Сравнительная характеристика современных жаропрочных материалов

Жаропрочными называют стали и сплавы, сохраняющие при повышенных температурах в течение определенного времени высокую механическую прочность и обладающие при этом достаточной жаростойкостью.

Жаростойкими (окалиностойкими) называют стали и сплавы, обладающие стойкостью против химического разрушения поверхности в газовых средах при температурах выше 550 ° С, работающие в ненагруженном или слабонагруженном состоянии.

Жаропрочность характеризуется, в основном, пределами ползучести и длительной прочности. Ориентировочно о жаропрочности судят также по механическим свойствам, определяемым кратковременным испытанием на растяжение при рабочей температуре.

Дополнительные характеристики жаропрочности: длительная пластичность, релаксационная стойкость, предел выносливости, термостойкость и др.

Жаропрочность стали (сплава) определяется химическим составом и структурой; к числу элементов, повышающим жаропрочность, относятся молибден, вольфрам, ванадий, ниобий, титан, кобальт, алюминий и отчасти хром и никель. Последний, наряду с марганцем, имеет значение, главным образом, как аустенитообразующий элемент (поскольку аустенитная структура создает наибольшую жаропрочность стали). На жаропрочные свойства хром влияет меньше, чем многие другие элементы. Однако его присутствие в стали или сплаве наряду с алюминием и кремнием повышает их жаростойкость (окалиностойкость). Поэтому хром — обязательный компонент жаропрочных сталей и сплавов.

Классификация

К жаропрочным сталям относят сплавы на основе железа, если содержание последнего превышает 50 %.

В зависимости от суммарного содержания легирующих элементов жаропрочные стали могут быть низко-, средне- и высоколегированными.

В низколегированной стали суммарное содержание легирующих элементов не превышает 4–5 %. Среднелегированной называется сталь с суммарным содержанием легирующих элементов от 5 до 9 %, причем содержание каждого из них не должно превышать 5 %. Высоколегированной называют сталь, в которой содержание любого легирующего элемента превосходит 5 %, либо суммарное содержание всех легирующих элементов — более 10 %.

По микроструктуре (получаемой после охлаждения на воздухе с высокой температуры) жаропрочные стали подразделяют на семь классов: перлитный, мартенситный, мартенситно-ферритный, ферритный, аустенитно-мартенситный, аустенитно-ферритный, аустенитный.

Низколегированные стали относятся к перлитному классу, среднелегированные — к перлитному, мартенситному или мартенситно-ферритному, высоколегированные — к любому из перечисленных классов, кроме перлитного.

К сплавам на железоникелевой основе относятся сплавы, основная структура которых является твердым раствором хрома и других легирующих элементов в железоникелевой основе. Суммарное содержание железа и никеля не менее 65 %.

К сплавам на никелевой основе относятся сплавы, содержащие не менее 50 % Ni, основная структура которых является твердым раствором хрома и других легирующих элементов в никеле (содержание железа не более 6–8 %).

 

2.Хромо-никилевые нержавеющие стали. Химические состав, структура, термическая обработка, свойства, применение. Привести примеры марок.

Хромоникелевые нержавеющие стали в зависимости от структуры подразделяются на аустенитные, аустенито-мартенситные и аустенито-ферритные. Структура этих сталей зависит от содержания углерода, хрома, никеля и других элементов. Такие стали используются в машиностроении, химической промышленности, пищевой промышленности, ракетостроении, судостроении, медицине и авиации.

Хромоникелевые нержавеющие стали 12Х18Н10Т, 08Х18Н10Т, ОЗХ18Н11 применяют в сварных конструкциях, работающих в контакте с азотной кислотой и другими окислительными средами, а также в качестве жаростойкого, жаропрочного и криогенного материала. Аустенитные стали с г. ц. к. решеткой при низких температурах не склонны к хрупкому разрушению.
Хромоникелевые нержавеющие стали в зависимости от структуры подразделяют на аустенитные, аустенито-мартенситные и аустенито-фер.

Хромоникелевые нержавеющие стали 04Х18Н10,08Х18Н10,12Х18Н10Т содержат большое количество хрома и никеля, мало углерода и относятся к сталям аустенитного класса, в структуре которых иногда присутствуют карбиды хрома.
Хромоникелевые нержавеющие стали 12Х18Н10Т, 08Х18Н10Т, ОЗХ18Н11 применяют в сварных конструкциях, работающих в контакте с азотной кислотой и другими окислительными средами, а также в качестве жаростойкого, жаропрочного и криогенного материала. Аустенитные стали с г. ц. к. решеткой при низких температурах не склонны к хрупкому разрушению.
Аустенитные хромоникелевые нержавеющие стали устойчивы в отношении азотной кислоты, веерной кислоте они устойчивы только на холоду, а в соляной — на холоду и в малых концентрациях. Они вполне устойчивы в пресной и морской воде, перегретом и насыщенном паре, органических кислотах, растворах щелочей и хлористых и сернокислых солей. Поэтому из сталей Х18Н9 и Х18Н9Т изготовляют различную аппаратуру для химической, нефтяной и пищевой промышленности, их применяют в строительстве, авиации
Наивысшую коррозионную стойкость хромоникелевые нержавеющие стали 18-8 показывают после закалки на твердый раствор.
На заводе фирмы «Atlas Steel» (Канада) на УНРС в кристаллизаторы сечением 380X215 мм и 610X170 мм. отливаются в основном хромоникелевые нержавеющие стали без титана и лишь частично стали типа Х18Н10Т ИХ18Н11Б
Некоторые высоколегированные стали выделены в особые группы, их обозначают буквами, которые ставятся впереди: Ж — хромистые нержавеющие стали; Я — хромоникелевые нержавеющие стали; Е — электротехнические стали с особыми магнитными свойствами; Р — быстрорежущие стали; Ш — шарикоподшипниковые стали и т. д. Например, стали Ж1, Я1, Е12, Р18 и ШХ15.
В результате неправильной термической обработки или технологических операций, связанных с нагревом в определенном интервале температур, хромистые и хромоникелевые нержавеющие стали могут приобрести особую склонность (восприимчивость) к преимущественному разрушению коррозией по границам зерен металла при соприкосновении с коррозионной средой
Чтобы задержать развитие диффузионных процессов в интервале обратного «-*у превращения, избежать рекристаллизации аустенита и получить эффективный фазовый наклеп, хромоникелевые нержавеющие стали должны быть легированы одним из элементов:,W, Mo (2-3%); Nb, Ti, V (1,5-2%).