Vývoj nových priemyselných technológií, raketových technológií, sofistikovaných turbínových zariadení v polovici päťdesiatych rokov minulého storočia znamenal modernizáciu hutníckeho priemyslu ako celku. V samostatnom smere vynikali práce na vytvorení žiaruvzdorných zliatin. Postupom času našli uplatnenie v jadrovom inžinierstve, energetike a chemickom priemysle a zaujali miesto v reťazci high-tech odvetví.

Žiaruvzdorné a žiaruvzdorné materiály

Žiaruvzdorné a žiaruvzdorné zliatiny sú veľkou skupinou legovaných materiálov s prísadami molybdénu, titánu, chrómu a mnohých ďalších prvkov. Všetky tieto zliatiny sú vyrobené na báze železa, niklu a kobaltu. Ich hlavným znakom je zachovanie zvýšenej pevnosti pri vysokých teplotách.

Hlavné typy

Najbežnejšie zliatiny sú na báze železa . Sú to chróm, chrómnikel a chromomangánska oceľ s prísadami molybdénu, titánu a volfrámu. Zliatiny sa vyrábajú aj s legovacími prvkami, ako je hliník, niób, vanád, bór, ale v menšom množstve.

Vo väčšine prípadov percento pridania prísad do ocele dosahuje 15 až 50%.

Druhou, veľmi obľúbenou skupinou sú zliatiny na báze niklu. Chróm sa používa ako prísada. Tepelná odolnosť je tiež zvýšená pridaním titánu, céru, vápnika, bóru a prvkov s podobným zložením. V niektorých technologických komplexoch je dopyt po zliatinách na báze niklu a molybdénu.

Tretia skupina zahŕňa žiaruvzdorné zliatiny na báze kobaltu. Legujúcimi prvkami sú uhlík, volfrám, niób, molybdén.

V metalurgii existuje množstvo materiálov, ktoré sa používajú pri legovaní ocelí:

  • chróm,
  • nikel,
  • molybdén,
  • vanád,
  • niób,
  • titán,
  • mangán,
  • Wolfram.
  • kremík,
  • tantal,
  • hliník,
  • meď,
  • bór,
  • kobalt,
  • zirkón.

Široko používané prvky vzácnych zemín.

Chemické zloženie

Stanovenie chemického zloženia žiaruvzdorných materiálov je zložitý proces. Je potrebné vziať do úvahy nielen hlavné legovacie prvky, ale aj to, čo vstupuje do produktu ako nečistoty alebo zostáva v dôsledku chemických reakcií, ktoré sa vyskytujú počas tavenia.

Zavádzajú sa špeciálne legovacie prvky, aby sa získali potrebné technologické, fyzikálne a mechanické vlastnosti. A nečistoty a chemické prvky vznikajúce pri tavení môžu zhoršiť vlastnosti vysoko legovaného kovu.

Pre zliatiny chrómu a niklu a žiaruvzdorné materiály na báze kobaltu je nebezpečná prítomnosť síry viac ako 0, 005%, stopy cínu, olova, antimónu a ďalších kovov s nízkou teplotou topenia.

Štruktúra a vlastnosti

Tepelná odolnosť je určená nielen chemickým zložením kovov, ale aj formou, v ktorej Nečistoty sú v zliatine. Napríklad síra vo forme sulfidov niklu znižuje teplotu topenia. Rovnaká síra v kombinácii so zirkóniom, cérom a horčíkom vytvára žiaruvzdorné štruktúry. Na tepelnú odolnosť má veľký vplyv čistota niklu alebo chrómu. Malo by sa však pamätať na to, že vlastnosti zliatin sa líšia v závislosti od použitej technológie.

Hlavnou vlastnosťou, ktorou sa určuje tepelná odolnosť materiálu, je dotvarovanie. Toto je jav neustálej deformácie pri neustálom namáhaní. Odolnosť proti ničeniu materiálu pod vplyvom teploty

Klasifikácia zliatiny

Prvým parametrom klasifikácie zliatiny je tepelná odolnosť, to znamená schopnosť materiálu odolávať mechanickým deformáciám pri vysokých teplotách bez deformácie.

Po druhé, je to tepelná odolnosť (odolnosť proti vodnému kameňu). Schopnosť materiálu odolávať korózii plynov pri vysokých teplotách. Pri popise procesov do šesťsto stupňov Celzia sa používa výraz „tepelná odolnosť“.

Jednou z hlavných charakteristík je medzný prietok . Toto je napätie, pri ktorom deformácia materiálu po určitú dobu dosiahne vopred stanovenú hodnotu. Čas deformácie je životnosť dielu alebo štruktúry.

Pre každý materiál sa stanoví maximálna hodnota plastickej deformácie. Napríklad pre lopatky parných turbín by tieto deformácie nemali byť väčšie ako 1% za 10 rokov. Lopatky plynových turbín - nie viac ako 1 - 2% počas 500 hodín. Potrubie parných kotlov pracujúcich pod tlakom by sa nemalo zdeformovať o viac ako 1% na 100 000 hodín prevádzky.

Podľa spôsobu získania materiálu sú triedy žiaruvzdorné klasifikované nasledovne .

  1. Chrómové ocele martenzitickej triedy: X5, X5M, X5VF, 1H8VF, 4Kh8S2, 1Kh12N2VMF.
  2. Chrómové ocele martenziticko-feritickej triedy: Kh6SYu, 1Kh11MF, 1Kh12VNMF, 15Kh12VMF, 18Kh11MFB, 1Kh12V2MF.
  3. Chrómové ocele feritickej triedy: 1х12ЮЮ, 0Х13, Х14, Х17, Х18СЮ, Х25Е, Х28.
  4. Ocel z austeniticko-martenzitickej a austeniticko-feritickej triedy: 2Kh13N4G9, Kh15N9Yu, Kh17N7Yu, 2Kh17N2, 0Kh20N14S2, Kh20N14S2.
  5. Ocel z austenitickej triedy: 0X18H10, 0X18H11, 1X18H9, 0X18H12T, 1X18H12T.

Oceľové značenie sa líši podľa GOST a technických špecifikácií. Vo vyššie uvedenom zozname sa používa klasifikácia GOST 5632–61, v ktorej je ľahké zistiť prítomnosť legujúcich prvkov písmenami. X je chróm, B je vanád, M je molybdén. Napríklad kód 09Г2С znamená, že zliatina obsahuje 0, 09% uhlíka, 2% mangánu a kremíka, čo je menej ako 1%. Číslo vpredu ukazuje obsah uhlíka (až jedno percento bez čísla). Číslo za písmenom predstavuje percento určitého legujúceho prvku. Ak je obsah ktoréhokoľvek prvku menší ako jedno percento, čísla sa neuvádzajú.

Ďalším normatívnym dokumentom je GOST 5632–61, ktorý používa špeciálny zápis. Na rýchlu koreláciu rôznych GOST a technických podmienok môžete použiť príslušný adresár alebo sortiment jednotlivých čísel.

Podľa GOST 5632–61 sa zliatiny klasifikujú takto:

  1. Austenitická oceľ s vysokým obsahom chrómu: EI813 (1X25H25TR), EI835, EI417.
  2. Ocel s karbidovým tesnením: EI69, EI481, EI590, EI388, EI572.
  3. Komplexná legovaná oceľ so zvýšenou tepelnou odolnosťou austenitickej triedy: EI694R, EI695, EP17, EI726, EI680, EP184.
  4. Ocel s intermetalickým tvrdením austenitickej triedy: EI696, EP33, EI786, EI 612, EI787, EP192, EP105, EP284.

V zahraničí sa uplatňuje vlastná klasifikácia materiálov. Napríklad AISI 309, AISI 310S.

Technológia a použitie

Podľa štruktúry a spôsobu prípravy sa špeciálne ocele delia na: austenitickú, martenzitickú, perlitovú, martenziticko-feritickú. Martenzitické a austenitické ocele sa používajú, ak teplota dosiahne 450 - 700 С a zaujme prvé miesto v objeme topenia.

Pri náraste teploty na 700 - 1 000 о С sa používajú zliatiny niklu, pri ešte vyšších teplotách je potrebné do technologického procesu zahrnúť zliatiny kobaltu, grafit, žiaruvzdorné kovy a tepelnú keramiku.

Austenitic - ocele, ktoré sú najviac odolné voči teplu a ktoré sa používajú, ak teplota média dosiahne 600 ° C. Základom legovania je chróm a nikel. Prísady Ti, Nb, Cr, Mo, W, Al.

Martenzitické ocele sú určené na výrobu výrobkov pracujúcich pri teplotách v rozmedzí 450 - 600 ° C. Zvýšená tepelná odolnosť v martenzitických oceliach sa dosahuje znížením obsahu uhlíka (na 0, 10–0, 15%) a legovaním chrómom 10–12%, molybdénu, nióbu, volfrámu alebo priemerný obsah uhlíka (0, 4%) a legovanie s kremíkom (do 2–3%) a chrómom (do 5–10%).

Použitie špeciálnych ocelí a zliatin je úzko zamerané a najúčinnejšie v zložitých oblastiach výroby. Napríklad žiaruvzdorné ocele 30Х12Н7С2 a 30Х13Н7С2С našli široké uplatnenie v modernej stavbe motorov. Stupne 15XM a 12X12VNMF - pri výrobe kotlov a tlakových nádob. Oceľový stupeň ХН70ВМТЮ sa používa na výrobu lopatiek plynových turbín a na výrobu prvkov pecných pecí sa používa 08Х17Т. Nerezová oceľ tiež patrí k tepelne odolným.

Z nehrdzavejúcej ocele

V prvom rade ide o EI417 alebo 20X23H18 podľa GOST 5632–61. Analógom západoeurópskych a amerických výrobcov je známa AISI 310. Austenitická oceľ, ktorej výrobky sú žiadané pre prácu v prostrediach s teplotou dosahujúcou 1000 ° C.

20Kh25N20S2, je to tiež EI283 - austenitická zliatina, odolná voči teplotám nad 1200 oC a vyšším.

Na výrobu plechov z nehrdzavejúcej ocele sa používajú zliatiny s nízkym obsahom uhlíka s obsahom chrómu 4 až 20%. Žiarovzdorná nehrdzavejúca oceľ v tejto rade sa vyrába za studena a za tepla, doštičky a plechy.

Výhody a nevýhody

Vďaka vlastnostiam žiaruvzdorných ocelí je tento materiál nevyhnutný v takých oblastiach, ako je raketová veda a vesmírny priemysel, zložitá výroba motorov, letecký priemysel, výroba kľúčových prvkov plynových turbín a mnoho ďalších. Ich podiel na prenájme high-tech ocele dosahuje 50%. Niektoré zliatiny sú schopné pracovať pri teplotách nad 7000 ° C.

Tento ťažko vyrobiteľný materiál, ktorého výroba nie je možná bez špeciálneho vybavenia a kvalifikovaného personálu, má vysoké náklady. Používanie takýchto ocelí nemôže byť univerzálne, a preto je pre ich účinné uplatňovanie potrebné mať rozvinutú vedeckú a technickú základňu.

Kategórie:

Konštrukcia a opravy