Жаропрочные стали
Под жаропрочностью (heat resistance, high temperature strength, resistance to heat) сталей и сплавов понимают их способность выдерживать механические нагрузки без существенных деформаций, не разрушаясь, в условиях длительного воздействия на них напряжений при высоких температурах (до 1100 - 1200 градусов). Чем выше температура и напряжение, при которых металл не претерпевает пластическую деформацию в условиях длительной выдержки, тем он более жаропрочен.
Жаропрочность сталей (сплавов) зависит от их химического состава и структуры. Так, например, обычные углеродистые конструкционные стали под действием напряжений ниже предела текучести могут бесконечно длительное время не разрушаться при обычной температуре, а при высоких температурах под действием даже несколько меньших напряжений (ниже предела текучести при данной высокой температуре) постепенно деформируются и затем разрушаются. Такое явление называется ползучестью металла.
Элементами, повышающими сопротивление ползучести стали (ее жаропрочность), являются хром, молибден, вольфрам, марганец.
Находясь в твердом растворе стали, эти элементы упрочняют ее (повышают силу межатомной связи в кристаллической решетке при высоких температурах), повышая тем самым сопротивление ползучести. Присутствие в стали равномерно распределенных карбидов также повышает ее жаропрочность.
Жаропрочность стали зависит и от стабильности ее микроструктуры, т. е. неизменности состава твердого раствора и карбидной фазы в условиях длительной выдержки при рабочих температурах. Если в процессе эксплуатации под напряжением при рабочих температурах в металле развиваются диффузионные процессы (переход некоторых элементов-упрочнителей из твердого раствора в карбиды, а других - из карбидов в твердый раствор либо рост карбидов), то он будет претерпевать ползучесть и преждевременно разрушится.
Для обеспечения стабильности микроструктуры и жаропрочности сталей в их состав наряду с элементами, повышающими прочностные характеристики, вводят такие элементы, как ванадий, ниобий, бор. Обладая большим химическим сродством к углероду, чем молибден, вольфрам, хром, эти элементы образуют с углеродом устойчивые карбиды, препятствуя переходу в карбиды упрочняющих элементов из твердого раствора. Причем содержание стабилизирующих элементов в металле должно соответствовать содержанию углерода; так, например, излишек ванадия, не связанного в карбиды, а растворенного в феррите, может ухудшить сопротивление ползучести металла вследствие уменьшения межатомных связей в нем.
Низко- и среднелегированные стали, предназначенные для изготовления изделий, работающих при температурах до 565°С, называют теплоустойчивыми (см. таблицу), а стали и сплавы, предназначенные для работы при более высоких температурах, - жаропрочными.
Основным регламентирующим документом по жаропрочным сталям является ГОСТ 5632-72 «СТАЛИ ВЫСОКОЛЕГИРОВАННЫЕ И СПЛАВЫ КОРРОЗИОННОСТОЙКИЕ, ЖАРОСТОЙКИЕ И ЖАРОПРОЧНЫЕ».
Расчетной единицей, характеризующей жаропрочность, является предел длительной прочности, выражаемый в МПа.
Жаростойкие и жаропрочные стали/сплавы и области их применения
|
Марка стали
|
Температура, °С
|
Область применения
|
|
Теплоустойчивые стали
|
|
08Х13
|
400-500
|
Детали с повышенной пластичностью, подвергающиеся ударным нагрузкам (клапаны гидравлических прессов, предметы домашнего обихода), а также изделия подвергающиеся действию слабоагрессивных сред (атмосферные осадки, водные растворы солей органических кислот при комнатной температуре и др.).
|
|
12Х13, 20Х13
|
450-500
|
Детали с повышенной пластичностью, подвергающиеся ударным нагрузкам, а также изделия подвергающиеся действию слабоагрессивных сред.
|
|
40Х13
|
450-500
|
Режущий, мерительный и хирургический инструмент, пружины, карбюраторные иглы, предметы домашнего обихода, клапанные пластины компрессоров и др.
|
|
Жаропрочные стали
|
|
12Х17
|
До 850
|
Крепежные детали, валики, втулки и другие детали аппаратов и сосудов, работающих в разбавленных растворах азотной, уксусной, лимонной кислоты, в растворах солей, обладающих окислительными свойствами.
|
|
08Х17Т
|
До 800
|
Изделия, работающие в окислительных средах, атмосферных условиях, кроме морской воды, в которых возможна точечная коррозия. Теплообменники и трубы. Сварные конструкции, не подвергающиеся действию ударных нагрузок.
|
|
08Х18Т
|
До 800
|
Конструкции, не подвергающиеся воздействию ударных нагрузок и работающие, в основном, в окислительных средах, например растворах азотной кислоты.
|
|
15Х25Т
|
До 1100
|
Для сварных конструкций, не подвергающихся действию ударных нагрузок, для работы в более агрессивных средах по сравнению со средами, для которых рекомендуется сталь марки 08Х17Т. Трубы для теплообменной аппаратуры, работающей в агрессивных средах. Аппаратура, детали, чехлы термопар, электроды искровых зажигательных свечей, теплообменники
|
|
15Х28
|
До 1100
|
Для сварных конструкций, не подвергающихся действию ударных нагрузок; спаи со стеклом; аппаратура, детали, трубы пиролизных установок, теплообменники; трубы для теплообменной аппаратуры, работающей в агрессивных средах.
|
|
20Х23Н13
|
900-1000
|
Детали, работающие в слабонагруженном состоянии.
|
|
20Х23Н18
|
До 1100
|
Поковки, бандажи, детали камер сгорания, хомуты, подвески и другие детали крепления котлов, муфелей, бесшовные трубы.
|
|
10Х23Н18
|
До 1000
|
Листовые детали, трубы, арматура (при пониженных нагрузках).
|
|
20Х25Н20С2
|
До 1100
|
Детали печей, работающие в воздушной и углеводородной атмосферах.
|
|
15Х12ВНМФ
|
До 780
|
Роторы, диски, лопатки, болты, бандажи, гайки, шпильки и другие детали.
|
|
20Х12ВНМФ
|
До 600
|
Бандажи, диафрагмы, болты, гайки, шпильки и другие высоконагруженные детали.
|
|
37Х12Н8Г8МФБ
|
600-650
|
Диски крепежные и другие детали.
|
|
13Х11Н2В2МФ
|
600
|
Ответственные нагруженные детали.
|
|
45Х14Н14В2М
|
До 650
|
Детали арматуры и трубопроводов, клапаны моторов.
|
|
40Х15Н7Г7Ф2МС
|
До 650
|
Крепежные детали.
|
|
08Х17Н13М2Т
|
До 600
|
Сварные конструкции, крепежные детали, работающие в средах повышенной агрессивности.
|
|
10Х17Н13М2Т
|
До 600
|
Сварные конструкции, крепежные детали, работающие в средах повышенной агрессивности.
|
|
31Х19Н9МВБТ
|
До 600
|
Роторы, диски, болты, крепежные детали, валы.
|
|
10Х14Г14Н4Т
|
До 700
|
Для изготовления разнообразного сварного оборудования, работающего в средах химических производств слабой агрессивности, криогенной техники, а также для использования в качестве жаростойкого и жаропрочного материала
|
|
14Х17Н2
|
До 800
|
Для различных деталей химической и авиационной промышленности (рабочие лопатки, диски, валы, втулки, фланцы, крепежные и другие детали). Детали компрессорных машин, работающие на нитрозном газе, либо в агрессивных средах при пониженных температурах.
|
|
12Х18Н9
|
до 600
|
Применяется в виде холоднокатаного листа и ленты повышенной прочности для различных деталей и конструкций, свариваемых точечной сваркой, а также для изделий, подвергаемых термической обработке (закалке).
|
|
17Х18Н9
|
До 750
|
Применяется в виде холоднокатаного листа и ленты повышенной прочности для различных деталей и конструкций, свариваемых точечной сваркой; для изготовления труб и других деталей.
|
|
08Х18Н10
|
До 600
|
Трубы, детали печной арматуры, муфели, теплообменники, реторты, патрубки, коллекторы выхлопных систем, электроды искровых зажигательных свечей, сварные аппараты и сосуды химического машиностроения, работающие в средах средней активности
|
|
12Х18Н9Т
|
До 600
|
Трубы, сварная аппаратура, детали печной арматуры, муфели, теплообменники, детали выхлопных систем, листовые и сортовые детали; аппараты и сосуды, работающие под давлением.
|
|
12Х18Н10Т
|
До 600
|
Сварные аппараты и сосуды, работающие в разбавленных растворах азотной, уксусной, фосфорных кислот, растворах щелочей и солей и другие детали, работающие под давлением.
|
|
08Х18Н10Т
|
До 700
|
Сварная аппаратура, работающая в средах повышенной агрессивности, теплообменники, муфели, трубы, детали печной арматуры, электроды искровых зажигательных свечей.
|
|
12Х18Н12Т
|
До 600
|
Различные детали, работающие в агрессивных средах.
|
|
20Х20Н14С2
|
До 950
|
Печные конвейеры, ящики для цементации и другие детали термических печей.
|
|
12Х25Н16Г7АР
|
До 950
|
Лист, проволока, трубы, лента, детали, работающие при умеренных напряжениях
|
|
15Х11МФ
|
До 560
|
Турбинные лопатки, поковки, бандажи и другие детали для длительной работы.
|
|
10Х7МВФБР
(ЭИ 505)
|
600-620
|
В энергетическом машиностроении для длительной работы при температурах 600-620°С.
|
|
18Х11МНФБ
(ЭП 291)
|
До 620
|
Высоконагруженные детали, лопатки паровых турбин, трубы, крепежные детали для длительной работы при температурах до 620°С.
|
|
13Х12Н2В2МФ
(ЭИ 961)
|
До 600
|
Диски компрессоров, молотки и другие нагруженные детали.
|
|
18Х12ВМБФР
(ЭП 993)
|
До 620
|
Лопатки паровых турбин, трубы, крепежные детали, формы для литья и жидкой штамповки медных и алюминиевых сплавов.
|
|
12Х2МВ8ФБ
(ЭП 503)
|
До 650
|
В энергетическом машиностроении (трубы).
|
|
40Х10С2М
(ЭИ 107)
|
650-850
|
Клапаны выпуска автомобильных, дизельных и тракторных моторов, клапаны впуска авиадвигателей, крепежные детали, колосники.
|
|
4Х14Н14В2М
(ЭИ 69)
|
600-650
|
Детали арматуры, поковки, крепеж.
|
|
10Х11Н20Т3Р
(ЭИ 696)
|
До 700
|
Турбинные лопатки, кольцевые детали, крепежные детали, детали компрессора и рабочей части турбины.
|
|
09Х14Н19В2БР
(ЭИ 695Р)
|
До 700
|
Паропроводные и пароперегревательные трубы установок сверхвысокого давления.
|
|
08Х16Н13М2Б
(ЭИ 680)
|
До 600
|
Поковки для дисков и роторов, лопатки
|
|
Жаропрочные сплавы на основе никеля
|
|
ХН35ВТ
|
До 650
|
Диски, роторы, крепежные детали, плоские пружины и другие детали.
|
|
ХН35ВТЮ
|
700-800
|
Рабочие лопатки газотурбинных и других двигателей, компрессорные лопатки, диски, дефлекторы, кольца.
|
|
ХН70Ю
|
1100-1200
|
Различные детали, работающие при умеренных напряжениях (может применяться для нагревательных элементов сопротивления).
|
|
ХН70ВМЮТ
|
750-800
|
Крепежные и другие детали.
|
|
ХН70ВМТЮФ
|
До 850
|
Тяжелонагруженные детали.
|
|
ХН78Т
|
До 1100
|
Сортовые детали, трубы.
|
|
ХН80ТБЮ
|
До 700
|
Крепежные детали.
|
|
ХН67МВТЮ
(ЭИ 202)
|
До 800
|
Диски, корпуса, рабочие и сопловые лопатки газовых турбин, листовые детали турбин.
|
|
ХН73МБТЮ
(ЭИ 698)
|
До 750
|
Диски газовых турбин.
|
|
ХН65ВМТЮ
(ЭИ 893)
|
До 800
|
Рабочие и направляющие лопатки и крепежные детали газовых турбин.
|
|
ХН62МВКЮ
(ЭИ 867)
|
До 900
|
Лопатки и диски турбин.
|
|
ХН55ВМТКЮ
(ЭИ 929)
|
700-950
|
Лопатки газовых турбин.
|
|
ХН62МБВЮ
(ЭП 709)
|
До 750
|
Высоконагруженные сварные изделия.
|
|
ХН60КМВЮБ
(ЭП 800)
|
До 850
|
В энергетическом машиностроении для лопаток газовых турбин.
|
|
