интенсивного окалинообразования на воздухе, °С
03X21Н32М3Б (ЧС33) 550…750
03X21Н32М3БУ (ЧС33У) 550…750
05Х12Н2М 550
07Х15Н30В5М2 (ЧС81) 850
08Х16Н11М3 600
08X18Н10 800 850
08Х18Н10Т (ЭИ914) 800 850
09X18Н9 550
10Х18Н9 550
10Х23Н18 1000 1050
10ХН45Ю (ЭП747) 1250…1300
11Х11Н2В2МФ (ЭИ962) 600 750
12Х18Н9 800 850
12Х18Н9Т 800 850
12Х18Н10Т 800 850
12Х18Н12Т 800 850
12Х25Н16Г7АР (ЭИ835) 1050 1100
12ХН38ВТ (ЭИ703) 1000 1050
13Х11Н2В2МФ (ЭИ961) 600 750
14Х17Н2 (ЭИ268) 400 800
15Х12ВНМФ (ЭИ802) 780 950
16X11Н2В2МФ (ЭИ962А) 600 750
20Х23Н13 (ЭИ319) 1000 1050
20Х23Н18 (ЭИ417) 1000 1050
20Х25Н20С2 (ЭИ283) 1050 1100
36Х18Н25С2 1000 1100
37Х12Н8Г8МФБ (ЭИ481) 630 750
40Х9С2 650 850
40X10С2М (ЭИ107) 650 850
45Х14Н14В2М (ЭИ69) 650 850
45Х22Н4М3 (ЭП48) 850 950
ХН33КВЮ (ВЖ145, ЭК102) 1100
ХН45МВТЮБР (ВЖ105, ЭП718) 700
ХН54К15МБЮВТ (ВЖ175) 750
ХН55К15МБЮВТ (ЭК151) 750
ХН55МВЦ (ЧС57) 950
ХН55МВЦУ (ЧС57У) 950
ХН56К16МБВЮТ (ВЖ172) 900
ХН56КМЮБВТ (ЭК79) 750
ХН58МБЮ (ВЖ159, ЭК171) 1000
ХН59КВЮМБТ (ЭП975) 850
ХН60ВТ (ЭИ868, ВЖ98) 1000 1100
ХН60Ю (ЭИ559А) 1200 1250
ХН62БМКТЮ (ЭП742) 750
ХН62ВМЮТ (ЭП708) 900
ХН62МВКЮ (ЭИ867) 800 1080
ХН67МВТЮ (ЭП202) 800 1000
ХН68ВМТЮК (ЭП693) 950
ХН69МБЮТВР (ВЖ136, ЭК100) 650
ХН70ВМТЮ (ЭИ617) 850 1000
ХН70ВМТЮФ (ЭИ826) 850 1050
ХН70Ю (ЭИ652) 1100 1250
ХН73МБТЮ (ЭИ698) 700 1000
ХН75ВМЮ (ЭИ827) 800 1080
ХН75МБТЮ (ЭИ602) 1050 1100
ХН78Т (ЭИ435) 1100 1150

В третьей таблице указана максимальная рабочая температура нержавеющей стали при кратковременной эксплуатации (до 1000 часов). При таких сроках эксплуатации сталь и жаропрочные сплавы могут иметь рабочую температуру на 50…100 градусов выше, чем при длительной работе (до 10 тыс. часов).

Например, жаропрочный сплав ХН62МВКЮ при кратковременной эксплуатации может применяться при температурах до 900°С, а при длительной эксплуатации — только до 800°С.

Жаропрочные стали и сплавы

Жаропрочная сталь используется при изготовлении разных деталей, которые контактируют с агрессивными средами, при этом подвергаются значительным нагрузкам, вибрациям и высокому термическому воздействию. К примеру, сюда относятся следующие изделия: турбины, печи, котлы, компрессоры и т.п. Далее представлены характеристики термостойких, жаропрочных сплавов, классификация, марки, особенности их применения.

Жаростойкая сталь (или окалиностойкая) – металлический сплав, используемый в ненагруженном или слабонагруженном состоянии и способный на протяжении длительного времени в условиях высоких температур (более 550 ºС) сопротивляться газовой коррозии. Жаропрочные металлы – изделия, которые под высоким термическим воздействием сохраняют свою структуру, не разрушаются, не поддаются пластической деформации. Важная характеристика таких металлов – условный предел ползучести и длительной прочности. Жаропрочные сплавы могут быть жаростойкими, однако не всегда такими бывают, поэтому в агрессивных средах могут быстро повредиться по причине окисления.

Свойства жаростойких и жаропрочных сплавов

Для повышения жаростойкости используются легирующие добавки, которые также улучшают прочность металлов. Благодаря легированию на поверхности сплавов образуется защитная пленка, снижающая скорость окисления изделий. Основные легирующие элементы: никель, хром, алюминий, кремний. В процессе нагрева образуются защитные оксидные пленки (Cr,Fe)2O3, (Al,Fe)2О. При содержании 5–8 % хрома жаростойкость стали увеличивается до 700–750 градусов по Цельсию, 17 % хрома – до 1000 градусов, при 25 % хрома – до 1100 градусов.

Жаропрочные марки металлов – сплавы на основе железа, никеля, титана, кобальта, упрочненные выделениями избыточных фаз (карбидов, карбонитридов и др.). Жаропрочностью обладают хромоникелевые и хромоникелевомарганцевые стали. Под воздействием высоких температур они не склонны к ползучести (медленная деформация при наличии постоянных нагрузок). Температура плавления жаропрочной стали составляет 1400-1500 °С.

Классификация жаропрочных и жаростойких сплавов

При температуре до 300 ºС используется обычная конструкционная (углеродистая) сталь – прочный и термостойкий металл. Для работы в условиях свыше 350 ºС требуется применение жаропрочных металлов. Основные виды сплавов повышенной термостойкости и термопрочности:

  • Перлитные, мартенситные и аустенитные;
  • кобальтовые и никелевые сплавы;
  • тугоплавкие металлы.

К перлитным жаропрочным сталям относят котельные стали и сильхромы, содержащие малый процент углерода. Температура рекристаллизации материала повышается за счет легирования молибденом, хромом, ванадием. Сплавы характеризуются неплохой свариваемостью. Производство мартенситных сталей осуществляется с использованием перлитных и добавок хрома, закалки при 950–1100 ºС. Они содержат более 0,15 % углерода, 11-17 % хрома, небольшое количество никеля, вольфрама, молибдена, ванадия. Стали мартенситного класса устойчивы к воздействию коррозии в щелочных, кислотных растворах, повышенной влажности, в случае термообработки при 1050 градусах отличается высокой жаропрочностью.

Жаропрочные аустенитные стали могут иметь гомогенную или гетерогенную структуру. В сплаве с гомогенной структурой, не упрочняемых термообработкой, содержится минимум углерода, много легирующих элементов, что обеспечивает сопротивление ползучести. Такие материалы подходят для применения при температуре до 500 °С. В гетерогенных твердых растворах, упрочняемых термообработкой, образуются карбидные, интерметаллидные, карбонитридные фазы, что обеспечивает применение жаропрочных сплавов под напряжением при температуре до 700 °С.

При температуре до 900 °C эксплуатируют никелевые и кобальтовые сплавы: они применяются при производстве турбин реактивных двигателей, являются лучшими жаропрочными материалами. Кобальтовые сплавы по жаропрочности немного уступают никелевым, являются более редкостным. Отличаются высокой теплопроводностью, коррозионной устойчивостью при высоких температурах, стабильностью структуры в процессе длительной работы.

Содержание никеля в никелевом сплаве составляет свыше 55 %, углерода 0,06-0,12 %. В зависимости от структуры различают гомогенные (нихромы), гетерогенные (нимоники) сплавы никеля. Нихромы, изготавливаемые на основе никеля, в качестве легирующей добавки содержат хром. Им свойственна не только жаропрочность, но и высокая жаростойкость. Нимоники состоят из 20 % хрома, 2 % титана, 1 % алюминия. Марки сплавов: ХН77ТЮ, ХН55ВМТФКЮ, ХН70МВТЮБ.

При температурах до 1500 градусов и выше могут работать жаропрочные сплавы из тугоплавких металлов: вольфрама, ниобия, ванадия и др.

Читать еще:  Как сделать плазморез своими руками
Температура плавления тугоплавких металлов.
Металл Температура плавления, ºC
Вольфрам 3410
Тантал Около 3000
Ванадий 1900
Ниобий 2415
Цирконий 1855
Рений 3180
Молибден Около 2600

Наиболее востребованным является молибденовый сплав. Для легирования применяются такие элементы, как титан, цирконий, ниобий. Для предотвращения коррозии выполняют силицирование изделия, в результате чего на поверхности образуется защитное покрытие. Защитный слой позволяет эксплуатировать жаропрочку при температуре 1700 градусов на протяжении 30 часов. Другие распространенные тугоплавкие сплавы: вольфрам и 30 % рения, 60 % ванадия и 40 % ниобия, сплав железа, ниобия, молибдена и циркония, тантал и 10 % вольфрама.

Марки жаростойких и жаропрочных сталей

В зависимости от состояния структуры различают аустенитные, мартенситные, перлитные и мартенситно-ферритные жаропрочные металлы. Жаростойкие сплавы разделяются на ферритные, мартенситные или аустенитно-ферритные виды.

Применение мартенситных сталей.
Марки стали Изделия из жаропрочных сталей
4Х9С2 Клапаны автомобильных двигателей, рабочая температура 850–950 ºC.
1Х12H2ВМФ, Х6СМ, Х5М, 1Х8ВФ, Х5ВФ Узлы, детали, работающие при температуре до 600 ºC на протяжении 1000–10000 часов.
Х5 Трубы, эксплуатируемые при рабочей температуре до 650 ºC.
1Х8ВФ Элементы паровых турбин, которые работают при температуре до 500 ºC на протяжении 10000 часов и более.

Перлитные марки, имеющие хромокремнистый и хромомолибденовый состав жаропрочной стали: Х13Н7С2, Х10С2М, Х6СМ, Х7СМ, Х9С2, Х6С. Хромомолибденовые составы 12МХ, 12ХМ, 15ХМ, 20ХМЛ подходят для использования при 450-550 °С, хромомолибденованадиевые 12Х1МФ, 15Х1М1Ф, 15Х1М1ФЛ – при температуре 550-600 °С. Их применяют при производстве турбин, запорной арматуры, корпусов аппаратов, паропроводов, трубопроводов, котлов.

Ферритная сталь изготавливается путем обжига и термообработки, за счет чего приобретает мелкозернистую структуру. Сюда относят марки Х28, Х18СЮ, 0Х17Т, Х17, Х25Т, 1Х12СЮ. Содержание хрома в таких сплавах 25-33 %. Их применяют на производстве теплообменников, аппаратуры для химических производств (пиролизного оборудования), печного оборудования и прочих конструкций, которые работают длительное время при высокой температуре и не подвержены воздействию серьезных нагрузок. Чем больше хрома в составе, тем выше температура, при которой сталь сохраняет эксплуатационные свойства. Жаростойкая ферритная сталь не обладает высокой прочностью, жаропрочностью, отличается хорошей пластичностью и неплохими технологическими параметрами.

Мартенситно-ферритная сталь содержит 10-14 % хрома, легирующие добавки ванадий, молибден, вольфрам. Материал используется при изготовлении элементов машин, паровых турбин, оборудования АЭС, теплообменников атомных и тепловых ЭС, деталей, предназначенных для длительной эксплуатации при 600 ºC. Марки сталей: 1Х13, Х17, Х25Т, 1Х12В2МФ, Х6СЮ, 2Х12ВМБФР.

Аустенитные стали отличаются широким применением в промышленности. Жаропрочностные и жаростойкие характеристики материала обеспечиваются за счет никеля и хрома, легирующих добавок (титан, ниобий). Такие стали сохраняют технические свойства, стойкие к коррозии при воздействии температуры до 1000 ºC. Сравнительно со сталями ферритного класса, аустенитные сплавы обладают повышенной жаропрочностью, способностью к штамповке, вытяжке, свариванию. Термическая обработка металлов осуществляется путем закалки при 1000–1050 °С.

Применение аустенитных марок.
Марки стали Применение жаропрочных сталей
08X18Н9Т, 12Х18Н9Т, 20Х25Н20С2, 12Х18Н9 Выхлопные системы, листовые, сортовые детали, трубы, работающие при невысокой нагрузке и температуре до 600–800 °С.
36Х18Н25С2 Печные контейнеры, арматура, эксплуатируемые при температуре до 1100 °С.
Х12Н20Т3Р, 4Х12Н8Г8МФБ Клапаны двигателей, детали турбин.

Аустенитно-ферритные стали отличаются повышенной жаропрочностью по сравнению с обычными высокохромистыми сплавами. Такие металлы применяются при изготовлении ненагруженных изделий, рабочая температура 1150 ºC. Из марки Х23Н13 изготавливают пирометрические трубки, из марки Х20Н14С2, 0Х20Н14С2 – печные конвейеры, резервуары для цементации, труб

Марки нержавеющей стали и их характеристики

Популярные марки нержавеющей стали отечественного и зарубежного производства.

AISI 304 – наиболее распространенная и популярная марка стали. Отличается высокой прочностью, упругостью, стойкостью к окислению, легко сваривается.

Сталь AISI 316 и 316Тi – улучшенный вариант AISI 304,
с повышенной антикоррозийной устойчивостью и к воздействию агрессивной среды.

AISI 430 – экономичный вариант коррозийнностойкого материала, идеален для штамповки, деформации и перфорации.

Нержавеющая сталь – это разновидность легированной стали, устойчивая к коррозии за счет содержания хрома – 12% и более. В присутствии кислорода образуется оксид хрома, который создает на поверхности стали инертную пленку, защищающую все изделие от неблагоприятных воздействий. Современный рынок может предложить различные марки нержавеющей стали для применения в самых разных отраслях промышленности.

Не каждая марка нержавеющей стали демонстрирует устойчивость хромоксидной пленки к механическим и химическим повреждениям. Хотя пленка восстанавливается под воздействием кислорода, были разработаны специальные марки нержавейки для применения в агрессивных средах.

Популярные марки стали

В России развита сталелитейная промышленность и существуют собственные обозначения для марок стали, однако самые популярные марки имеют зарубежные аналоги. Это стали так называемых 300-й и 400-й серий, которые отличаются высокими характеристиками коррозионной стойкости, устойчивости к агрессивным средам, пластичности и прочности. Они практически универсальны и применяются для производства самой разнообразной продукции – от медицинских инструментов до крупных строительных конструкций. 200-я серия постепенно догоняет их по популярности за счет выгодного соотношения цена-качество.

Виды стали 300-й серии

Хромникелевая нержавейка этой группы по своему химическому составу бывает аустенитная, аустенитно-ферритная и аустенитно-мартенситная, в зависимости от процентного содержания углерода, никеля, хрома и титана. Это самая универсальная нержавейка, свойства которой обеспечивают ей неизменно высокий спрос на рынке.

AISI 304 (08Х18Н10)

Востребованная во всех отраслях промышленности, эта нержавейка, однако, снискала славу «пищевой». Ее химический состав и свойства делают ее наиболее подходящей для применения в пищепроме. Она легко поддается сварке, показывает высокие характеристики коррозийной стойкости в агрессивных средах. Ее также часто выбирают для химической, фармацевтической, нефтяной и текстильной промышленности.

AISI 316 (10Х17Н13М2)

Нержавейка 316 получается, если добавить в 304-ю нержавейку молибден, что еще больше повышает коррозионную устойчивость и способность к сохранению свойств в агрессивных кислотных средах, а также при высоких температурах. Эта нержавеющая сталь дороже, чем 304, она используется в химической, нефтегазовой и судостроительной промышленности.

AISI 316T (10Х17Н13М2Т)

Эта марка стали нержавейки содержит небольшое количество титана, повышающего прочность материала, делающего его устойчивым к высоким температурам, а также к ионам хлора. Используется в сварных конструкциях, для изготовления лопастей газовых турбин, в пищевой и химической промышленности. Доступная цена и высокие технические характеристики делают эту нержавеющую сталь очень популярной.

AISI 321 (12-08Х18Н10Т)

Нержавеющая сталь, характеристики которой обусловлены повышенным содержанием титана. Легко поддается сварочной обработке, устойчива к температуре до 800 o С. Широко востребована для изготовления бесшовных труб, а также трубопроводных фитингов — фланцев, тройников, отводов и переходов.

Виды стали 400-й серии

Эта серия имеет более узкий диапазон, чем 300-я. К ней относится нержавейка с высоким содержанием хрома, – других легирующих элементов в ней почти не содержится, что положительно сказывается на ее стоимости. Низкое содержание углерода делает эти нержавейки пластичными и хорошо свариваемыми.

AISI 430 (12Х17)

Это нержавейка с высоким процентом хрома и низким – углерода. Такое соотношение способствует высокой прочности и одновременно пластичности. AISI 430 хорошо гнется, сваривается, штампуется. Сохраняет свои свойства в коррозионно опасных и серосодержащих средах, устойчива к резким перепадам температуры. Используется в нефтегазовой промышленности, а также в качестве декоративного материала для отделки зданий и помещений.

Виды стали 200-й серии

Пока можно говорить только об одной марке стали в этой серии, но она успешно догоняет своих конкуренток в сериях 300 и 400.

AISI 201 (12Х15Г9НД)

Сталь нержавеющая марки AISI 201 значительно дешевле аналогичной по свойствам нержавейки других серий. В ней дорогой никель частично заменен марганцем и азотом. Выгодно сбалансированный химический состав делает характеристики нержавейки AISI 201 не уступающими AISI 304 и AISI 321. Она нашла свое применение в медицинской и пищевой промышленности. Используется также при изготовлении круглых и профильных труб, которые требуются для создания перил, поручней и ограждений.

Продажа нержавеющего металлопроката по всей России и СНГ

Компания «МетПромСтар» занимается продажей нержавеющей стали всех марок, снабженной сертификатами качества и отвечающей международным стандартам. Гибкое ценообразование и широкий выбор стального проката привлекают в качестве клиентов как крупные предприятия, так и небольшие частные компании. Консультанты «МетПромСтар» готовы ответить на все вопросы по любой марке нержавейки. Доставка осуществляется по всей России и в страны СНГ. Возможно индивидуальное изготовление изделий из нержавейки по эскизам заказчика.

Как мож­но уви­деть, сре­ди ши­ро­ко­го ас­сор­ти­мен­та ви­дов не­р­жа­ве­ю­щей ста­ли всег­да мож­но най­ти при­ем­ле­мый ком­про­мисс (за ис­клю­че­ни­ем осо­бых слу­ча­ев). От­дель­ные мар­ки не­р­жа­ве­ю­щей ста­ли вза­и­мо­за­ме­ня­е­мые в опре­де­лен­ных пре­де­лах, но сто­ят не­сколь­ко или на­мно­го де­шев­ле сво­их «ана­ло­гов» из дру­гих се­рий. Что­бы вы­брать оп­ти­маль­ный ва­ри­ант, всег­да луч­ше об­ра­щать­ся к тех­ни­чес­ким кон­суль­тан­там ав­то­ри­тет­ной фир­мы.

Температура плавления и использования нержавеющей стали – что важнее?

Температура плавления нержавеющей стали является одной из важнейших физических характеристик металлов и сплавов. Однако знание ее величины на практике необходимо достаточно узкому ряду специалистов и промышленно-производственного персонала предприятий, имеющих отношение к литейному делу. Всем же потребителям любого проката из нержавейки следует знать совсем другие параметры этих сплавов – температуры применения и обработки для улучшения качеств.

1 Что такое температура плавления и как она себя проявляет у нержавеющих сплавов

Температура плавления – это такое значение нагрева кристаллического твердого тела из любого чистого вещества, при котором оно переходит в жидкое состояние. Причем эта же температура одновременно является и температурой кристаллизации. То есть у чистых веществ эти 2 температуры совпадают. И, таким образом, при температуре плавления чистое вещество может быть как в жидком состоянии, так и в твердом.

Если при этом произвести дополнительный нагрев, то вещество станет жидким, а его температура не будет меняться (повышаться), пока оно полностью все в рассматриваемой системе (теле) не расплавится. Если же наоборот, начать отведение тепла – охлаждать вещество – то оно начнет застывать (переходить в твердое кристаллическое состояние) и, пока полностью не затвердеет, его температура не изменится (не понизится).

Таким образом, температуры плавления и кристаллизации имеют одинаковую и такую величину для чистого вещества, при которой оно может находиться в жидком или твердом состоянии, а переход в одну из этих фаз происходит сразу и с последующим изменением температуры при, соответственно, дополнительном нагреве либо отводе тепла.

Сплавы, в том числе и нержавеющие, не являются чистыми веществами. В них помимо основного металла есть дополнительные легирующие элементы, а также примеси. То есть сплавы являются смесью веществ. А у всех без исключения смесей веществ отсутствует в общепринятом (приведенном выше) понимании температура плавления/кристаллизации. Они, в том числе и нержавеющие сплавы, переходят из одного состояния в другое в некотором определенном диапазоне температур. При этом температура начала перехода в жидкую фазу (она же – застывания) имеет название “точка солидуса”. А температуру полного расплавления называют “точка ликвидуса”.

Точно измерить температуры солидус и ликвидус (плавления) для большинства смесей веществ, включая нержавеющие сплавы, невозможно. Для их определения применяют специальные расчетные методы, устанавливаемые ГОСТ 20287 и стандартом ASTM D 97.

2 От чего зависит температура расплавления нержавеющих сталей

Значение температуры полного расплавления (ликвидус) нержавеющей стали зависит от химического состава сплава, то есть от тех металлов и примесей, из которых он состоит. При этом определяющая роль, разумеется, будет всегда за тем элементом, который основной либо имеет наибольшую концентрацию. А примеси и легирующие добавки в зависимости от своей концентрации только корректируют температуру ликвидус основного или доминантного по содержанию в сплаве металла в большую или меньшую сторону.

Можно, для примера, рассмотреть легированные нержавеющие сплавы. Это один из видов коррозионно-стойких сплавов согласно классификации нержавеющих сталей ГОСТ 5632-2014 (введенному взамен стандарта 5632-72), по которому их сейчас производят. Кстати, классификация в этом ГОСТ произведена исходя из того, какой состав нержавеющих сталей.

В легированных нержавеющих сплавах основным металлом и элементом их химического состава является железо (Fe) с температурой плавления 1539 о C. И вот как будут влиять на температуру ликвидус таких сталей примеси и легирующие добавки в зависимости от своей концентрации в %:

  • углерод (C), марганец (Mn), кремний (Si), сера (S) и фосфор (F) – каждый по-своему в той или иной степени снижают;
  • молибден (Mo), титан (Ti), ванадий (V) и никель (Ni) – в пределах тех соотношений, в каких используются для изготовления нержавеющих сталей, снижают в той или иной степени (если рассматривать сплавы только из одного из этих элементов и железа с любыми соотношениями этих металлов, то начиная с определенной концентрации, повышают обратно);
  • алюминий (Al) – в пределах тех соотношений, в каких он используется для изготовления нержавеющих сталей, никак не влияет (если рассматривать сплавы только из Al и Fе с любыми соотношениями этих металлов, то начиная с определенной концентрации, значительно снижает);
  • вольфрам (W) – в пределах тех соотношений, в каких он используются для изготовления нержавеющих сталей, снижает, пока его концентрация не достигает 4,4 %, а потом незначительно повышает обратно;
  • хром (Cr) – в пределах тех соотношений, в каких он используются для изготовления нержавеющих сталей, снижает, пока его концентрация не достигает 23 (22) %, а потом повышает обратно;
  • никель (Ni) – в пределах тех соотношений, в каких он используются для изготовления нержавеющих сталей, снижает.

Стоит подробнее остановиться на влиянии никеля. Наибольшее влияние он оказывает на температуру ликвидус (полного расплавления) 2-х других видов нержавеющих сталей стандарта 5632. Речь идет о сплавах: одни – на железоникелевой, а другие – на никелевой основе. Характерная особенность состава первых – в них суммарная массовая доля никеля и железа больше 65 %, причем Fe является основным элементом, концентрация Ni варьируется в пределах от 26 до 47 %, а приблизительное соотношение между ними 1:1,5. В сплавах, отлитых на никелевой основе, никеля не менее 50 %, железа может не быть вообще, а максимальная его концентрация – 20 %.

В этих двух видах сплавов у никеля вообще превалирующее по сравнению со всеми вышеуказанными примесями и легирующими металлами влияние на температуру ликвидус. И это не удивительно, ведь в них Ni значительно больше, чем в нержавеющих легированных сталях (на основе железа). У железоникелевых и никелевых сплавов в первую очередь из-за Ni их температура ликвидус ниже температурного значения плавления железа. И она близка к температуре плавления самого никеля (которая равна 1455 о C).

Причем в железоникелевых сплавах никель по мере возрастания своей массовой доли способствует только снижению температуры ликвидус стали, потому что предельная его концентрация в них, как отмечалась выше, 47 %. А в никелевых сплавах снижение температуры ликвидус наблюдается только до 68 % содержания Ni. А дальнейшее повышение концентрации этого металла ведет к обратному повышению температуры полного расплавления никелевых сплавов.

3 Так какая она, эта температура – границы пределов и значения для некоторых сплавов

Температура ликвидус нержавеющих сталей варьируется в пределах 1450–1520 о C. У легированных сплавов (на основе железа) она имеет значения примерно от середины этого диапазона и до верхнего его предела в 1520 о C. У никелевых – примерно от середины и до нижнего предела в 1450 о C. Диапазон температур железоникелевых сплавов находится посередине и частично охватывает область значений для легированных и никелевых сплавов.

Температуры полного расплавления (ликвидус) для конкретных нержавеющих сплавов можно найти только в некоторых справочниках и статьях интернета. В ГОСТах их нет. И, как указывалось выше, эту температуру невозможно замерить. Ее только рассчитывают для сплава с определенным составом, который согласно стандарта 5632 для одной и той же марки стали может варьироваться в процентном содержании практически всех его элементов. Поэтому те значения температуры, которые указывают какие-либо источники, не являются точными, а лишь приблизительными.

4 Какие параметры нагрева нужны потребителям нержавейки?

Всем потребителям любых изделий из нержавеющей стали, не собирающимся их расплавлять (то есть утилизировать методом переплавки), вовсе не нужно знать температуру плавления этих сплавов.

Тем, кто занимается проектированием, разработкой и изготовлением деталей, продукции и конструкций из нержавеющих сталей, а также их эксплуатацией, необходимо знать совсем другие температурные параметры этих сплавов:

  • параметры термообработки нержавейки – закалки, отпуска, отжига и так далее;
  • температурные режимы других видов обработки – ковки, сварки и так далее;
  • для коррозионно-стойких марок – в каком интервале температур эксплуатировать;
  • для жаростойких марок – максимальная рекомендуемая температура применения на протяжении длительного времени (обычно составляет до 10000 часов);
  • для жаропрочных марок – рекомендуемая температура применения;
  • для жаростойких и жаропрочных марок – когда в воздушной среде начинается интенсивное окалинообразование.

Эти температуры указаны в приложении А вышеупомянутого стандарта 5632 и есть в соответствующих справочниках по металловедению, металлообработке и так далее, а также должны быть в документации производителей на соответствующие марки нержавейки. И эти температуры намного ниже той, при которой начинается плавление нержавеющих сталей. Так что, если ориентироваться на последнюю, то при том или ином использовании изделий из нержавейки их требуемые для определенного вида применения физические свойства будут утрачены задолго до расплавления.

Нержавеющая сталь. Особенности. Применение

Нержавеющие стали относятся к наиболее перспективным конструкционным материалам. Они незаменимы в современной жизни и применяются все шире – от столовых приборов и кастрюль до сложного оборудования в пищевой, химической промышленности, медицине и т.д. Гигиенические преимущества нержавеющей стали основаны на том, что влияние ее на питьевую воду исключено, при концентрации в воде хлорида или бромида до 200 мг/л рекомендуют использовать нержавеющую сталь с содержанием молибдена. В электрохимическом ряду напряжений нержавеющая сталь имеет более высокий потенциал, чем медь и оцинкованная сталь. Широкое применение в пищевой промышленности связано с ее нейтральными вкусовыми показателями и, благодаря высококачественной поверхности, нержавеющая сталь ведет себя нейтрально относительно микробиологического влияния. Это значит, что рост микроорганизмов не перемещается на поверхность из нержавеющей стали (по сравнению с поверхностями из органических материалов), а бактерии, грибки и т.п. не имеют шансов развиться на ее поверхности, что определяет высокую популярность «пищевого» применения нержавеющей стали.

Однако при использовании замечательных свойств нержавеющих сталей надо иметь в виду, что при технологической обработке их «поведение» весьма отличается от простых углеродистых сталей. Это объясняется особенностями их метастабильной аустенитной структуры, использование свойств которой требует учета ряда особенностей. Некоторые характеристики этих сталей на ознакомительном уровне для потребителя описывает настоящая статья с целью подчеркнуть то отличие, что в углеродистых (обычных, «черных») сталях в основном используются свойства стабильных структур сплава, а в нержавеющих сталях – свойства метастабильных (немагнитных) структур. Перенос технологических стереотипов от «черных» на нержавеющие стали могут превратить последние в «ржавеющие».

Жаропрочность и химическая стойкость нержавеющих сталей достигается за счет введения в сталь хрома. Чем больше в стали хрома, тем выше ее сопротивляемость окислению. При 13% и выше хром образует сплошную тонкую прочную пленку окислов, защищающую сталь от коррозии.

Наиболее типична сталь Х18Н9 (ЭЯ1), содержащая 0,005-0,15% С, 8-11% Ni и 18% Cr, в кованом виде имеет аустенитную или аустенитно-карбидную структуру и обладает пределом прочности около до 80 кг/мм2, удлинением около 20% и сопротивлением удару около 10 кгм/см2. После закалки 1050-11500 с охлаждением на воздухе или в воде σв падает до 60 кг/мм2, зато удлинение возрастает до 45-50% и сопротивлением удару значительно увеличивается. Закалка дает чисто аустенитную немагнитную структуру (металл становиться «мягче», в противоположность углеродистых сталям, которые становятся «тверже»).

Последующий нагрев стали Х18Н9 до температуры свыше 6000, а также холодная механическая обработка аустенитной стали приводит к частичному распаду аустенита, сталь приобретает магнитность. Указанный нагрев вызывает выделение хромовых карбидов, они делают близлежащие зоны металла малохромистыми и потому коррозионно малостойкими.

Так как выделение карбидов идет в основном по границе зерен, то сталь приобретает склонность к интеркристаллической коррозии. Сильно прокорродированная сталь делается совершенно хрупкой, ломается при изгибе и теряет обычный металлический звук при ударе. Этим объясняется и «ножевая» коррозия вблизи сварочных швов. Для предупреждения склонности к интеркристаллической коррозии к нержавеющей стали добавляют небольшое количество титана, ниобия. Эти элементы, образуя более прочные карбиды TiC, NbC, чем хром и железо, связывают углерод и оставляют весь хром в растворе и тем самым устраняют интеркристаллическую коррозию.

Нержавеющие стали хорошо сопротивляются действию органических кислот, слабых минеральных кислот, а также азотной кислоты. Серная и соляная кислоты растворяют эти стали. Из всех нержавеющих сталей наиболее стойкими является хромоникелевые чисто аустенитные стали, которые традиционно выпускаются в виде проката следующих марок: 08Х18Н10 (аналог – AISI 304 по стандарту США), 12Х18Н10Т (AISI 321), 12Х17 (AISI 430).

В «Справочнике металлиста» (т.3 со ссылкой на ГОСТ 5632) указано следующее назначение сталей.

12Х17 – кислотостойка, окалиностойка. Оборудование азотнокислотных заводов (башни, теплообменники для горячих газов и горячей кислоты, баки, трубопроводы ии пр.). Оборудование кухонь, столовых, консервных заводов. Предметы домашнего обихода.

08Х18Н9 – кислотостойка. Конструкционный материал для самолетов; поплавки гидросамолетов. В архитектуре – материал для отделки зданий. Немагнитные части аппаратуры управления.

04-12Х18Н10Т – кислотостойка, не подвержена интеркристаллитной коррозии, жаропрочна до 600 град. С. В азотной промышленности – башни, баки, трубопроводы. Автоклавы, мешалки в лакокрасочной промышленности. Аппаратура для переработки молока, бидоны, фляги. Бродильные баки , бочки чаны пивоваренных заводов. Посуда для пищи, оборудование для кухонь и консервных заводов. Насосы и аппаратура для работы в кислотных шахтных водах. Патрубки и коллекторы выхлопной системы авиамоторов.

Х18Н12М2Т и Х18Н12М3Т – кислотостойки, не подвержены интеркристаллитной коррозии, жаропрочны до 800 град. С. Аппараты и детали, устойчивые против сернистой, кипящей фосфорной, муравьиной и уксусной кислот, против горячих растворов белильной извести и сульфатного щелока, выпускные клапаны моторов.

Для многих целей достаточной жаропрочностью обладает сталь Х18Н9Т. Такая сталь (имеющая при комнатной температуре σв=60 кг/мм2) при 6500 выдерживает тысячечасовую нагрузку около 10 кг/мм2 и при 7000 – сточасовую нагрузку 10 кг/мм2. При 8000 эта сталь выдерживает 100 час. под напряжением в 5 кг/мм2. Аустенитная сталь Х14Н14В с 2% W, 0.4% Мо и 0,4% С еще боле жаропрочна и выдерживает при 7000 100 час. под напряжением в 12 кг/мм2 и при 8000 100 час. под напряжением в 6-7 кг/мм2. Очень высокими значениями прочности при высоких температурах обладает аустенитная сталь Х16Н25М6 (при 0,1% С и 0,4% N), выдерживающая при 7000 100 час. при 20 кг/мм2 и при 8000 100 час. при 8 кг/мм2.

Во всех жаропрочных аустенитных сталях, помимо аустенита, имеется какая-нибудь упрочняющая фаза – карбиды титана, хрома, вольфрама или вольфрамиды и молибдениды железа и т. п. Заметно повышает прочность стали молибден в количестве нескольких десятых долей процента вследствие общего измельчения структуры и выделения дисперсных частиц карбида молибдена. Эти стали применяются для котельных труб.

Возможность распада аустенита, с одной стороны, и выпадения карбидов, с другой, усложняют процессы термообработки нержавеющей стали. В сталях, содержащих более 18% Сr, помимо карбидов, может выделяться богатая хромом σ-фаза, вызывающая хрупкость стали.

Не забудем отметить уникальные свойства нержавеющих сталей как кровельного материала. Из нержавеющей стали сооружают практически «вечную» кровлю с гарантией стойкости – не менее 50 – 100 лет. Особенно впечатляет покрытие «под золото» нитридом титана на полированный нержавеющий лист, которое все шире применяют для кровли «золотых» куполов (например, одна из нових церквей г. Києва возведена «на воде» у речного вокзала), крестов, перил и т.д. Нитрид титана повышает корозионную стойкость и износостойкость стали. Если раньше технически возможно было выполнить ионно-плазменное покрытие лишь мелких деталей (зубные коронки, корпуса часов), то сейчас успешно покрывают кровельные листы с габаритами 1х2м до (500 кв. м. листа в месяц) и кресты высотой 1,6м.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector