Жаропрочная сталь относится к стали с термической стабильностью и термической прочностью в условиях высоких температур. Термическая стабильность относится к химической стабильности (коррозионной стойкости, неокисляемости) стали в условиях высоких температур. Под термической прочностью понимается достаточная прочность стали в условиях высоких температур. Жаростойкость в основном обеспечивается легирующими элементами, такими как хром, молибден, ванадий, титан и ниобий, поэтому выбор сварочных материалов должен определяться в зависимости от содержания легирующих элементов в основном металле. Жаропрочная сталь широко используется в монтажном строительстве нефтяной и нефтехимической промышленности. Мы часто можем соприкасаться с перлитной жаропрочной сталью с низким содержанием легирующих элементов, например, 15CrMo, 1Cr5Mo и так далее.
Как правило, сталь с содержанием легирующих элементов менее 50 процентов называется жаропрочной сталью. Японский стандарт жаростойкой стали JIS G4311, G4312, а также несколько стандартов серии SUH. В соответствии с различной микроструктурой исходной фазы жаропрочные стали можно разделить на ферритные жаропрочные стали, мартенситные жаропрочные стали, аустенитные жаропрочные стали и жаропрочные стали с дисперсионным твердением. JIS G5122 предусматривает использование жаропрочной литой стали серии SUH, но не классифицирует марку стали в соответствии со структурой исходной фазы и смешивает вместе ферритную жаростойкую сталь, мартенситную жаростойкую сталь и аустенитную жаростойкую сталь.
Ферритная жаропрочная сталь
Типичной широко используемой ферритной жаропрочной сталью является SUS430 с низким содержанием C-17% Cr. Cr — это элемент, который может улучшить коррозионную стойкость стали при высоких температурах и является незаменимым элементом в жаропрочной стали. SUS430 обладает хорошей стойкостью к окислению. SUS430 дешевле, потому что в стали нет других элементов. Однако SUS430 не затвердевает после высокотемпературной закалки, а его жаропрочность низка, поэтому его можно использовать только для деталей, не требующих большой прочности. С другой стороны, поскольку коэффициент теплового расширения SUS430 невелик, а коэффициент теплового расширения аустенитной жаропрочной стали велик, поэтому при повторяющихся изменениях температуры легко изготавливать детали, подверженные термической усталости, SUS430 лучше. Кроме того, когда SUS430 используется в течение длительного времени при температуре около 500 градусов, произойдет охрупчивание из-за выделения хрупкой фазы, на что следует обратить внимание. Кроме того, Al также является элементом, повышающим антиоксидантную способность. При высокой температуре Al образует Al2O3 на поверхности оксидного листа, который становится прочной защитной пленкой и играет роль в повышении стойкости к окислению. Жаропрочной сталью, использующей этот эффект Al, является FCH1. FCH1 — это жаропрочная сталь с добавлением 5% Al в сталь с содержанием 25% Cr. Обладает хорошей стойкостью к окислению ниже 1200 градусов.
Мартенситная жаропрочная сталь
Типичными мартенситными жаропрочными сталями являются стали с содержанием 12% Cr SUS403 и SUS410J1 с содержанием углерода около 0,1%. Эти жаропрочные стали закалены высокотемпературной закалкой, а затем отпущены для выделения M23C6 на мартенсите исходной фазы, сохраняя высокую прочность при 500-600 степени. Если Мо добавляется для улучшения стойкости к размягчению при отпуске, можно дополнительно поддерживать высокую прочность. Мартенситная жаропрочная сталь размягчается при высокой температуре выше 500-600 градусов, что приводит к резкому снижению прочности. Следовательно, мартенситная жаропрочная сталь подходит для рабочих температур ниже 500-600 градусов, требующих высокотемпературных компонентов. Кроме того, поскольку содержание хрома в мартенситной жаропрочной стали меньше (12 процентов), а часть хрома все еще находится в карбиде, нельзя гарантировать содержание хрома в исходной фазе, поэтому стойкость к окислению мартенситной жаропрочной стали часто меньше, чем у ферритной жаропрочной стали и аустенитной жаропрочной стали. Si и Al также могут образовывать защитную пленку на оксидном листе мартенситной жаропрочной стали. Мартенситные жаропрочные стали СУХ3 и СУХ11 с добавкой кремния для повышения их стойкости к окислению. Эти жаропрочные стали используются для впускных клапанов двигателей и жаропрочных болтов.
Аустенитная жаропрочная сталь
Добавление Cr в сталь сопровождается добавлением стабилизирующего аустенит элемента Ni, который придает стали стабильную аустенитную структуру при всех температурах. Обычные стали с аустенитной структурой - SUS304 и SUS310. Как мы все знаем, SUS304 — это нержавеющая сталь, устойчивая к коррозии, но SUS304 также может использоваться в качестве жаропрочной стали. Ниже 600 градусов прочность аустенитной жаропрочной стали находится между мартенситной жаропрочной сталью и ферритной жаропрочной сталью, а выше 600 градусов прочность выше, чем у мартенситной жаропрочной стали. Кроме того, SUS304 до 800 градусов, SUS310 до 1000 градусов, многократное нагревание-охлаждение, имеет хорошую стойкость к окислению. Однако при длительном использовании при температуре 700-900 градусов происходит выделение хрупкой фазы, так что материал становится хрупким. Кроме того, поскольку коэффициент теплового расширения сталей SUS304 и SUS310 больше, чем у мартенситных и ферритных жаропрочных сталей, легко возникает повреждение от термической усталости, и на эти два момента следует обратить внимание.
Когда требуется высокотемпературная прочность, прочность аустенитной жаропрочной стали может быть дополнительно повышена за счет дисперсионного упрочнения и упрочнения на твердый раствор. Для выпускного клапана двигателя используется аустенитная жаропрочная сталь SUH35. Высокотемпературная прочность SUH35 была улучшена за счет упрочнения осаждением карбидов и упрочнения твердым раствором путем добавления углерода в сталь. Аустенитную структуру можно получить даже при содержании Ni 4% за счет увеличения содержания Mn. SUH660, используемый для изготовления жаропрочных болтов и пружин, был усилен за счет выделения фазы (Ni3 (Al, Ti)) за счет добавления Al и Ti.
Осажденная армированная жаропрочная сталь
Типовой маркой мартенситной жаропрочной стали является SUS630. После старения при 500° ε-фаза (фаза Cu) осаждается в исходной мартенситной фазе с низким содержанием углерода SUS630 для повышения прочности стали. Однако при температуре выше 500 градусов происходит укрупнение ε-фазы и изменение мартенситной структуры, что приводит к снижению прочности стали. Поэтому SUS630 в основном используется для компонентов турбины ниже 500 градусов. Основным компонентом стали SUS630 является 17Cr-4Ni-4Cu, содержание никеля не слишком велико, и, учитывая стабильность аустенита, содержание никеля не может быть снижено, так что это не является ресурсоемким. экономия стали разработки.
