Жаропрочные стали: состав, марки, виды, применение

Марки жаростойких сталей, их классификация и описание

Структуры таких жаростойких сталей подразделяются на:

перлитные;
мартенситно-ферритные;
мартенситные;
аустенитные.

Существует и подразделение жаропрочных сплавов на аустенитно-ферритные (мартенситные) и ферритные.

Производится такие марки мартенситных сплавов:

4Х9С2 и 3Х13Н7С2 (такая марка стали используется в основном в клапанах автодвигателей, где температура поднимается до 850–950°С);
Х6СМ, Х5М, 1Х8ВФ, 1Х12H2ВМФ, Х5ВФ (такой сплав подойдёт для производства деталей и узлов, которые должны работать 1000–10000 часов в границах температур 500 — 600°С);
Х5 (такая марка используется для производства труб, которые будут работать при температуре ограниченной 650°С);
1Х8ВФ (такой вид сплавов используют при изготовлении деталей паровых турбин, которые могут работать 10000 часов без потерь при температуре, которая не будет превышать 500°С).

При добавлении хрома в перлитные сплавы получаются мартенситные марки сплавов. К перлитным материалам можно отнести жаропрочные сплавы с маркировкой: Х7СМ, Х10С2М, Х9С2, Х6С. Производится их закалка при 950–1100°С, а затем при 8100°С производят отпуск стали, что позволяет создавать твёрдые конструкции со структурой сорбита. Ферритные сплавы обладают мелкозернистой структурой, которую они получают после термообработки и обжига. В таких композициях, как правило, присутствует хром в процентном соотношении от двадцати пяти до тридцати трёх. Такие жаропрочные стали применяют производства теплообменников и пиролизного оборудования.

К ферритным сплавам относят такие маркировки материалов: 1Х12СЮ, Х28, Х17, Х18СЮ, 0Х17Т, Х25Т. Но их нельзя нагревать больше чем сто восемьдесят градусов иначе материал станет хрупким из-за своей крупнозернистой структуры.

Мартенситно-ферритные материалы отлично подходят для производства машиностроительных деталей, работа которых будет производиться при температуре в шестьсот градусов, причём длительное время.

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:

Корпусных деталей, которые будут подвержены нагреву.
Деталей конструкции двигателей внутреннего сгорания.
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:

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.
При изготовлении газовых конструкций могут применять ХН35ВМТЮ. Сгорание газа приводит к нагреву рабочей среды до довольно высокой температуры.
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.
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:

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.
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.

Влияние примесей на стали

Различные примеси способны придавать металлам нужные характеристики. Так для повышения твердости используют углерод, марганец, хром, молибден. Улучшить вязкость помогают никель и ванадий. Для усадки используют марганец, кремний, алюминий. Сопротивление истиранию повышают марганец, никель, хлор. Отменную устойчивость к коррозии дают никель, хром, медь

Но важно не только правильно скомбинировать примеси. Итоговые характеристики во многом зависят и от их пропорций

Например, специальные марганцевые стали должны содержать не менее 14 % соответствующего компонента. При отклонении этого показателя меняется структура сплава:

0,4-0,6 % – мартенситная;
10 % и 12 % – аустенитная;
0,5 % и 3,5 % – перлитная.

При этом содержание хлора остается неизменным во всех трех случаях

В целом Мn влияет на теплопроводность, поэтому нагрев и охлаждение таких материалов следует проводить с особой осторожностью. Изделия из него получают только посредством отливки, так как резка очень затруднена

Но марганцевые стали хорошо обрабатываются под давлением и не обладают магнитными качествами.

Еще одним примером специальных сталей является хромистый сплав. Соответствующий компонент относится к карбидообразующим, поэтому в некоторые стали добавляют не более 1 % Cr. Даже при таком содержании повышение критических точек неизбежно, поэтому обязательно проводят закалку материала при высоких температурах.

1 % Cr содержится также в инструментальных сплавах. В таком количестве он повышает твердость и режущие характеристики.

В последнее время легирование сплавов проводят не одним компонентом, а сразу несколькими. В таком случае удается увеличить влияние примесей на стали и получить материалы с особыми качествами. К таким относятся:

быстрорежущие – не теряют твердости после нагрева;
износостойкие – устойчивы к механическому изнашиванию, свариваются после нагрева;
автоматные – дополнительно легируются свинцом, кальцием и селеной, обладают малой прочностью;
пружинные – отличаются хорошей эластичностью, вязкостью и упругостью;
строительные – характеризуются твердостью, ударной вязкостью и относительным удлинением.

Это далеко не весь перечень специальных сталей. Их существует великое множество, поэтому о составе или характеристиках того или иного материала лучше подробнее узнать у производителя.

Тугоплавкие металлы

Входящие в стальной сплав тугоплавкие металлы придают дополнительные свойства, повышая жаропрочность стали. Такие металлы могут выдерживать температуру от 1000 до 2000 градусов. Тугоплавкая сталь подвержена деформациям. При высокой температуре ее структура разрушается. Для того чтобы сохранить прочность такой стали в сплав добавляют иные вещества. Наиболее распространенные составы жаропрочных сплавов на основе тугоплавких металлов:

вольфрам, как основной металл, и рений в качестве легирующего вещества (30%);
железо как основа (48%), а добавочные вещества: ниобий – 15%, молибден – 5%, цирконий – 1%;
ванадий (60%) и легирующий ниобий (40%);
вольфрам и тантал в равно соотношении – 10%.

Существуют сплавы, которые способны выдерживать огромные температуры, даже свыше 3000 градусов:

Вольфрам. Не реагирует на агрессивную среду. Его порог температуры — 3410 градусов.
Рений. Наиболее жаропрочный металл, который способен выдержать температуру 3180 градусов.
Тантал. Не менее жаропрочен, чем рений. Его максимальная прочность определяется температурой 3000 градусов.
Молибден. Выдерживает нагрев до 2600 градусов.
Ниобий – 2415 градусов.
Гафний. Используется в сплавах, которые впоследствии будут применяться при накале в 2000 градусов.
Ванадий. На него можно воздействовать средой в 1900 градусов.
Цирконий. Эксплуатируется при 1855 градусов максимально.

Специальные добавки во время закалки окисляются, что служит защитой от воздействия окружающей средыИсточник krepej-metiz.ru

Принимая во внимание описанные свойства и характеристики жаропрочной стали, можно сделать вывод, что классификация выстраивается в зависимости от следующих показателей:

допустимый температурный режим, при котором сплав не деформируется;
период нагревания металла;
стойкость к кислотной среде и повышенной влажности.

Использование огнеупорных сталей

Область использования рассматриваемого типа сплавов очень большая. Огнеупорные стали и сплавы предназначаются для использования при условиях влияния большой температуры или агрессивной внешней среды. Огнеупорные стали используют для производства:

Корпусных деталей, которые будут склонны к нагреву.
Деталей конструкции двигателей внутреннего сгорания.
Деталей и компонентов, которые могут контактировать с разной агрессивной средой: жидкость, химикаты и так дальше.

Нагрев оказывается основой изменения кристаллической решётки, благодаря чему из состав выделяется углерод. Обезуглероживание оказывается основой потери прочности и твердости поверхности. Во время изготовления деталей паровых двигателей или современных двигателей внутреннего сгорания использование обыкновенной стали приводит к ее расширению, благодаря чему линейные размеры изменяться. Критическое изменение размеров линий оказывается основой, по которой конструкция перестает правильно работать.

Усложнение производственного процесса рассматриваемого сплава оказывается основой важного увеличения его цены. Но как правило, во многих случаях уменьшить цену конструкций нельзя из-за причины того, что обыкновенные стали будут быстро снашиваться

Деталь из стали выдерживающей жару

Примером использования огнеупорных сталей можно назвать приведенную ниже информацию:

Турбины работают в трудных условиях эксплуатации. Для ее изготовления часто применяется легированный сплав на основе хрома ХН35ВТР. Аналогичный материал может держать регулярную нагрузку и вибрацию, а еще влияние жара без изменения собственных размеров линий.
Во время изготовления газовых конструкций могут использовать ХН35ВМТЮ. Сгорание газа приводит к нагреву среды работы до довольно большой температуры.
Нагнетатели воздуха, которые работают с нагреваемой средой, имеют в качестве подвижного элемента конструкции диски и лопатки. Для увеличения КПД аналогичной конструкции во время их изготовления применяется металл листовой маленькой толщины, что значительно уменьшает стойкость к влиянию среды работы. Собственно поэтому во время их изготовления применяется легированный сплав ХН35ВТЮ.
Роторы турбин тоже могут быть склонны к действию жара. Во время их изготовления очень часто используют ХН35ВТ.

Значительной спецификой рассматриваемых сплавов можно назвать сложность проведения работ по сварке. Огнеупорным сталям свойственен процесс разрушения холодного шва. С целью решения такой трудности применяется современная технология сваривания, которая имеет следующие характерности:

Для устранения рассматриваемого минуса проходит общий или локальный нагрев поверхности, что увеличивает ее эластичность. Эта процедура также проходит для минимизации разницы между температурой на периферии и в точке сварки, что дает возможность значительно уменьшить критерий напряжения.
После выполнения работ по сварке очень часто проходит отпуск готового изделия в течение нескольких часов и при температуре до 2000°С.

За счёт отпуска проходит убирание весомой части растворенного в структуре водорода, а последний аустенит превращается в мартенсит.

Сегодня насчитывается пару десятков разновидностей огнеупорных сталей, они все обладают собственными некоторыми характерностями. По мимо этого напомним, что очень часто они обладают также устойчивостью к коррозии, так как в состав добавляется очень много хрома. Устойчивость к коррозии плюс ко всему намного повышает эксплуатационный срок изделия. Впрочем трудности, появляющиеся при легировании и дальнейшем обработке термическим путем намного увеличивают цена изделий. По мимо этого, огнеупорные сплавы могут иметь самое различное кол-во легирующих компонентов, которые могут давать материалу и остальные особенные рабочие качества, например, увеличение проводимости электричества.

Если вы нашли погрешность, пожалуйста, выдилите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Сортамент жаропрочной нержавеющей стали

На нашем складе в Москве представлен широкий ассортимент продукции из жаропрочной стали различных марок. Высокое качество реализуемых изделий подтверждено сертификатами производителей и соответствует требованиям международных стандартов. К отечественным маркам жаропрочной нержавейки в нашем каталоге относятся: 08Х13, 08Х17, 08Х18Т1, 10Х23Н18, 12Х13, 12Х17, 14Х17Н2, 20Х23Н18, 20Х13, 30Х13 и 40Х13. Из зарубежных аналогов следует отметить стали AISI 310, AISI 310S и AISI 321.

Жаростойкая сталь

Фазы железоуглеродистых сплавов

Структуры железоуглеродистых сплавов

Читать также: Состав для холодного цинкования металла

Пруток нержавеющий жаропрочный	Диаметр 3-500 мм, г/к и калиброванный, матовый, цена от 106 руб./кг
Лист нержавеющий жаропрочный	Толщина 0,5-130 мм, х/к и г/к, матовый, перфорированный, цена от 169,93 руб./кг
Труба нержавеющая жаропрочная	Диаметр 16-159 мм, толщина стенки 1,5-12, матовая, цена от 620 руб./кг

Типоразмеры и стоимость товара постоянно обновляются, поэтому обращайтесь к нашим менеджерам, чтобы быстро и правильно оформить свой заказ.

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

Какую сталь лучше выбрать?

Для разных вариантов использования и установки печи при производстве потребуется применять разные виды стали, в том числе и жаропрочной. Разберем основные места возможной установки печи и оптимальный выбор стали для ее производства.

Для банной печи

В этом варианте каменка будет разогреваться максимум до 5000, поэтому возможна деформация конструкции при не соблюдении технологии производства работ и выборе материала. Но отдельные части нагреваются по-разному, поэтому марка стали для банной печи для разных ее частей может изменяться:

для производства топочного отделения потребуется подготовить заготовки из стали, марок AISI 430 или 08Х17Т. Но такую сталь трудно достать и затратно использовать при самостоятельном изготовлении печи. В этом случае можно использовать конструкционную сталь, но более высокой марки

Лучший вариант – Ст-10; на тепловой экран для предотвращения прямого прохождения тепла в дымоход можно использовать простую конструкционную сталь или 08ПС, 08Ю; для производства корпуса можно подготовить обычную Ст-3; для дверки топочного отделения важно приготовить хороший материал из жаропрочной стали или из чугуна. В специализированных магазинах или на барахолке, можно найти отличные б/у дверки, за небольшие деньги;

Важно! Подбирая материал для самостоятельного изготовления или покупая готовую каменку, обратите внимание на толщину заготовок. Если используется жаропрочный сплав – толщина стенок подойдет 4 мм. При использовании обычной конструкционной стали, детали должны выполняться из металла, толщиной 6-8 мм

При использовании обычной конструкционной стали, детали должны выполняться из металла, толщиной 6-8 мм

При использовании обычной конструкционной стали, детали должны выполняться из металла, толщиной 6-8 мм.

Для дома

На конструкцию оказывается длительные тепловые нагрузки, поэтому важно, чтобы детали были сделаны из хорошего материала. Можно использовать для домашней буржуйки сталь для банной печи, но лучше подготовить заготовки из сплавов, содержание хрома в которых от 12%. Из такого листа производятся известные печи профессора Бутакова от и

Из такого листа производятся известные печи профессора Бутакова от и

Они будут служить намного дольше, чем самодельные, сделанные из подручных материалов. Не следует забывать и толщине стенок таких печей. Сделанные из легированной стали с высоким уровнем сопротивления от деформаций при долгом нагреве печи могут выполняться из листовой стали, толщиной 4-5 мм

Из такого листа производятся известные печи профессора Бутакова от и . Они будут служить намного дольше, чем самодельные, сделанные из подручных материалов. Не следует забывать и толщине стенок таких печей. Сделанные из легированной стали с высоким уровнем сопротивления от деформаций при долгом нагреве печи могут выполняться из листовой стали, толщиной 4-5 мм.

Если печка устанавливается в небольшой дачный домик и планируется использовать ее только осенью или ранней весной во время редких визитах на участок, для этого можно сделать самодельную печку из трубы или газовых баллонов с системой конвекции. Такая конструкция дешевая и сможет обогревать дом долгое время.

Для гаража

Для гаража использовать дорогостоящую жаропрочную или жаростойкую сталь – это непозволительная роскошь. Такая печка используется короткое время и не очень часто. Поэтому сделав печку из колесных дисков или листового металла, толщиной 3-4 мм, вы легко решите вопрос обогрева гаражного помещения.

Как предотвратить растрескивания стали

Растрескивание металла при затвердевании сразу после окончания сварки случаются. Однако самым частым видом разрушений такой специфики является медленное растрескивание. Поэтому в приведенной ниже информации речь идет именно об этом явлении.

Предотвращение быстрого затвердевания околошовной зоны

При сварке наиболее эффективный метод предотвращения замедленного растрескивания – предварительный прогрев. Это воздействие на основной металлопрокат обеспечивает возможность сокращения скорости остывания по завершении сварки, что является сдерживающим фактором для затвердевания околошовной зоны.

Снижение содержание диффузного водорода в сварочном металле

Применение при соединении элементов конструкций низководородных электродов в процессе дуговой сварки в среде защитного газа.
Применение сплошной проволоки при дуговой сварке в окружении защитного газа – это снижает уровень водорода в сварном шве.
С целью удаления водорода показана немедленная теплообработка соединения при температуре 300～350℃.

Сведение напряжения к минимуму

Чтобы добиться минимизации напряжения при монтаже конструкций из металла стоит избегать сварки на участках концентрированного напряжения. Как вариант, для уменьшения концентрации напряжения может выполняться сварка в правильной последовательности.