Состав, марки, применение и виды жаропрочной стали

1) предел ползучести. Это максимальное напряжение (нагрузка), при котором скорость разрешения или полная деформация материала не превышает заданной величины;

2) предел длительной прочности. Это напряжение (нагрузка), при котором происходит разрушение металла через заданный отрезок времени.

В некоторых случаях учитываются дополнительные характеристики, такие как релаксационная стойкость или длительная пластичность, и другие показатели. Жаропрочность конкретной марки стали определяется ее химическим составом и микроструктурой. Сплав содержит свыше 50 % железа, а в качестве основных добавок используются молибден, ванадий, вольфрам, титан, кобальт, алюминий. Хром является обязательным компонентом состава, так как он повышает конечную окалиностойкость.

По процентному содержанию дополнительных (легирующих) элементов стали делятся на три группы:

1) низколегированные. Суммарное содержание добавок не превышает 4–5 %;

2) среднелегированные. Общее количество легирующих элементов 5–9 %;

3) высоколегированные. Содержание каждой добавки более 5 % либо суммарное составляет 10 % и выше.

Основным классифицирующим параметром жаропрочных марок является микроструктура материала. В стандартный каталог металлопроката входят следующие классы сталей.

Перлитный. В этот класс входят стали с низким содержанием легирующих добавок. Это в первую очередь молибденосодержащие составы. При температуре до +565…+580 °С они в течение длительного времени сохраняют свои исходные прочностные характеристики. Перлитные жаропрочные марки еще называют теплоустойчивыми. Состав таких сталей нормирован ГОСТ 20072-74 и 4543-2016. Он содержит 0,5…3,3 % хрома, 0,25…1,2 % молибдена, 0,15…0,8 % ванадия. В некоторые составы добавляют вольфрам или ниобий в количестве 0,3…0,8 %. Металл такого класса применяется в производстве деталей для холоднотянутых и горячедеформированных труб, для проката и элементов, использующихся в турбинах и паровых котлах высокого давления. К этой же категории относятся марки 12МХ, 20ХМЛ, 15Х1М1Ф, 12Х2МФСР.

Мартенситный. Они содержат 4,5…12 % хрома и в незначительном количестве молибден, ванадий, никель и вольфрам. К этому классу относятся марки 15Х5, 15Х5ВФ, 15Х8ВФ, которые применяются в производстве деталей насосов, задвижек, крепежа и других элементов оборудования нефтеперерабатывающих предприятий. Стали с более высоким содержанием хрома (6…8 %) и кремния (2…3 %) используют в производстве ДВС (двигателей внутреннего сгорания). К мартенситному классу относятся также марки 3Х13Н7С2, 40Х10С2М, 1Х8ВФ.

Мартенситно-ферритный. Основной легирующей добавкой является хром, процентное содержание которого составляет 10…14 %. Для получения модифицированных сталей данного класса в состав сплава вводят никель, вольфрам, ниобий и ряд других легирующих добавок. К наиболее востребованным маркам этой категории относятся Х6СЮ, 1Х12В2МФ, 1Х13. Такие стали обычно изготавливают в виде сортового проката, который позже используется для производства лопастей и дисков турбин.

Аустенитный. Эта категория жаропрочных сталей включает наибольшее количество марок. К ней относятся хромоникелевые сплавы, в котором содержание хрома и никеля (отдельно) составляет от 7 до 25 %. Благодаря особенностям аустенитной микроструктуры жаропрочность сталей этой группы выше, чем у предыдущих трех категорий. К самым жаропрочным маркам данного класса относятся 09Х14Н19В2БР1 и 09Х14Н19В2БР, использующиеся в производстве труб, транспортирующих пар под высоким давлением. Кроме этого, аустенитные сплавы применяют как основной материал в производстве деталей, которые должны работать длительное время при температуре +650…+700 °С, например, в энергетическом или химическом оборудовании, в двигателях внутреннего сгорания и т. п.