Топлоустойчива и топлоустойчива стомана, N23T3MR-VD, 37Kh12N8G8MFB-Sh, 45Kh14N14V2M, 12Kh1MF, 25Kh1MF,
ТОПЛОУСТОЙЧИВИ И ТОПЛОУСТОЙЧИВИ СТОМАНИ И СПЛАВИ
СТРУКТУРА И МЕХАНИЧНИ СВОЙСТВА ПРИ СТАЙНИ И ВИСОКИ ТЕМПЕРАТУРИ (N.S. Samoilov)
Топлоустойчивисе наричат стомани и сплави, които запазват висока механична якост при повишени температури за определено време и в същото време имат достатъчна устойчивост на топлина.
Топлоустойчиви (устойчиви на котлен камък)се наричат стомани и сплави, които са устойчиви на химическо разрушаване на повърхността в газови среди при температури над 550 0 C, работещи в ненатоварено или леко натоварено състояние.
Топлоустойчивостта се характеризира главно с границите на пълзене и дълготрайна якост. Приблизително устойчивостта на топлина също се оценява от механичните свойства, определени чрез краткотраен тест на опън при работна температура.
Допълнителни характеристики на устойчивост на топлина: дългосрочна пластичност, устойчивост на релаксация, граница на издръжливост, устойчивост на топлина и др.
Топлоустойчивостта на стоманата (сплавта) се определя от химичния състав и структурата; елементите, които повишават устойчивостта на топлина, включват молибден, волфрам, ванадий, ниобий, титан, кобалт, алуминий и отчасти хром и никел. Последният, заедно с мангана, е важен главно като аустенит-образуващ елемент (тъй като аустенитната структура създава най-високата устойчивост на топлина на стоманата). Хромът засяга топлоустойчивите свойства по-малко от много други елементи. Въпреки това, присъствието му в стомана или сплав, заедно с алуминий и силиций, повишава тяхната устойчивост на топлина (устойчивост на нагар). Следователно хромът е съществен компонент на топлоустойчивите стомани и сплави.
В зависимост от общото съдържание на легиращи елементи, топлоустойчивите стомани могат да бъдат ниско,средно и високо легирани.
Перлитни стомани
Сред нисколегираните стомани, съдържащите молибден стомани, например хром-молибден, хром-молибден-ванадий, хром-молибден-волфрам-ванадий стомани, имат висока устойчивост на топлина, имат достатъчно висока устойчивост на пълзене и дългосрочна якост при температури до 565-580 ° C. Такива стомани условно се наричат топлоустойчиви
Химическият състав на топлоустойчивите перлитни стомани е даден в GOST 20072-74, GOST 4543-71, TU 14-1-1391-75. Съдържат 0,5-3,3% Cr; 0.25-1.2% Mo; 0,15-0,8% V. Някои марки съдържат 0,3-0,8% W или Nb.
Тези стомани се използват за производството на различни части в котелната промишленост, работещи дълго време (10 000-100 000 h) при температури от 500-580 ° C, по-специално за тръби за пара и прегряване, както и за валцувани продукти и изковки, използвани в турбини и парни котли с високо налягане.
Стомана 11Kh11N2VMF (EI962) се използва за компресорни дискове и други части, работещи при температури до 600 ° C с ограничен експлоатационен живот.
Тези стомани се произвеждат под формата на дълги изделия и се използват в турбиностроенето за турбинни лопатки и дискове, както и за крепежни елементи. Приблизителна работна температура за стомана 15Kh12VNMF (EI802) - 550-580 ° C и 570-600 ° C - за стомана 18Kh12VMBFR (EI993).
Аустенитни стомани
Това е най-голямата група топлоустойчиви (и топлоустойчиви) стомани (виж GOST 5632-72).
Условия на топлинна обработка и характеристики на механичните свойства на високотемпературни стоманени пръти при нормална температура
Характеристики на механичните свойства
Температура на втвърдяване или нормализиране, °С
Температура на темпериране (или отгряване), °C
въздухили масло
въздух или масло
въздух или масло
въздух, масло, вода
* Стоманата се прилага в закалено състояние
Якост на опън, MPa за време, h
Граница на пълзене, MPa, съответстваща на 1% деформация във времето, h
Температура на втвърдяване или нормализиране, °С
Температура на почивка, °С
въздух, масло, вода
- Стоманата се прилага в закалено състояние
Приблизително предназначение на нисколегирани перлитни топлоустойчиви стомани
Работна температура, ˚ С
Температура на началото на интензивното образуване на котлен камък, ˚С
Тръби на парни нагреватели, паропроводи и колектори на електроцентрали; арматура за парни котли и паропроводи
Тръби за инсталации за хидрогениране и нефтохимическо оборудване
Изковки (ротори, дискове), болтове
Крепежни елементи (болтове, шпилки), плоски пружини
Условия на топлинна обработка и характеристики на механичните свойства на пръти от високотемпературна аустенитна стомана (при нормална температура)
Характеристики на механичните свойства
Температура на втвърдяване, °C.
Т, °С, продължителност на темпериране или стареене
Якост на опън σv, MPa
Граница на провлачване σ0.2, MPa
Относително удължение δ5, %
Относително свиване ψ, %
Якост на удар KCU, J / cm 2
670 (12-14 часа) 770-800 (10-12 часа)
въздух, масло, вода
* Кандидатствайте без отпуск. **Без втвърдяване
Стомана 08X18H10T (EI914) се използва като топлоустойчива и топлоустойчива. При температури до 600 ° C стоманата има стабилни механични свойства, устойчива е на междукристална корозия и е добре заварена. Стоманата от този клас се произвежда под формата на дълги продукти,изковки, листове, тръби за енергетично и химическо оборудване. Подобни свойства за стомана 12Kh18N12T, която се използва в същите области на технологията.
Аустенитните стомани се използват като правило за производството на части, работещи при температури от 650-700 ° C за много дълго време. Механичните свойства на тези стомани при температура 20 °C са сходни, но границите на дълготрайна якост и пълзене се различават значително (таблици 4, 5). Най-топлоустойчивият от тях стана 09Kh14N19V2BR (EI695)
, които се използват за производство на тръби за прегряване и пара за инсталации за свръхвисоко налягане.
Граници на пълзене и якост на пълзене на топлоустойчиви аустенитни стомани, използвани за дълготрайна експлоатация *
Якост на опън, MPa за време, h
Граница на пълзене, MPa, съответстваща на 1% деформация във времето, h
* Режими на топлинна обработка, вижте таблицата. 4.
** Данни от чужди източници за стомани с подобен химичен състав.
Сплави на основата на никел
Сплавите KhN35VT(EI612), KhN35VMT, KhN35VTYu(EI787) се доставят главно под формата на горещовалцувани и ковани пръти и ленти, както и изковки. От сплави KhN35V5T, KhN38VT (EI703) и 12Kh25N16G7AR (EI835) се произвеждат предимно горещо валцувани и студено валцувани листове и ленти, а тръбите също се произвеждат от сплав KhN45Yu (EP747). Основно желязо-никелови сплави се използват за производството на части за парни и газови турбини.
Сплави на основата на никел
Сплавите на основата на никел са разделени на две групи (виж GOST 5632-72): 1) сплави, използвани главно като топлоустойчиви сплави и 2) топлоустойчиви сплави с необходимата минимална топлоустойчивост (Таблица 7).
Граници на дълготрайна якост и пълзене на сплавижелязо-никелова основа *1
Граница на дългосрочна якост, MPa за време, h
Граница на пълзене *3 , , MPa
210 (1/10 4 ); 14 (1/10 5 )
170 (1/10 4 ); 130 (1/10 5 )
110 (1/10 4 ); 80 (1/10 5 )
180 (1/10 4 ); 130 (1/10 5 )
120 (1/10 4 ); 90 (1/10 5 )
80 (1/10 4 ); 60 (1/10 5 )
*1 След оптимална топлинна обработка.
*2 Екстраполирани стойности.
*3 В скоби в числителя - деформация в%, в знаменателя - време в часове.
*4 Определено върху конични образци.
Граници на температура и пълзене на сплави на основата на никел* 1
Граница на дълготрайна якост, MPa за време, h
Граници на пълзене *3 , , MPa
270 (поне 50 часа); 250 (поне 65 часа)
*1 След оптимална топлинна обработка.
*2 Екстраполирани стойности.
*3 В скоби в числителя - деформация в%, в знаменателя - време в часове.
*4 Определено върху конични образци.
Най-често използваните сплави от първата група принадлежат към системата Ni-Cr-Ti-Al. Наличието на Ti и Al в тези сплави в количества, надвишаващи тяхната гранична разтворимост в твърд разтвор при температури 650–950 ° C, позволява да се постигне значителен ефект на утаяване на втвърдяване след закаляване и отвръщане, поради утаяването на диспергирани частици от интерметалната фаза от типа Ni3(Тi, NiAl). Тази микроструктура прави сплавта устойчива на температурни ефекти при 700-800 °C и повече.
Въвеждането на W и Mo (общо до 10%), както и Nb, в сплавите за утаяване на тази група допълнително укрепва твърдия разтвор, забавя развитието на дифузионните процеси и увеличава количеството на дисперсната втвърдяваща фаза. Количеството на дисперсната фаза също се увеличавачрез увеличаване на общото съдържание на Ti и Al. Всичко това води до значително повишаване на топлоустойчивостта на сплавите, което прави възможно използването им при температури до 800–850 °C и високи напрежения.
Термичната обработка на тези сплави се състои в еднократно или двукратно нагряване до високи температури (1080-1200 °C) с охлаждане, най-често на въздух, и последващо отвръщане при температури 700-850 °C. За най-голяма стабилизация на оригиналната структура по отношение на части с дълъг експлоатационен живот се препоръчва да се извърши многоетапно темпериране при постепенно понижаваща се температура.
Топлоустойчивите никелови сплави се произвеждат под формата на дълги продукти (кръгли пръти) и частично под формата на изковки с различни конфигурации.
Основната цел на тази група високолегирани сплави е производството на работни лопатки и дискове на газови турбини. Дисковете работят при по-високи напрежения от лопатките (но при малко по-ниска температура), така че материалът на диска трябва да има висока устойчивост на пълзене (особено на джантата) и повишена якост (на главината).
Якостта на сплавите на базата на никел остава висока до температури от 800-900 °C. Така при 800 ° C якостта на опън σv на най-легираните сплави е 700–800 MPa, а 100-часовата дълготрайна якост е 250–300 MPa. В същото време характеристиките на пластичност δ и ψ са задоволителни при всички температури на изпитване и донякъде намаляват в температурния диапазон на втвърдяване на утаяване (700-800 ° C). Остатъчната деформация на тези сплави при изпитвания за дълготрайна якост при 700-800 °C е около 3-10%.
В табл. 7 показва характеристиките на топлоустойчивостта на никелови сплави.
За дълъг експлоатационен живот, най-добрата комбинация от дълготрайна здравина ипластичност в сплавта KhN65VMTYu (EI893), която се използва широко като материал за лопатковия апарат на стационарни газови турбини GT-6, GTN-9, GTK-10, GTK-16, GTT-12, GTA-18, GTU-25, GTU-100. Тази сплав е основният материал за лопатките в конструкцията на стационарни газови турбини. В допълнение, поради изключително високата си устойчивост на релаксация, тази сплав се използва за производството на крепежни елементи за турбини.
Високотемпературните никелови сплави могат да се използват за производство на части чрез леене (например леене по инвестиционни модели).
Топлоустойчивите листови никелови сплави имат повишена студена и гореща пластичност, но устойчивостта на топлина е по-ниска от тази на сплавите от първата група. По този начин дълготрайната якост за 1000 часа е 40–60 MPa при 800 ° C и 20–25 MPa при 900 ° C (Таблица 7).