Жаропрочные стали

Примерные расшифровки

Чтобы было понятно, как расшифровываются разные виды сталей, приведем несколько примеров, которые дают знания о маркировке.

• Р6М5Ф2К8. Данная маркировка указывает, что это сталь быстрорежущая, в ней содержатся компоненты в процентном отношении: молибден 5, ванадий 2, кобальт 8. Такой элемент, как хром есть во всех сталях данного вида, поэтому его не вносят в маркировку. Также здесь есть вольфрам, но его количество может изменяться. В данной маркировке его 6 процентов.
• У10ГА. Маркировка относится к инструментальному стальному сплаву, содержит 10 процентов углерода. Сталь качественная, имеет в своем составе марганец.
• 20ХГСА расшифровывается: углерод – 0,2 % (цифра впереди аббревиатуры). Затем в состав входит хром – Х, марганец – буква Г, кремний с полуторапроцентным содержанием (С). Буква «А» в любом сплаве обозначает высокое качество.

Зная условные обозначения можно легко определить марку стали.

• Теоретические основы и технология восстановительной плавки металлов из неокускованного сырья / С.В. Дигонский. — М.: Наука, 2007.
• Московский институт стали и сплавов. Фрагменты истории / В.А. Роменец. — М.: МИСИС, Руда и металлы, 2004.
• Справочник теплоэнергетика предприятий цветной металлургии. — М.: Металлургия, 1982.
• Статья на Википедии

Классификация по структуре

Под структурой стали подразумевается внутреннее строение металла, которое может существенно меняться в зависимости от условий термообработки, механических воздействий. Форма и размер зерен зависят от состава и соотношения легирующих добавок, технологии производства.

Основу зерен стали составляет кристаллическая решетка железа, в которую включены атомы примесей – углерода, металлов. Углерод может образовывать твердые растворы в кристаллической решетке, а может создавать с железом химические соединения, карбиды.

Структура стали меняется при изменениях температуры. Эти изменения называются фазами. Каждая фаза существует в определенном температурном диапазоне, но легирующие добавки могут существенно смещать границы перехода одной фазы в другую.

Насчитывают такие основные фазы состояния металла:

• Аустенит. Атомы углерода находятся внутри кристаллической решетки железа. Данная фаза существует в диапазоне 1400-700 °С. При наличии в составе от 8 до 10% никеля, аустенитная фаза может сохраняться и при комнатной температуре.
• Феррит. Твердый раствор углерода в железе.
• Мартенсит. Пересыщенный раствор углерода. Данная фаза свойственна закаленной стали.
• Бейнит. Фаза образуется при быстром охлаждении аустенита до температуры 200-500 °С. Характеризуется смесью феррита и карбида железа.
• Перлит. Равновесная смесь феррита и карбида. Образуется при медленном охлаждении аустенита до температуры 727 °С.

Структура стали

Фазы строения металла характеризуют его физические свойства, в зависимости от которых определяется класс стали – конструкционная, литейная и так далее.

4 Аустенитно-ферритные и аустенитные жаростойкие сплавы

Наибольшей востребованностью пользуются аустенитные стали, структура коих обеспечивается наличием никеля, а жаростойкость – наличием хрома. В подобных композициях иногда встречаются незначительные включения ниобия и титана, углерода в них очень мало. Аустенитные марки при температурах до 1000° успешно противостоят процессу появления окалины и при этом относятся к группе антикоррозионных сталей.

Сейчас чаще всего предприятия используют описываемые материалы, относимые к дисперсионно-твердеющей категории. Их делят на два вида в зависимости от варианта применяемого упрочнителя – интерметаллического либо карбидного. Именно процедура упрочнения придает аустенитным сталям особые свойства, так востребованные промышленностью. Известные сплавы данной группы:

• дисперсионно-твердеющие: 0Х14Н28В3Т3ЮР, Х12Н20Т3Р, 4Х12Н8Г8МФБ, 4Х14Н14В2М (оптимальны для изготовления клапанов двигателей транспортных средств и деталей турбин);
• гомогенные: 1Х14Н16Б, Х25Н20C2, Х23Н18, Х18Н10T, Х25Н16Г7АР, Х18Н12T, 1Х14Н18В2Б (указанные марки находят свое применение в сфере выпуска арматуры и труб, работающих при больших нагрузках, элементов выхлопных систем, агрегатов сверхвысокого давления).

Аустенитно-ферритные сплавы имеют очень высокую жаропрочность, которая намного больше обычных высокохромистых материалов. Достигается это за счет уникальной стабильности их строения. Такие марки стали нельзя применять для производства нагруженных компонентов из-за их повышенной хрупкости. Зато они прекрасно подходят для изготовления изделий, функционирующих при температурах близких к 1150 °С:

• пирометрических трубок (марка – Х23Н13);
• печных конвейеров, труб, емкостей для цементации (Х20Н14С2 и 0Х20Н14С2).

Аустенитные и аустенитно-ферритные стальные сплавы

Наиболее значимые особенности аустенитных сталей заключаются в том, что их внутренняя структура формируется за счет наличия в их составе никеля, а такое свойство, как жаростойкость, связано с присутствием хрома. В сплавах подобной категории, отличающихся незначительным содержанием углерода в своем химическом составе, в некоторых случаях могут присутствовать такие легирующие элементы, как ниобий и титан. Стали, основу внутренней структуры которых составляет аустенит, относятся к категории нержавеющих, а при длительном воздействии высоких температур (до 1000 градусов) успешно противостоят формированию слоя окалины.

Аустенитные сплавы марок Х17Н13М2 и Х17Н13М3 оптимально подходят для конструкций, работающих под воздействием кислот

К наиболее распространенным на сегодняшний день сталям с аустенитной внутренней структурой относятся сплавы дисперсионно-твердеющей категории. Для улучшения качественных характеристик в их состав добавляют интерметаллические или карбидные упрочнители, в зависимости от чего такие материалы и относят к определенной категории.

Наиболее популярными марками жаропрочных сталей, основу внутренней структуры которых составляет аустенит, являются:

• дисперсионно-твердеющие Х12Н20Т3Р, 4Х12Н8Г8МФБ, 0Х14Н28В3Т3ЮР, 4Х14Н14В2М (из этих жаропрочных сталей, относящихся к категории нержавеющих, изготавливают конструктивные элементы турбин и клапаны двигателей транспортных средств);
• гомогенные 1Х14Н16Б, 1Х14Н18В2Б, Х18Н12Т, Х18Н10Т, Х23Н18, Х25Н20С2, Х25Н16Г7АР (из материалов данных марок преимущественно производят арматуру и трубы, эксплуатируемые под воздействием значительных нагрузок, агрегаты сверхвысокого давления, элементы выхлопных систем).

Труба жаропрочная из стали марки 20Х23Н18 (она же Х23Н18 или ЭИ417) используется для изготовления печного оборудования, поковок и бандажей

Стальные сплавы, основу внутренней структуры которых составляет смесь аустенита и феррита, отличает исключительная жаропрочность, превышающая по своим показателям аналогичный параметр даже высокохромистых материалов. Такие характеристики жаропрочности достигаются за счет высочайшей стабильности внутренней структуры сталей данной категории. Изделия из них могут успешно эксплуатироваться даже при температурах, доходящих до 1150°.

Из жаропрочных сталей данной категории производят изделия следующего назначения:

• пирометрические трубки (Х23Н13);
• конвейеры для печей, жаропрочные трубы, емкости для осуществления процедуры цементации (Х20Н14С2 и 0Х20Н14С2).

Применение жаропрочных сталей

Область применения рассматриваемого типа сплавов весьма большая. Жаропрочные стали и сплавы предназначены для применения при условии воздействия высокой температуры или агрессивной окружающей среды. Жаропрочные стали применяют для изготовления:

1. Корпусных деталей, которые будут подвержены нагреву.
2. Деталей конструкции двигателей внутреннего сгорания.
3. Деталей и элементов, которые могут контактировать с различной агрессивной средой: жидкость, химикаты и так далее.

Нагрев становится причиной изменения кристаллической решетки, за счет чего из состав выделяется углерод. Обезуглероживание становится причиной потери прочности и твердости поверхности. При изготовлении деталей паровых двигателей или современных двигателей внутреннего сгорания применение обычной стали приведет к ее расширению, за счет чего линейные размеры изменяться. Критическое изменение линейных размеров становится причиной, по которой конструкция перестает правильно работать.

Усложнение процесса производства рассматриваемого сплава становится причиной существенного повышения его стоимости. Однако в большинстве случаев снизить стоимость конструкций нельзя по причине того, что обычные стали будут быстро изнашиваться.

Деталь из жаропрочной стали

Примером применения жаропрочных сталей можно назвать нижеприведенную информацию:

1. Турбины работают в сложных эксплуатационных условиях. Для ее изготовления часто используется легированный сплав на основе хрома ХН35ВТР. Подобный материал может выдерживать постоянную нагрузку и вибрацию, а также воздействие жара без изменения своих линейных размеров.
2. При изготовлении газовых конструкций могут применять ХН35ВМТЮ. Сгорание газа приводит к нагреву рабочей среды до довольно высокой температуры.
3. Компрессоры, которые работают с нагреваемой средой, имеют в качестве подвижного элемента конструкции диски и лопатки. Для повышения КПД подобной конструкции при их изготовлении используется листовой металл небольшой толщины, что существенно снижает устойчивость к воздействию рабочей среды. Именно поэтому при их изготовлении применяется легированный сплав ХН35ВТЮ.
4. Роторы турбин также могут быть подвержены воздействию жара. При их изготовлении чаще всего применяют ХН35ВТ.

Важной особенностью рассматриваемых сплавов можно назвать сложность проведения сварочных работ. Жаропрочным сталям характерен процесс разрушения холодного шва. Для решения подобной проблемы применяется современная технология сваривания, которая имеет следующие особенности:

Для решения подобной проблемы применяется современная технология сваривания, которая имеет следующие особенности:

1. Для устранения рассматриваемого недостатка проводится общий или локальный нагрев поверхности, что повышает ее пластичность. Данная процедура также проводится для минимизации разницы между температурой на периферии и в точке сварки, что позволяет существенно снизить показатель напряжения.
2. После выполнения сварочных работ зачастую проводится отпуск готового изделия на протяжении нескольких часов и при температуре до 2000°С.

За счет отпуска проводится удаление основной части растворенного в структуре водорода, а остаточный аустенит преобразуется в мартенсит.

Сегодня насчитывается несколько десятков разновидностей жаропрочных сталей, все они обладают своими определенными особенностями. Кроме этого отметим, что довольно часто они обладают также коррозионной стойкостью, так как в состав добавляется большое количество хрома. Коррозионная стойкость ко всему прочему существенно повышает срок эксплуатации изделия. Однако сложности, возникающие при легировании и последующем термической обработке существенно повышают стоимость изделий. Кроме этого, жаропрочные сплавы могут иметь самое различное количество легирующих элементов, которые могут придавать материалу и другие особые эксплуатационные качества, к примеру, повышение электропроводности.

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

Жаростойкие и жаропрочные сплавы обладают высокой жаропрочностью и жаростойкостью, что определяет их применение в качестве конструкционных материалов для изготовления изделий с повышенными требованиями к механической прочности и коррозионной стойкости при высоких температурах. На странице представлено описание данных сплавов: свойства, области применения, марки жаростойких и жаропрочных сплавов, виды продукции.

3 Марки жаростойких и жаропрочных сталей – классификация и описание

По состоянию своей структуры такие сплавы бывают:

• мартенситно-ферритными;
• перлитными;
• аустенитными;
• мартенситными.

А жаростойкие сплавы дополнительно подразделяются еще на:

• аустенитно-ферритные или мартенситные;
• ферритные.

Известны следующие марки мартенситных сталей:

• 3Х13Н7С2 и 4Х9С2 (используются при температурах 850–950° в клапанах автодвигателей);
• Х5М, 1Х12H2ВМФ, 1Х8ВФ, Х6СМ, Х5ВФ (применяются для производства узлов и разнообразных деталей, работающих в течение 1000–10000 часов при температурах от 500 до 600°);
• Х5 (из них делают трубы для использования при температурах не более 650°);
• 1Х8ВФ (применяются для изготовления компонентов паровых турбин, функционируют без потери свойств в течение 10000 часов и более при температуре до 500°).

Мартенситные сплавы получаются из перлитных при повышении в последних количества хрома. Непосредственно к перлитным относят следующие жаростойкие и жаропрочные стали: Х13Н7С2, Х7СМ, Х9С2, Х10С2М, Х6СМ, Х6С (то есть все виды хромомолибденовых и хромокремнистых составов). Их закаливают при температурах 950–1100 градусов, а затем (при 8100 градусах) выполняют отпуск стали, что позволяет получить твердые материалы (по шкале HRC – не менее 25 единиц) со структурой сорбита.

Жаростойкие ферритные стали имеют мелкозернистую структуру после их отжига и термообработки. В таких композициях присутствует от 25 до 33 процентов хрома. Используются они для пиролизного оборудования и теплообменников. К ферритным сталям относят далее указанные марки: Х28, Х18СЮ, Х17, Х25Т, 0Х17Т, 1Х12СЮ. Отметим, что их нельзя нагревать более 850 градусов, так как в этом случае изделия станут хрупкими за счет своей крупнозернистой структуры.

Электроды для жаростойких и жаропрочных сталей

Жаростойкими считаются стали, которые сохраняют способность сопротивляться окислению, или появлению окалины при температурах выше 550° С. Жаростойкие стали работают при температурах до 900°С под нагрузкой в заданном промежутке времени, не изменяя физико-механических свойств. Для достижения таких свойств, при производстве сталей используются специальные легирующие добавки — Cr, Si, Al, для жаростойких сталей. Ti, Al, Mo, B, Nb для жаропрочных. А также используются особые режимы закалки и старения. Все эти факторы создают определенные сложности при проведении сварных работ. При формировании сварного шва жаростойкие стали формируют в зоне сварки защитную оксидную пленку, которая приводит к разупрочнению шва. А при остывании из-за кристаллической структуры стали вокруг зоны сварного шва высока вероятность образования микротрещин. При этом предварительный нагрев не снижает скорости остывания металла ниже критической, а только увеличивает зерно металла в районе шва, что приводит к появлению трещин уже в холодном состоянии. Бороться с этим явлением получается только применением специальных приемов при проведении сварочных работ. По ГОСТ 10052-75 задокументировано, какими электродами варить жаропрочную и жаростойкую сталь, и именно для этих сталей выделено около 30 типов электродов. Перечислим некоторые конкретные разновидности.

— ОЗЛ-25Б, ЦТ-28 – сварка жаропрочных сплавов на никелевой основе, ХН78Т;

— ЦТ-15 — Сварка жаропрочных конструкций из сталей 12Х18Н9Т, 12Х18Н12Т и Х16Н13Б;

— ОЗЛ-6 – сварка жаростойких сталей работающих в окислительных средах 20Х23Н18 и 20Х23Н13;

— ГС -1 – сварка тонколистных сталей, работающих в науглероженных средах, типа 20Х25Н20С2 , 45Х25Н20С2;

— ОЗЛ-35 – сваркажаростойких сталей на никелевой основе, выдерживающих до 1200° С, типа ХН70Ю и ХН45Ю;

— INOX B 25/20, E6018, AWS E505-15 — зарубежные аналоги для сварки жаропрочных хромоникелевых сталей.

В целом их можно сгруппировать по типам покрытия – основному, рутиловому и рутилово-основному. Рутиловое покрытие состоит в основном из диоксида титана в минеральной или искусственной форме. Расплавление происходит мелкими каплями, разбрызгивание минимальное, шов выходит аккуратным и тонким, а шлак легко очищается. Основной тип покрытия содержит в основном оксиды кальция, магния и определенную долю плавикового шпата. Формируется некоторая вялотекучесть сварной ванной, в связи с этим сварной шов формируется более выпуклыми и большими валиками. Электроды с этим покрытием хорошо подходят для сварки в любом положении.

При этом для стержня электрода используется высоколегированная сталь. Ее теплопроводность значительно ниже, а электрическое сопротивление значительно выше, что приводит к ее быстрому расплавлению. И на выходе мы получаем гораздо более высокий коэффициент наплавки, нежели у электродов для углеродистых и низколегированных сталей. Но при этом необходимо придерживаться достаточно низких значений сварочного тока, и использовать электроды небольшой длины. Иначе можно получить перегрев самого электрода, и неправильный характер расплавления последнего, вплоть до отпадения кусков от электрода.

Хорошие результаты при сварке жаростойких и жаропрочных сталей дает аргоно-дуговой сварка с неплавящимся вольфрамовым электродом. Достаточно широкое распространение получила также автоматическая сварка под флюсом с применением присадочной проволокой из легированной стали. Сварочные Электроды мр-3т Для оцинкованных труб Электроды Cromarod Электроды для сварки котлов

Что мы знаем о нержавеющей стали?

Коррозионностойкая сталь или нержавейка — это сплав, состоящий из железа и углерода, дополнительно обогащенный специальными элементами, придающими ему высокую устойчивость к негативным факторам внешней среды. Основным из таких элементов является хром. В составе нержавеющей стали его содержится не менее 10,5%. Хром, кроме антикоррозионных свойств, придает таким сплавам еще целый ряд положительных характеристик:

• хорошую обрабатываемость методом холодной формовки;
• исключительную прочность;
• способность получать надежные соединения методом сварки;
• возможность долгой эксплуатации без потери своих характеристик;
• привлекательный внешний вид.

Хром, содержащийся в нержавеющей стали в достаточно больших количествах, способствует формированию поверхностной оксидной пленки. Именно она и защищает металл от коррозии.

Сталь листовая нержавеющая

Различные марки (виды) нержавеющей стали, а их на сегодняшний день создано более 250-ти, содержат в своем химическом составе как хром, так и ряд других легирующих добавок, наиболее распространенными из которых являются никель, титан, молибден, ниобий и кобальт. Естественно, что стали с разными пропорциями легирующих элементов в своем составе, отличаются различными характеристиками и областями применения.

Как и в сплавах любого другого типа, обязательным элементом в составе нержавеющей стали является углерод. Именно этот элемент и придает полученному металлическому сплаву твердость и прочность.

Сегодня без использования нержавеющей стали невозможно представить себе практически ни одну отрасль промышленности. Марки этого сплава, все из которых отличает способность успешно эксплуатироваться даже в самых агрессивных средах, используются для производства столовых приборов и медицинских инструментов, емкостей для пищевых жидкостей и продуктов, труб для транспортировки агрессивных сред, бытовой техники, а также многого другого.

Прутки из нержавеющей стали

Классификация жаростойких металлов и сплавов

Может выполняться по степени насыщенности состава легирующими элементами. В соответствии с этим жаропрочные/жаростойкие стали могут быть низко-, средне- и высоколегированными. Однако более содержательной является классификация по микроструктуре, согласно которой различают стали следующих классов:

• Аустенитного;
• Аустенитно-ферритного;
• Мартенситного;
• Перлитного;
• Ферритного;
• Мартенситно-ферритного.

Некоторые особенности этих видов рассматриваются далее.

Аустенитный класс

Высоколегированные аустенитные стали представляют собой наиболее многочисленную группу, поскольку легче всего поддаются плавке. Содержат значительный процент хрома и никеля и не затвердевают при воздушном охлаждении. При температуре нагрева выше 1000°C характеризуются минимальным ростом зерна. Однако никаких производственных проблем не возникает, поскольку продукт остаётся прочными пластичными даже в крупнозернистом состоянии.

При нагревании в диапазоне 500…900°C аустенитные стали выделяют карбиды по границам аустенита, в результате (при постоянном наличии растягивающих напряжений в этом диапазоне температур) могут развиваться межкристаллические трещины. При определенных составах аустенитные стали могут становиться хрупкими из-за образования сигма-фазы. Хорошо поддаются сварке.

Аустенитно-ферритный класс

Такие стали часто называют дуплексными. Каждая из марок производится ​​на основе железа и легируется не менее 10,5% хрома, что придает металлу высокую коррозионную стойкость.

Любой дуплексный нержавеющий сплав представляет собой комбинацию аустенита и феррита, поэтому он характеризуется смешанными физико-механическими характеристиками этих двух марок. Степень легирования – средняя. На профильном рынке доля дуплексных сталей невелика, и не превышает 2…3 %.

Мартенситный класс

Главная особенность мартенситных марок – чрезвычайно высокая твёрдость и прочность при комнатных температурах. Марки с дисперсионным твердением обладают хорошей формуемостью при комнатной температуре и могут достигать (после термообработки) прочности 1800 МПа, при сохранении должной коррозионной стойкости.

Стали мартенситного класса применяются при изготовлении высоконагруженных узлов и деталей, однако их выплавка затруднена, поскольку после прокатки обязательно требуется отжиг.

В составе присутствует преимущественно хром, а прочие легирующие добавки – никель, хром, молибден или ванадий, имеются в весьма ограниченном количестве.

Ферритный класс

Жаропрочные стали ферритного класса немагнитны. Удовлетворительно работают при эксплуатационных температурах до 850…950С. При превышении этого диапазона механическая прочность заметно снижается.

Стали данного класса характеризуются повышенной обрабатываемостью, поскольку пластичны, и имеют высокую ударную вязкость, сохраняющуюся при повышенных температурах.

Основной легирующий элемент – хром, имеется также небольшое количество титана, никеля и алюминия.

Мартенситно-ферритный класс

Наряду с мартенситом содержат некоторое количество зёрен феррита. По показателям жаропрочности (до 600С) занимают промежуточное положение между сталями мартенситного и ферритного классов. Из легирующих добавок в химическом составе отмечается до 10…13 % хрома, остальное – железо, ванадий, вольфрам, ниобий, молибден и никель.

Виды, классификация и назначение

Огнеупорные материалы производят на минеральной основе, отличительной особенностью которых является способность сохранять свою нормальную функциональность при воздействии высоких температур (более 1580 градусов).

Существует несколько классификаций огнеупоров.

По размеру и форме

• Фасонные огнеупорные материалы, выполняемые в виде крупных блоков, а также простых, сложных и особо сложных элементов;
• Огнеупоры клиновидного и прямого профиля разнообразного размера;
• Специальные огнеупорные материалы, созданные для использования в лабораторных и промышленных условиях.

По рабочему температурному режиму

Основные диапазоны подразделяются на:

• 1580-1800 градусов;
• 1800-2000 градусов;
• 2000-3000 градусов;
• Свыше 3000 градусов.

По методу формовки

• Литые огнеупоры, создаваемые из жидкой шликерной основы;
• Выполненные из пластичных масс. Изготавливаются способом первоначальной машинной формовки, с последующим прессованием;
• В виде спилов природных горных материалов;
• Огнеупоры, создаваемые методом электрического плавления;
• Горячего прессования;
• Термопластичного прессования;
• Создаваемые из порошковой основы.

По структуре

• Особой плотности (открытая пористость составляет менее 3%);
• Высокой плотности (открытая пористость 3-10%);
• Плотные (открытая пористость 10-16%);
• Уплотненные (16-20%);
• Средней плотности (20-30%);
• Низкой плотности (общая пористость 30-45%);
• Огнеупоры высокой пористости (45-75%);
• Ультрапористые огнеупорные материалы (>75%).

По составу

По химическому составу огнеупорные материалы принято подразделять на 3 группы:

Нейтральные, изготавливаемые на основе оксидов алюминия и хрома. К ним относятся:

• Углеродистые, применяемые для изготовления штучных печных элементов;
• Графитовые. На их основе изготавливают тигели для плавления металлических изделий;
• Хромитовые. Используются в качестве изолирующего слоя в огнеупорном пироге из кислых и основных изделий.

Кислые (на основе диоксида кремния). Материалы, которые относятся к этой группе:

• Кварцевый песок, используемый при ремонте и наварке печных элементов;
• Динасовый кирпич, который может применяться для печной кладки;
• Кварцеглинистые материалы, применяемые для футеровки печных конструкций, работающих в сравнительно низком температурном режиме.

Основные (на оксиде магния и кальция):

• Хромомагнезит, используется для кладки печных конструкций, работающих в режиме резкой смены температур;
• Доломит (порошковый материал);
• Магнезит (в форме кладочного кирпича или футеровочного порошка).

В отдельную классификационную категорию относят огнеупорные теплоизоляционные материалы.

Они позволяют значительно повысить эффективность работы печей, так как, благодаря высокой пористости, уменьшают потери тепла через стеновые элементы.

Огнеупорные теплоизоляционные плиты производятся 3-мя методами:

• Химическим способом, при котором в огнеупорную основу вводится доломитовый порошок или известняк, растворяемые в серной кислоте. В ходе химической реакции образуется пена, которая застывая приобретает вид пористого материала.
• Внедрением в огнеупорную основу углеродистых элементов (в основном мелких древесных материалов), которые при обжиге сгорают, тем самым образуя пустоты в исходном материале.
• При помощи мыльных пенообразующих добавок.

Немного подробнее о видах огнестойких материалов, представленных на рынке:

Марки жаропрочных и жаростойких сталей

Стали, отличающиеся жаропрочностью и жаростойкостью, по состоянию внутренней структуры подразделяются на несколько категорий:

• аустенитные;
• мартенситные;
• перлитные;
• мартенситно-ферритные.

При этом стали, относящиеся к категории жаростойких, могут быть представлены еще двумя типами:

• ферритные;
• аустенитно-ферритные или мартенситные.

Основные свойства некоторых жароупорных сталей (нажмите для увеличения)

Если рассматривать стали с мартенситной внутренней структурой, то их наиболее известными марками являются:

• Х5 (из такой жаропрочной стали производят трубы, которые предполагается эксплуатировать при температурах, не превышающих 650°);
• Х5М, Х5ВФ, Х6СМ, 1Х8ВФ, 1Х12Н2ВМФ (используются для производства изделий, эксплуатируемых при 500–600° на протяжении определенного периода времени (1000–10000 часов));
• 3Х13Н7С2 и 4Х9С2 (изделия из данных марок могут успешно эксплуатироваться при 850–950°, поэтому из таких сталей производят клапаны двигателей транспортных средств);
• 1Х8ВФ (изделия из жаропрочной стали этой марки могут успешно эксплуатироваться при температурах, не превышающих 500°, на протяжении 10000 часов и даже дольше; из данного материала, в частности, производят конструктивные элементы паровых турбин).

Листовая жаропрочная сталь используется там, где требуется хорошая стойкость к высокой температуре и к агрессивной среде

Основой мартенситной структуры стали является перлит, который меняет свое состояние в том случае, если в составе материала увеличить количественное содержание хрома. Перлитными являются следующие марки жаропрочных и жаростойких сталей, относящихся к хромомолибденовым и хромокремнистым: Х6С, Х6СМ, Х7СМ, Х9С2, Х10С2М и Х13Н7С2. Чтобы получить из этих сталей материал с внутренней структурой сорбита, который отличается высокой твердостью (не менее 25 единиц по шкале HRC), их сначала закаливают при 950–1100°, а затем подвергают отпуску.

Стальные сплавы с ферритной внутренней структурой, относящиеся к категории жаростойких материалов, содержат в своем химическом составе от 25 до 33% хрома, который и определяет их характеристики. Чтобы придать таким сталям мелкозернистую структуру, изделия из них подвергают отжигу. К сталям данной категории относят марки 1Х12СЮ, Х17, 0Х17Т, Х18СЮ, Х25Т и Х28. Следует иметь в виду, что при нагревании этих сталей до 850° и выше, зерно в их внутренней структуре начинает укрупняться, что приводит к увеличению их хрупкости.

Жаропрочная нержавеющая сталь применяется при производстве тонколистового проката, бесшовных труб и различных агрегатов пищевой и химической промышленности

Стали, основу структуры которых составляют мартенсит и феррит, активно применяются для производства изделий различного назначения, используемых в машиностроительной отрасли. Изделия, для изготовления которых применяют такие жаропрочные сплавы, даже на протяжении достаточно длительного времени могут успешно эксплуатироваться при температуре, находящейся в пределах 600°. Наиболее распространенными марками данных жаропрочных сталей являются Х6СЮ, 1Х13, 1Х11МФ, 1Х12В2МФ, 1Х12ВНМФ, 2Х12ВМБФР. Такие жаропрочные сплавы отличаются тем, что хром в их химическом составе содержится в пределах 10–14%, а легирующими добавками, при помощи которых улучшают их химический состав, являются вольфрам, молибден и ванадий.

Это интересно: Горячая ковка — оборудование для горячей ковки своими руками