В отличие от котловой стали, жаропрочные и жаростойкие изделия используются в диапазоне рабочих температур 800-1150℃. Это общепринятые диапазоны, и каждый сорт из конкретной подгруппы имеет отдельное назначение, предел ползучести, временную стойкость к ползучести, а также среду, в которой он может работать в течение определенного времени. Эти стали отличаются высокой стойкостью к коррозионному воздействию окисляющей атмосферы при высоких температурах.

За жаростойкость отвечает, среди прочего, хром, который, например, в стали Р6М5, H6S2 - X10CrAl7 содержится в количестве около 5-8%. При контакте с высокой температурой и сложной средой на поверхности изделия в результате окисления появляются оксиды (то есть окалина), толщина которых увеличивается с ростом рабочей температуры. Весь процесс покрытия изделия продолжается только до определенного момента образования достаточного слоя, выдерживающего определенную среду, который плотно прилегает к неповрежденным поверхностям и с трудом удаляется, защищая внутри изделия другие легирующие добавки.

Во многих случаях экономия на стали приводит к разрушению изделия, поскольку слишком низкое содержание легирующих добавок вызывает растрескивание этих оксидов и способствует повторному образованию новых слоев, что приводит к разрушению изделия в довольно короткие сроки.

Жаростойкость стали

Жаростойкостью или стойкостью к газовой коррозии называется стойкость сплава к воздействию химических газов, паров и реагентов, а также к температуре, превышающей 550 °C, без учета нагрузок, которым дополнительно подвергается данное изделие. Жаропрочные стали содержат в своем химическом составе от 5 до 30% хрома. Помимо хрома, наиболее часто встречающимися легирующими элементами являются алюминий (Al), кремний (Si) и титан (Ti), а также в небольших количествах ниобий (Nb), церий (Ce) и азот (N).

Часть жаропрочных сталей по своим свойствам может одновременно выполнять роль жаростойких сталей, и это марки с добавлением никеля с аустенитной и аустенитно-ферритной структурой. Содержание углерода в жаропрочных сталях достигает 0,30%, благодаря чему эти материалы обладают соответствующей твердостью и износостойкостью.

Следует также добавить, что кремний и алюминий, добавляемые в небольших количествах, улучшают термическую обработку материала. По структуре различают ферритные жаропрочные стали, аустенитные жаропрочные стали и аустенитно-ферритные жаропрочные стали. Они используются везде, где, помимо высокой температуры, требуется, чтобы изделия в виде прутков, труб, листов были устойчивы к воздействию соединений серы, выхлопных газов двигателей, азотирующих и углеродистых сред. Используются в качестве стали для камер цементации, стали для защитных кожухов термоэлементов, шин в печах, стали для деталей вакуумных камер, стали для жаропрочных труб промышленных печей.

Жаропрочная сталь — спецификация

В свою очередь, жаропрочность определяет устойчивость сплава или высоколегированной стали к многократным деформациям, вызванным нагрузками в результате работы элемента при высоких температурах. Жаростойкие марки стали имеют аустенитную структуру и в своем химическом составе содержат от 13 до 28% хрома и от 8 до 27% никеля. В зависимости от марки сплава пропорции этих элементов регулируются в зависимости от предполагаемой среды эксплуатации конкретного изделия (особенно в хромоникелевых сплавах).

Легирующими добавками, которые повышают температуру рекристаллизации и плавления, а также увеличивают степень связи атомов кристаллической решетки твердого раствора, являются хром, титан и кремний, а также ванадий, молибден, вольфрам и кобальт. Уровень углерода в сталях, типичных для жаропрочных сталей, по сравнению с жаростойкими сталями, поддерживается на довольно низком уровне – максимум до 0,16%, что относительно часто встречается в аустенитных структурах.

Свойства жаропрочной стали повышаются за счет сегрегационного упрочнения и в результате упрочнения при сжатии, однако в результате пластической деформации при низких температурах и коагуляции фаз свойств снижаются.

Клапанная сталь СИЛЬХРОМ — применение и спецификация

Хром и кремний – CrSi – образуют дуэт, который в разговорной речи называют сталью SilChrom, а официальное название которого – клапанные стали. Они представляют собой узкую группу жаропрочных сталей, предназначенных для использования в авиационных двигателях, двигателях внутреннего сгорания ответственных машин, а также в автомобилестроении для изготовления деталей клапанов и самих клапанов.

Чаще всего производятся в виде поковок для клапанов, устойчивы к газам выхлопных газов авиационных двигателей, не подвержены эрозии от пыли выхлопных газов, обладают высоким коэффициентом твердости до температуры, не деформируются во время работы, легко поддаются формовке при пластической и механической обработке, и, как немногие из жаропрочных сталей, имеют мартенситную структуру.

Содержание углерода в этой группе сталей составляет около 0,4-0,6%, рабочая температура достигает 750℃, а в качестве изделия для обработки они поставляются в мягком состоянии. Добавление вольфрама и молибдена в мартенситные клапанные стали противодействует хрупкости и повышает безопасность в процессе отпуска. Обработка клапанных сталей заключается в закалке при температурах 1000-1200℃, а отпуск — при температуре 720-850℃ с охлаждением в воде или воздухе.

В группе клапанных сталей также встречаются менее популярные стали с аустенитной и аустенитно-ферритной структурой. В аустенитных сталях основными добавками являются азот, никель и марганец, которые вместе с хромом образуют аустенитообразующие элементы. По сравнению с хромо-кремниевыми сталями, аустенитные стали характеризуются еще большей прочностью при высоких температурах.

Прутки, листы, трубы, устойчивые к высоким температурам и жаре

Вышеописанные жаропрочные и жаростойкие стали определяют стандарты PN-71/H-86022, PN-80/H-87045, отраслевой стандарт BN-63/0644-02 и евростандарты PN-EN 10095, PN-EN 10088-1, PN-EN 10302, PN-EN 10269, PN-EN 10090, в соответствии с которыми поставляются:

Термостойкие и жаропрочные трубы согласно PN-96/H-74245, PN-85/H-74242, EN 10216-5, EN 10217-7
Жаропрочные и жаростойкие листы по PN-83/H-92128, PN-86/H-92138, BN-63/0642-01, ZN-62/0632-03, PN-EN 10088-2,
Поковки и прутки свободно кованые из клапанной, жаропрочной и жаростойкой стали по PN-93/H-93004, BN-65/0631-06, PN-60/H-94010, PN-EN 10250
Холоднокатаные жаропрочные и жаростойкие ленты по PN-93/H-92332, PN-83/H-92336, PN-EN 10088-2
Жаропрочные и жаростойкие стальные прутки из клапанной стали согласно PN-93/H-93004, PN-60/H-93013, ZN-62/0632-03,
Профили устойчивые к высоким температурам и термостойкие, гнутые холодным способом PN-EN 10088-5
Прутки со светлой поверхностью, жаропрочные и жаростойкие согласно PN-86/H-93026, BN-63/0644 PN-EN 10088-3,PN-EN 10088-5
Жаропрочные и жаростойкие проволоки по PN-86/H-93026, PN-87/H-92610, PN-EN 10088-3, PN-EN 10088-5