Какой металл не прогорает

Обновлено: 22.09.2024

Окалино- или жаростойкость – это способность металлов или сплавов длительное время противостоять газовой коррозии в условиях повышенных температур. Жаропрочность же представляет собой способность металлов не разрушаться и не поддаваться пластической деформации при высокотемпературном режиме работы. Сталь жаропрочная представлена на рынке большим разнообразием марок, равно как и жаропрочные сплавы. Большинство специалистов признают ее лучшим материалом для изготовления деталей конструкций и оборудования, эксплуатируемых в агрессивных средах и в иных сложных условиях.

Жаропрочный металл и жаростойкость

Ненагруженные конструкции, эксплуатируемые при температуре порядка 550°С в окислительной газовой атмосфере, изготавливаются обычно из жаростойкой стали. К данным изделиям часто относятся детали нагревательных печей. Сплавы на базе железа при температуре больше 550°С склонны активно окисляться, из-за чего на их поверхности образуется оксид железа. Соединение с элементарной кристаллической решеткой и нехватка атомов кислорода приводит к появлению окалины хрупкого типа.

Для улучшения жаростойкости стали в химический состав вводятся:

Данные элементы, соединяясь с кислородом, способствуют формированию в металле надежных, плотных кристаллических структур, благодаря чему и улучшается способность металла спокойно переносить повышенную температуру.

Тип и количество легирующих элементов, вводимых в состав сплава на базе железа, зависит от температуры, в которой эксплуатируется изделие из него. Лучшая жаростойкость у сталей, легирование которых выполнялось на основе хрома. Наиболее известные марки этих сильхромов:

• 15Х25Т;
• 08Х17Т;
• 36Х18Н25С2;
• Х15Х6СЮ.

С повышением количества хрома в составе жаростойкость увеличивается. С хромом могут создаваться марки металлов, изделия из которых не утратят первоначальных характеристик и при долгом воздействии температуры больше 1000°С.

Особенности жаропрочных материалов

Жаропрочные сплав и стали успешно эксплуатируются при постоянном воздействии больших температур, причем склонность к ползучести не проявляется. Суть данного процесса, которому подвержены стали обыкновенных марок и прочие металлы, в том, что материал, испытывающий воздействие постоянной температуры и нагрузку, медленно деформируется, или ползет.

Ползучесть, которой стараются избежать при создании жаропрочных сталей и металлов другого типа, бывает:

Для определения параметров кратковременной ползучести материалы подвергаются испытаниям: помещаются в печь, нагретую до нужной температуры, а к ним на определенное время прикладывается растягивающая нагрузка. За короткое время проверить материал на склонность к длительной ползучести и выяснить, каков ее предел, не удастся. С этой целью испытуемое изделие в печи подвергается длительной нагрузке.

Важность предела ползучести в том, что он характеризует наибольшее напряжение, ведущее к разрушению разогретого образца после воздействия определенное время.

Марки жаростойких и жаропрочных сталей

По внутренней структуре категории следующие:

• мартенситные;
• аустенитные;
• мартенситно-ферритные;
• перлитные.

Жаростойкие стали могут представлять еще два типа:

• ферритные;
• мартенситные, или аустенитно-ферритные.

Среди сталей с мартенситной структурой наиболее известны:

• Х5 (из нее делают трубы, которые будут эксплуатироваться при температуре не больше 650°С).
• Х5М, Х5ВФ, 1 Х8ВФ, Х6СМ, 1 Х12Н2ВМФ (служат для изготовления изделий, которые эксплуатируются при 500-600°С определенное время (1000-10000 ч.).
• 3Х13Н7С2 и 4Х9С2 (изделия из них успешно эксплуатируются при 850-950°С, поэтому из них делают клапаны моторов транспортных средств).
• 1Х8ВФ (изделия из этой стали успешно эксплуатируются при температурах не больше 500°С 10000 ч. и дольше; в частности, из материала делают конструктивные элементы паровых турбин).

Для получения из этих сталей материала со структурой сорбита, отличающегося высокой твердостью (не меньше 25 по HRC), сначала их закаливают при 950-1100°C, а потом подвергают отпуску.

Стальные сплавы с ферритной структурой, из категории жаростойких, содержат 25-33% хрома, определяющего их характеристики. Для придания этим сталям мелкозернистой структуры изделия из них отжигают. В данную категорию сталей входят:

При нагревании их до 850°C и больше зерно внутренней структуры укрупняется, из-за чего повышается хрупкость.

Из жаропрочной нержавейки изготавливаются:

• тонколистовой прокат;
• бесшовные трубы;
• агрегаты химической и пищевой промышленности.

Стали, в основе которых феррит и мартенсит, активно используются в производстве изделий различного назначения в машиностроении. Изделия из таких жаропрочных сплавов даже довольно длительное время успешно эксплуатируются при температуре до 600°C .

Самые распространенные марки данных жаропрочных сталей:

• Х6СЮ;
• 1Х13;
• 1 Х11МФ;
• 1Х12ВНМФ;
• 1 Х12В2МФ;
• 2 Х12ВМБФР.

Хрома в химическом составе этих сплавов – 10-14%. Легирующие добавки, улучшающие состав, здесь – ванадий, вольфрам и молибден.

Аустенитно-ферритные и аустенитные стальные сплавы

Самые значимые особенности аустенитных сталей в том, что внутренняя их структура формируется благодаря никелю в их составе, а жаростойкость связана с хромом.

Наиболее распространенные сегодня стали с аустенитной структурой – это дисперсионно-твердеющие сплавы. С целью улучшения качественных характеристик добавляются карбидные или интерметаллические упрочнители.

Наиболее популярные марки , основа внутренней структуры которых – аустенит:

• Дисперсионно-твердеющие Х12Н20Т3Р, 4Х12Н8Г8МФБ, 4Х14Н14В2М, 0Х14Н28В3Т3ЮР.
• Гомогенные 1Х14Н16Б, 1Х14Н18В2Б, Х18Н12Т, Х18Н10Т, Х23Н18, Х25Н16Г7АР, Х25Н20С2.

Стальные сплавы на основе смеси аустенита и феррита отличает очень высокая жаропрочность, которая по показателям превышает аналогичный параметр даже у высокохромистых материалов. Характеристики жаропрочности достигаются и за счет высокой стабильности внутренней структуры сталей этой категории. Изделия из них успешно эксплуатируются даже при температурах до 1150°С.

Жаропрочные стали с аустенитно-мартенситной структурой характеризуются повышенной хрупкостью, поэтому не могут использоваться в производстве изделий, которые эксплуатируются под высокой нагрузкой.

Из жаропрочных сталей этой категории делаются изделия такого назначения:

• Жаропрочные трубы, конвейеры для печей, емкости для цементации (Х20Н14С2 и 0Х20Н14С2).
• Пирометрические трубки (Х23Н13).

Тугоплавкие материалы

Стальные сплавы на базе тугоплавких металлов используются для производства изделий, которые эксплуатируются при 1000–2000°C .

Тугоплавкие металлы, которые входят в химический состав таких сталей, характеризуются температурами плавления:

Благодаря тому, что тугоплавкие стали этой категории имеют высокую температуру перехода в хрупкое состояние, при серьезном нагреве происходит их деформация. Для повышения жаропрочности таких сталей в их состав вводят специальные добавки, а для повышения жаростойкости легируют титаном, молибденом, танталом и др.

Самые распространенные соотношения химических элементов в тугоплавких сплавах:

• основа – вольфрам и 30% рений;
• 60% ванадий и 40% ниобий;
• основа – 48% железо, 15% ниобий, 5% молибден, 1% цирконий;
• 10% вольфрама и тантала.

Сплавы на основе никеля и никель с железом

Сплавы на базе никеля (55% Ni) или выполненные на основе смеси его с железом (65%) - жаропрочные с высокими качествами жаростойкости. Базовый легирующий элемент для любых сталей этой категории – хром, которого содержится 14-23%.

Высокая стойкость и прочность сохраняется при повышенных температурах. Этими качествами обладают стальные сплавы на основе никеля.

Наиболее популярные:

• ХН60В;
• ХН67ВМТЮ;
• ХН70МВТЮБ;
• ХН70;
• ХН77ТЮ;
• ХН78Т;
• ХН78МТЮ;
• ХН78Т.

Некоторые марки – это жаропрочные стаи, остальные – жаростойкие. При нагревании на поверхности изделий из данных сплавов появляется оксидная пленка на базе алюминия и хрома. В твердых растворах структуры этих металлов формируются соединения никеля и алюминия или никеля и титана, что обеспечивает устойчивость материалов к высоким температурам. Более подробные характеристики приводятся в специальных справочниках.

Из сталей никелевой группы изготавливают:

• Элементы газовых конструкций и коммуникаций (ХН5ВМТЮ).
• Конструктивные элементы турбинных устройств (ХН5ВТР).
• Конструктивные элементы компрессоров – лопатки, диски (ХН35ВТЮ).
• Роторы для оснащения турбин (ХН35ВТ и ХН35ВМТ).

Итак, жаропрочные марки способны долгое время функционировать в условиях высоких температур без деформаций и противостоят газовой коррозии. Посредством сплавов разных элементов добиваются оптимальных свойств материалов в зависимости от условий эксплуатации.

Жаропрочные и жаростойкие что это за стали — 5 основных типов

Сталь, классифицирующая как жаропрочная, рекомендуется для изготовления конструкций не только находящихся под влиянием высоких температур, но и работающих в иных агрессивных условиях.

Рассмотрим, что же из себя представляют жаропрочные стали, на какие классы и марки подразделяются, и как выбрать оптимальный вариант для собственных нужд.

Жаропрочность и жаростойкость металла

Жаростойкие стали обладают таким ценным свойством как жаростойкость или если говорить простым языком, то они сохраняют свои свойства при высоких температурах. Второе название данного свойства – «Окалиностойкость». Основная ценность такой стали заключается в том, что она способна длительное время сохранять структуру своей кристаллической решетки в условиях воздействия высоких температур.

Стандартные жаропрочные стали имеют верхний температурный предел от 500 до 550 градусов и способны эффективно сопротивляться температуре только до этого предела. Далее на поверхности металла начинает образовываться оксидная пленка (окалина), что становится первым шагом к разрушению металла.

Не рекомендуется применять простые жаропрочные стали для изготовления конструкций, находящихся под сильной динамической нагрузкой.

Понятие жаропрочности

Жаропрочные стали изготавливаются методом химического взаимодействия основного состава с оксидами хрома, кремния или алюминия. Структура кристаллической решетки, полученная путем взаимодействия атомов двух элементов, сохраняет свою плотность даже в условиях воздействия открытого огня.

Количественные показатели и процентное соотношение добавок в сталях рассчитывается по формуле исходя из предполагаемых условий эксплуатации изделия. На производстве предпочтение отдается металлу, изготовленному из сплава главным компонентом, которого является хром.

Чем большее количество хрома в составе соединения, тем более жаропрочным получается сплав. Удается добиваться показателей, при которых металл переносит температуру более 1000 градусов и не теряет своих свойств.

Основные типы

Все жаропрочные и жаростойкие стали разделены на три условных группы. Группы отличаются химическим составом, способностью противостоять температуре и методикой производственного процесса.

1. К первой группе относятся все сплавы, выполненные с добавлением хрома, марганца, молибдена, титана или вольфрама. Так же к первой группе относится сталь с добавлением бора, ванадия или ниобия. Такие сплавы тоже имеют жаропрочные свойства, но из-за дороговизны производства используются редко.
2. Ко второй группе относятся сплавы на основе кальция, серия и еще ряда химических элементов сходных по структуре. Комплексное количество присадок в таких металлах может достигать 50%.
3. Третья группа характеризуется введением в консистенцию углерода, молибдена и кобальта.

Аустенитный класс

Аустенитные сплавы пользуются популярностью благодаря своим свойствам. Помимо способности эффективного сопротивления температуре вплоть до 1000 градусов, полученный жаропрочный сплав обладает ярко выраженными антикоррозийными свойствами.

Структура металла поддерживается путем добавления в сплав 10-15 процентов никеля, который удерживает атомы кристаллической решетки и не дает металлу понизить прочностные качества.

Хром придает устойчивость к температуре и не разрушает структуру, незначительные добавки стабилизирующих элементов – углерода, титана или ниобия успешно работают на поддержание антикоррозийных свойств.

Структура аустенитов

Жаропрочные аустенитные сплавы в зависимости от типа химической структуры бывают двух видов:

• гомогенный. Материалы данного типа не предназначены для высоких температур и слабо переносят длительное воздействие жара. Максимальный предел температуры – 500 градусов. Тип материалов обусловлен отказом от термообработки и малым количеством углеродных включений;
• гетерогенный. Данный тип материалов проходит две фазы термической обработки, что повышает его жаростойкость до 700 градусов. Карбидные фазы работают на сохранение устойчивости к деформациям и большим нагрузкам в период нагревания. Максимальная температура гетерогенного ряда – 1700 градусов, такой предел возможен при добавлении в сплав более 50% молибдена.

Аустенитно ферритный класс

Сплав полученный на основе смеси фаз аустенитов и ферритов является высоколегированным и стабилизированным сплавом. Чрезвычайно трудно обрабатываемый металл. Применяется для построения дымоотводных каналов, выхлопных труб автомобилей и конструкций, работающих с сильным температурным воздействием.

При производстве критически важных изделий на основе подобных сталей, используются сплавы, матрица которых усиливается дисперсионным твердением и добавлением таких элементов как карбид и его образующие. Метал подобных изделий не образует хрупкой окалины и устойчив к динамическим нагрузкам и деформации.

Мартенситный класс

Мартенситный класс жаропрочной стали характеризуется особым процессом изготовления и обработки. Суть его в том, что вначале металл закаливают высокой температурой, после которой «отпускают» в специальной камере. Итогом такого процесса является значительное повышение способности к сопротивлению температуре, но падение упругости.

На первом этапе сплав нагревают до 1200 градусов и стабилизируют его в течение 5 часов с последующим постепенным остыванием в примерно такой же временной интервал

На втором этапе процесс повторяется с тем отличием что стабилизация и «отпуск» проходит под воздействием температуры в 1000 градусов.

Перлитный класс

Перлитные стали относятся к категории низколегированных термостойких сплавов. В первую очередь они нацелены на сохранение структуры и свойств самого металла, а уже потом на его жаропрочные свойства.

Из стали перлитного класса изготавливаются детали и изделия промышленного назначения по условиям эксплуатации, не допущенные к работе при температуре свыше 400 — 500 градусов. Незначительного повышения жаростойкости можно добиться путем добавления в металл хрома и ванадия, в этом случае температурный предел поднимается до 600 – 650 градусов.

Если совместно с легированием применить технологию нормализации, то можно значительно улучшить прочность металла и его механические свойства.

Ферритный класс

Ферритные сплавы или металлы ферритного класса характеризуются высоким содержанием в своем составе хрома. Как правило, в ферритных сплавах его процентное соотношение достигает 35%.

Металлы данного класса подвергаются особому виду термической обработки – «обжигу». Такой вид подготовки позволяет получить зернистую структуру металла и значительно увеличить температурный предел работы металла.

Металлы ферритного класса способны эффективно переносить длительное нахождение под воздействием высокой (до 800 градусов) температуры. Дальнейшее повышение жаропрочности методом присадок и легирования не рекомендуется в связи с тем, что температурный предел повышается незначительно, а хрупкость изделий возрастает в несколько раз.

Мартенситно ферритный класс

Жаропрочный металл производимый из сплавов мартенситно-ферритного класса имеет среднюю устойчивость и содержит целый пакет дополнительных присадок – хром, вольфрам и ванадий.

Из него изготавливаются такие детали как лопасти паровых турбин, центрифуг, теплообменных сетей и активного оборудования ТЭЦ.

Металл хорошо подходит для изделий любого типа спланированных к эксплуатации в условиях непрерывного воздействия температур в диапазоне от 500 до 600 градусов и умеренных механических нагрузок.

В отдельных случаях, для повышения антиокислительных свойств в металл могут добавлять никель. Он способствует образованию на поверхности готовых изделий непроницаемой пленки и препятствует губительному воздействию кислорода.

Сплавы на основе никеля

Несмотря на то, что сплав легирован никелем, основным компонентом металла является все равно хром. Именно он придает смеси свойства жаропрочности и жаростойкости. В зависимости от количества базовых присадок сплавы на основе никеля могут быть как жаропрочными, так и жаростойкими.

Их устойчивость к перегреву обусловлена химическому процессу образования на поверхности металла оксидной пленки. Оксидная пленка состоит из фракций алюминия и хрома или алюминия и никеля.

Как правило такой металл применяют при изготовлении систем газовых турбин, трубопроводов и нагревательных элементов, деталей конструкции компрессоров и нагнетателей.

Химический состав

Однозначной формулой сложно описать всю суть протекающего химического процесса. Все дело в том, что формула учитывает исключительно основной состав металла и легирующие его добавки.

В действительности же, жаростойкие сплавы имеют в своем составе не только то что добавляется в процессе производства, но и не учитываемые продукты протекающих внутри химических реакций, отложения и выпадающие осадки. Получающиеся в процессе контролируемой химической реакции примеси в значительной мере ухудшают свойства металла.

В особенности большой вред наносят отложения серы. Всего лишь 0,003% серы в составе сплава способны полностью свести на нет все полезные свойства.

Структура и свойства

Не столько и не только химический состав консистенции влияет на жаростойкость полученного металла. Важную роль играет и форма, и агрегатное состояние в котором находятся легирующие примести до их включения в состав.

Химическая чистота присадок влияет на результат так же, как и ее количество. Никель и хром придают металлу жаропрочные свойства только при условии их полной очистки. Включение небольшого количества серы снижает температуру плавления металла, но и снижает его ползучесть.

«Ползучесть» — выведенный формат определения качественного состояния жаропрочности металла. Простыми словами ползучестью называется способность к разрушению структуры под действием температуры. И чем ползучесть ниже, тем качественнее считается металл.

Что влияет на жаропрочность

При стандартном производстве получить жаропрочный сплав можно только при соблюдении трех основных условий.

1. Термическая закалка, производимая в один или два этапа. Подразумевает постепенный нагрев до определенной температуры, удержание (стабилизация) в несколько часов и постепенное охлаждение. Правильное охлаждение выполняется в водяной бане или на открытом воздухе под контролем падения температуры.
2. Добавление в состав металла присадок, сохраняющих структуру металла и не допускающий возникновения интеркристаллической коррозии. Чаще всего в качестве таких присадок применяются ниобий или титан.
3. Точный расчет основного компонента. Основным компонентом является хром, от его количества зависит жаростойкость и способность к сопротивляемости окислению. В большинстве случаев хром составляет от 10 до 13% от всей массы металла.

Сферы применения

В связи с большим количеством жаропрочных сплавов, представленных на рынке, их эксплуатация и применение во многом определяется по составу входящих в сплавы присадок и дополнительных легирующих компонентов.

Рассмотрим основные сферы применения жаростойких металлов в зависимости от состава химических элементов:

• AISI-314. Основная сфера применения – стенки и корпусные элементы печных конструкций. Достоинство сплава – высокая степень тугоплавкости;
• AISI-310. Используется для производства двигателей внутреннего сгорания, нагруженных элементов моторов и турбин;
• AISI-310S. Чаще всего востребована на производстве газоотводных трубопроводов, участков системы выхлопных труб и транспортных труб инертных газов;
• AISI-309. Универсальный сплав, хорошо подходит как для изготовления печей, так и для производства других элементов, работающих в условиях повышенных температур.

Марки нержавеющей стали для изготовления дымоходов

При изготовлении или приобретении дымохода необходимо точно знать материал. Часто в свободной продаже можно встретить дымоход по цене в два, а то и три раза ниже рыночной. Стоит учитывать, что вероятнее всего такое изделие изготовлено из стали марки AISI 201 которая относительно недорогая, но при этом не отвечает всем требованиям для дымоходов.

Лучше всего для этой цели подойдет жаропрочная сталь марки AISI-309. Основное ее отличие от более дешевой 201-й версии в том, что у нее практически отсутствует риск деформации и возникновения термических трещин и разрывов.

Оба варианта стали немагнитны и неотличимы визуальным методом. Для их идентификации нужно проверять сопроводительные документы или же проводить сложный химический анализ.

Нержавеющие стали для пищевой индустрии

Жаропрочная нержавеющая сталь, имеющая свойства сопротивления коррозии, имеет массу преимуществ в изготовлении посуды и принадлежностей, контактирующих с пищей.

Разберем основные из них:

• внешний вид. Хорошо отполированная сталь имеет привлекательный внешний вид и красиво смотрится в качестве готовых изделий;
• прочность. Нержавеющая сталь трудно обрабатывается, но и трудно деформируется. Благодаря заложенной прочности можно изготавливать тонки элементы посуди и сервировки способные выдерживать большую нагрузку;
• соответствие установленным нормам гигиены и СанПиН(а). Сталь имеет настолько плотную структуру, что при должной обработке и шлифовке практически не остается раковин где может задержаться грязь;
• отсутствие эффекта коррозии. Основное преимущество нержавейки. Изготовленная из нее посуда не поддается окислению даже при длительном контакте с водой.

Основные марки стали применяемые в пищевой индустрии представлены в таблице.

Какая марка стали лучше для банной печки

Жаропрочная и коррозионностойкая сталь для печи должно не просто сопротивляться воздействия высокой температуры, но и выдерживать длительное воздействие открытого огня. Наиболее часто встречающаяся неисправность банной печи – прогорание стенок.

Для устранения проблемы можно конечно просто использовать толстостенную сталь, не вникая в ее свойства и химический состав. В принципе, это будет вполне рабочий способ, но не лишенный недостатков:

• во-первых – такая сталь все равно будет окисляться и на ее поверхности будет появляться все увеличивающийся слой окалины, что помимо неприглядного внешнего вида рано или поздно приведет к прогоранию;
• во-вторых – печь из толстого металла будет очень долго протапливаться и требовать в разы больше топлива для набора необходимой температуры.

Как показывает практика, лучше всего для банной печи подходит легированная сталь марки AISI-430, которая обладает всеми необходимыми качествами и долгим сроком службы.

Расшифровка марок

Маркировка жаропрочной стали, в том числе и металлов для печей имеет буквенно-цифровой вид. Каждый символ маркировки несет информацию о содержании в сплаве определенного химического элемента.

Двузначный числовой показатель как правило ставится в начале маркировки и дает информацию о процентном соотношении углерода. Буквенные символы указывают на находящийся в сплаве химический элемент и его процент (указан цифрами сразу после буквы).

Расшифровка буквенного обозначения представлена на таблице.

Оптимальная толщина металла для печи в баню

Для определения какую толщину металлического листа выбрать для изготовления банной печи, стоит обратить внимание на два фактора.

1. Теплопроводность стали. Чем толще сталь, тем больше энергии необходимо затратить для ее нагрева и поддержания температурного режима. Исходя из практического опыта считается, что использование для печи стальных листов толще 8 миллиметров экономически не целесообразно.
2. Огнеупорность. Если планируется эксплуатировать печь более 3 лет, то не стоит применять сталь в 4 мм. Такая печь будет очень быстро нагреваться, но прогорит менее чем через год интенсивного использования.

Исходя из вышеуказанного, специалисты понимают, что применять для печи лучше сталь марки AISI-430 с толщиной стенки 5-6 мм.

Какими электродами надо варить банную печь

Если стоит вопрос о самостоятельном изготовлении банной печи, то нельзя упускать из внимания и вопросы сварки. Нержавеющая, жаропрочная сталь варится особым видом электродов марки ЦЛ11 или аналогом – Д4.

Обязательным условием работы является химическая протравка сварного шва. Если упустить данный момент, то в местах сварки возможно появление коррозии и как следствие преждевременное разрушение конструкции.

Марки жаропрочной стали, виды и особенности

Жаропрочная сталь – востребованный материал в современном мире. Из нее изготавливаются печи и дымоходы. Характеристики материала раскрывают все его преимущества и позволяют судить о его уникальности.

Понятие жаропрочности

Данное свойство металлов определяет их устойчивость к коррозии при воздействии высоких температур. В агрессивной среде жаропрочная сталь не разрушается и не деформируется.

Применяется данный материал в производстве деталей, контактирующих с температурным режимом свыше 550 градусов и подверженные вибрационным нагрузкам: турбины, отопительные котлы, компрессоры и прочее. Для того чтобы повысить показатель жаропрочности, в металлические сплавы добавляют определенные вещества:

Задача таких добавок — создать защитный слой. Данные вещества при контакте с металлом во время нагревания образуют на нем тонкую пленку, которая снижает окисление. В зависимости от количества добавляемых веществ будет регулироваться уровень жаропрочности.

При производстве жаропрочной стали она проходит определенное тестирование. Первым делом полученный сплав нагревают до конкретной температуры, а затем на него воздействуют растягиванием. После удачного тестирования готовая продукция допускается к реализации.

Особенности жаропрочной стали

Преимущества жаропрочных изделий очевидны:

• При постоянном и долгом воздействии высоких температур эксплуатационные свойства металла остаются неизменными.
• Повышается устойчивость к механическим воздействиям. В условиях агрессивной среды сплав сохраняет свою прочность.
• Несмотря на влияние газовой среды и взаимодействие с кислотами стальной сплав сохраняет первоначальный химический состав.
• Добавляемые в сплав вещества придают ему свойство коррозионной устойчивости.

По длительности воздействия агрессивной среды жаропрочную сталь можно разделить на типы длительного и кратковременного нагрева. Для стали длительного нагрева характерна выдержка высоких температур долгое время. Однако при этом значение температурного режима не достигает критической отметки. В случае со сталью кратковременного нагрева ее применение требуется там, где происходят резкие скачки температуры до нескольких тысяч градусов.

Но все же данные параметры не являются определяющими для классификации жаропрочной стали по типам. Основным фактором здесь выступают дополнительные примеси, наделяющие сплав особыми свойствами.

Видео описание

Жаропрочные и жаростойкие стали

Виды жаропрочной стали

Выделяют несколько видов стали в зависимости от ее внутренней структуры:

• мартенситная;
• перлитная;
• аустенитная;
• мартенситно-ферритная.

Жаропрочную сталь делят ещё на два типа:

Здесь определяющим является входящий в состав феррит.

Марки жаропрочной стали мартенситного типа

Самые популярные марки:

• X5. Предназначается для труб, используемых при температурном режиме 650 градусов. На большую температуру данная марка не рассчитана.
• 1Х8ВФ. Применяется для изготовления деталей паровых турбин. Выдерживает температуру 500 градусов. При этом срок их эксплуатации равен 10 000 часам.
• Несколько марок объединены в одну группу, так как имеют схожие характеристики: Х5М, Х5ВФ, 1 Х8ВФ, Х6СМ, 1 Х12Н2ВМФ. Предназначаются для элементов, изготовленных для эксплуатации при температурном режиме от 500 до 600 градусов. Срок службы деталей варьируется от 1000 часов до 10 000 часов.
• Ещё две марки объединены по общим показателям: 3Х13Н7С2, 4Х9С2. Из них изготавливаются клапаны транспортных двигателей. Способны выдержать температуру от 850 до 950 градусов.

Мартенситные стали имеют в составе перлит. При повышении уровня хрома в сплаве он меняет свое состояние. Марки стали, содержащей перлит и хром:

Принцип производства мартенситных сталей заключается в соединении составных элементов и дальнейшей их закалки при температуре 1000 градусов. Для повышения уровня жаропрочности происходит отпуск сплава при температурном режиме 8100 градусов. Именно эта процедура позволяет стали выдерживать длительное нагревание.

Марки ферритных сплавов

В таких соединениях содержится порядка 30% хрома. Мелкозернистая структура металла приобретается путем отжига. К таким сталям относят:

Производство ферритной стали проходит этапы закалки, обжига, а впоследствии отпуска. Из-за мелкозернистой структуры нагрев сплава может производиться только при температуре 180 градусов. Увеличение температурного режима приведет к нарушению целостности и сделает сплав хрупким. Используются такие сплавы в основном для теплообменных устройств.

Мартенсит и феррит — марки стали

Стоит отметить, что сталь может быть мартенситно-ферритной. Такой материал используют в машиностроении. Отличительной особенностью является устойчивость к температуре 600 градусов. При таком воздействии, даже длительном, эксплуатационные свойства стали не изменяются.

Марки стали такого состава:

• 2Х12ВМБФР;
• Х6СЮ;
• 1Х12В2МФ;
• 1Х13;
• 1Х12ВНМФ;
• 1 Х11МФ.

Характеристикой состава мартенситно-ферритных сплавов является присутствие хрома не более 14% и не менее 10%. В качестве добавочных металлов используют вольфрам, ванадий и молибден.

Конструкционные и инструментальные углеродистые стали.

Аустенитная и аустенитно-ферритная сталь

Особенностями таких сплавов является присутствие никеля, который формирует структуру материала, а также хрома, обеспечивающего жароустойчивость. В некоторых марках стали этой категории наблюдается присутствие титана и ниобия.

Аустенитная сталь является нержавеющей. Она устойчива к образованию окалины при воздействии рабочей среды до 1000 градусов.

Жаропрочные составы делятся на две категории:

Гомогенные стали используются для изготовления арматуры, труб с эксплуатацией при повышенных нагрузках. Воздействие на конструкцию происходит не только на температурном уровне, но и с высоким давлением и ударных нагрузках. К маркам этого вида стали относят:

• 1Х14Н16Б.
• Х25Н20С2.
• 1Х14Н18В2Б.
• Х25Н16Г7АР.
• Х18Н12Т.
• Х23Н18.
• Х18Н10Т.

Дисперсионно-твердеющие составы применяются для изготовления турбинного оборудования и моторных клапанов. Для них характерен долгий и регулярный нагрев, а также частое охлаждение. Перепады температурного режима не сказываются на эксплуатационных характеристиках сплава. Марки дисперсионно-твердеющей стали:

• 0Х14Н28В3Т3ЮР.
• Х12Н20Т3Р.
• 4Х14Н14В2М.
• 4Х12Н8Г8МФБ.

Аустенитная сталь относится к разряду дисперсионно-твердеющих составов. Для высоких качественных показателей в них добавляют карбид, а также интерметаллидный уплотнитель. Применяется такая жаропрочная сталь для печи. Состав может выдерживать температуру равную 700 градусам.

Аустенитные и аустенитно-ферритные металлы делятся на три категории:

• с пониженным содержанием добавочных металлов;
• сплавы с повышенным содержанием карбидов;
• сталь с присутствием интерметаллидного упрочнения.

Последний вид — самый прочный и жаростойкий. Это обусловлено входящими в состав компонентами:

• титан;
• алюминий;
• молибден;
• бром;
• вольфрам.

Такие сплавы закаливаются при 1050 градусах либо воздушным способом, либо в жидкости.

Тугоплавкие металлы

• 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.

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.

Никелевые сплавы

Жаропрочные стали могут быть изготовлены из никеля с содержанием его в соотношении 55%. Также возможно применение никеля с железом (65%). Такой состав повышает жаропрочность и делает сплав более прочным. В качестве легирующего компонента выступает хром, который находится в соотношении не более 23%.

Наиболее популярны марки жаропрочной стали на основе никеля:

• ХН78Т.
• ХН60В.
• ХН78МТЮ.
• ХН67ВМТЮ.
• ХН77ТЮ.
• ХН70.
• ХН70МВТЮБ.

Некоторые виды марок используются для конкретных изделий:

• ХН35ВМТ, ХН35ВТ – роторы в качестве турбинного оборудования;
• ХН5ВМТЮ – детали газовых коммуникаций;
• ХН35ВТЮ – составные детали для компрессоров, например, диски;
• ХН5ВТР – некоторые детали конструкции турбины.

Жаропрочные марки стальных сплавов способы работать при повышенных температурах. В зависимости от состава сплава зависят их эксплуатационные характеристики. Легирующие компоненты придают прочность металлу, предел которой зависит от типа дополнительного вещества. В совокупности все показатели влияют на сферу применения изделий из жаропрочной стали. Некоторые марки используются только лишь в промышленных целях, а другие подходят для бытового применения.

Выбор марки стали для печей или бани

Жаропрочные стали для использования в домашних условиях значительно отличаются от промышленных вариантов. Для печи, например, следует подбирать сплавы, способные разогреваться до 500 градусов. Причем возможно применение различных вариантов сплавов в зависимости от используемого элемента конструкции. Марки стали, в том числе жаропрочной, для отдельных деталей печи:

• 08Х17Т, AISI430 – подойдут для отделения топки. Если возникнут трудности с приобретением этих марок, то их сможет заменить сталь Ст-10.
• 08ПС, 08Ю – используются для тепловых щитов.
• Ст-3 – подходит для печного корпуса.
• Большинство марок жаропрочной стали могут применяться для печного заслона. В некоторых случаях может использоваться чугун.

Для постройки банной печи используется сталь, в которой содержится хром не менее 12%. Важно учитывать толщину стального листа. Для подобной конструкции он должен быть 5 мм. Жаропрочная сталь применяется для оборудования, отапливающего большую площадь.

Заключение

Разновидностей жаропрочной стали множество. Каждый вид имеет свои особенности. Практически все легирующие компоненты помимо прочности придают металлу антикоррозийные свойства. Это значительным образом продлевает срок эксплуатации изделий. Однако процесс создания такой стали трудоемкий. Соответственно и расценки на материал будут значительно выше. Во многих случаях стоимость жаропрочных изделий оправдана. Ведь дополнительные компоненты могут придавать сплавам иные характеристики, например, электропроводность. В этом случае состав жаропрочной стали обеспечивает максимальную безопасность и надежность.

Сварка тонкого металла электродом – сложности, преимущества, выбор параметров инвертора и электродов, техника, рекомендации новичкам

Сваривание заготовок толщиной 2,5 мм и меньше зачастую осуществляется инверторным аппаратом. Однако применять правила и техники, характерные для толстостенных деталей, при этом нельзя – изделие можно просто прожечь насквозь. Поэтому разберем, какие особенности, трудности и преимущества имеет сварка тонкого металла электродом с помощью инвертора, как правильно подобрать рабочие характеристики оборудования и инструмента, какие вариации техники при этом могут применяться, а также что нужно учесть начинающему сварщику.

Особенности

Правила, по которым осуществляется сварка тонкого металла посредством инверторного аппарата, существенно отличаются от рекомендуемых для толстостенных изделий. В первую очередь учитываются сложности, вызванные спецификой поведения металла под действием электротехнических сил. Однако у технологии есть и свои плюсы. Разберем эти нюансы более детально.

Сложности

При сварном соединении инвертором двух металлических заготовок толщиной 2-3 мм и меньше, возникает следующий ряд специфических трудностей:

• Тонкое металлическое изделие прогорает при перегреве. По этой причине процедура стыковки должна проводиться как можно скорее, но без нарушения качества. При длительной обработке заготовка если не прогорит, то искривится. Поэтому электрод должен проводиться исключительно по направлению шва – без малейших отклонений.
• Параметры силы тока должны иметь минимальное значение. Как следствие, дуга становится короткой. Малейшее увеличение расстояния приводит к ее погасанию. В некоторых случаях она может долго не разжигаться. Под такие условия подбирается сварочный аппарат с показателем холостого напряжения не менее 70 вольт и возможностью постепенного изменения силы тока, начиная с 10 ампер.

• Искривление при чрезмерном нагреве. Малейшее увеличение температуры приведет к искривлению листа. Лучший способ не допустить этого – максимально тщательно выбирать параметры сварки и контролировать степень накала. Кроме того, если ситуация позволяет, то применяются специальные термоотводящие материалы, аккуратно подкладываемые снизу шва.
• Непровары на лицевой и наплывы с обратной стороны. Этими дефектами часто характеризуется сварка тонкого металла инвертором для начинающих. Если все выше приведенные недостатки можно в той или иной степени нивелировать правильным подбором параметров, условий и инструмента, то эти два полностью зависят от навыка мастера. Не проваренные или пропущенные места часто являются следствием спешки сварщика, наплывы – напротив, чрезмерного старания. В обоих случаях нужно корректировать технику.

Важно! Для получения качественного сварного шва соединение краев заготовок должно быть как можно более плотным – без малейшего зазора. Для этого перед сваркой их тщательно освобождают от ржавчины, зачищают и при необходимости подравнивают.

Преимущества

Инверторная сварка – наилучший, современный и доступный способ, как варить тонкий металл. При соблюдении всех условий технологии шов получается весьма качественным, прочным, герметичным, долговечным, незаметным при последующей доработке и нанесении покрытия. С его помощью допустимо сваривать тонкостенные конструкции различного назначения – к примеру, автомобильные кузова и детали, емкости, трубы. Единственный общий недостаток инверторных сварочных технологий – нестабильность при отрицательной температуре окружающей среды.

Сварка оцинковки

Существует единственный способ, как варить тонкий металл электродом 3 мм, когда заготовки покрыты слоем цинка, это инверторная сварка с предварительной зачисткой поверхностного слоя в месте стыковки. Процедура выполняется несколькими методами:

• Механическим. Для этой цели применяются шлифовальные машинки, абразивные круги, щетки со стальной щетиной, наждачная бумага.
• Термообработка сваркой. Цинковое наслоение выжигается двойным проходом электрода вдоль всей траектории шва с обязательной последующей отбивкой образуемого шлака.

Другой особенностью сварки оцинкованных изделий является необходимость создания двойного шва:

1. Первый проход выполняется рутиловым электродом с наименьшей амплитудой.
2. Второй проход финишный, облицовочный. Осуществляется основным электродом с шириной шва, равным 3-х-кратному диаметру инструмента.

Обратите внимание! Удаление оцинковки электросварочным способом сопровождается повышением температуры металла в месте контакта с электродом почти до 1000 о С. При таких условиях цинк окисляется и испаряется, образуя токсичные пары в воздухе. Поэтому выполнять процедуру допустимо только в хорошо проветриваемом помещении или на улице.

Подбор параметров оборудования и инструмента

Только правильное соотношение параметров работы аппарата, применяемого инструмента и толщины самого материала позволяет качественно решить вопрос о том, как варить тонкий металл электродом. Как начинающие, так и опытные сварщики применяют следующие установленные закономерности:

Слой материала, мм	0,5	1	1,5	2	2,5
Диаметр электрода, мм	1	1,6-2	2	2-2,5	3
Сила тока, ампер	10-20	32-35	45-55	60-70	75-85

При этом сварка с помощью инвертора может проходить в двух вариантах по характеристикам выдаваемого аппаратом тока:

В первом случае вопрос о том, каким электродом варить металл 2 мм, решается путем подключения цепи способом обратной полярности. Это значит, что «минус» подсоединяется к заготовке, а «плюс» – к держателю. Такая схема приводит к смещению нагрева на инструмент, а не на металлическую деталь. Поэтому удается избежать прогорания, деформации и наплывов.

Второй вариант предполагает проведение сварочных работ с более низким значением силы тока, чем для толстостенных листов. При этом частота должна быть высокой. Стартовые показатели тока должны быть снижены минимум на 20-30%. Как вариант, опытные сварщики розжиг электрода осуществляют на болванке, встык расположенной к заготовке, а затем сразу переходят на рабочий шов.

Совет! Гарантией качества, аккуратности, долговечности сварного шва на тонкостенных деталях является применение малых токов. Однако максимально соответствовать таким параметрам может только электрод от 2 мм и тоньше. При этом он должен быть изготовленным из легко расплавляемого материала.

Варианты техники

Во всех без исключения случаях сварка тонкого металла инвертором должна осуществляться как можно скорее. Электрод проводится по прямой траектории только раз и без остановок. Параметры силы тока минимальны. Перед началом поверхность деталей обязательно подготавливаются:

• Уделяется внимание начальной геометрии. Если ее нужно сохранить неизменной, принимаются соответствующие меры – минимизируется нагрев, применяются зажимы.
• Края заготовок в местах соединения очищаются от следов коррозии, грязи, краски и т. п.
• Далее заготовки закрепляются или устанавливаются в необходимом положении – в соответствии с технологией.

По завершении подготовительных работ, когда заготовки закреплены, выполняют предварительные точечные сварочные прихваты – на расстоянии друг от друга не более 5-10 см. Это позволяет избежать многих негативных эффектов – прожига, наплывов, деформации.

Видео о том, как варить электродом металл 1 мм:

Есть две основные техники, как варить тонкий металл электродом 2 мм – это:

Первый вариант, как правило, применяется, когда края заготовок располагаются внахлест. Негативные эффекты, такие как, прожог, наплывы и искривления, либо минимизируются, либо вовсе не проявляются. Это дает возможность использовать большие параметры силы тока, диаметра электрода и меньшую скорость ведения шва.

Вторая технология используется для деталей с наименьшей толщиной при соединении встык. При этом характеристики силы тока, диаметра электрода используются минимальные, а скорость ведения шва – максимальная. Сварка в данном случае осуществляется короткими участками с примерно одинаковым шагом.

Рекомендация! При сваривании тонкостенных деталей встык для снижения предотвращения перегрева, и, как следствие, прогорания металла, с обратной стороны формируемого шва подлаживают медную подложку или проволоку. Благодаря высокой теплопроводности материал быстро отводит тепло и не допускает прожига заготовок.

Видео о правильном подборе силы тока при сварке тонкого металла:

Рекомендации начинающим

Есть несколько простых, но важных рекомендаций, как варить тонкий металл инвертором начинающим:

• Высокое качество шва гарантировано при тщательном его контроле со всех сторон во время проведения сварочных работ.
• Расстояние между электродом и деталью (дуговой зазор) должно быть равным электродному диаметру. При меньшем значении шов приобретет выпуклую форму, при большем – не проварится.
• Для визуального контроля расстояния между электродом и металлом необходимо ориентироваться на раскаленную область в месте контакта. Появление пятна красного цвета свидетельствует о процессе плавления – необходимого для сварного соединения.
• Для наиболее плотного соединения листов при сварке внахлест необходимо детали придавить грузом или зажать.
• Чем меньше расстояние между швами при точечной технике сварки, тем меньше искривление.
• Наилучший наклон электрода при сварке – от 45 до 90 градусов.

Полезная информация! Если стоит задача как можно меньшего нагрева, заготовки необходимо размещать в вертикальном положении. При этом угол касания электрода с металлом должен быть в рамках 30-40 град. Движение происходит только сверху вниз.

В этом видео показы основные трудности при варке тонкого металла:

Коротко о главном

Для получения ответа на вопрос о том, как сваривать тонкий металл инвертором, необходимо учесть ряд возникающих трудностей:

• Тонкий металл моментально прожигается при перегреве.
• Дуговой зазор маленький, так как сила тока, выдаваемая аппаратом, должна быть минимальна.
• Длинный шов и тонкая структура приводит к искривлению детали.
• Не проваренные участки и наплывы с обратной стороны соединения часто сопровождают работу неопытного сварщика.

При соблюдении всех нюансов и техники инвертор позволяет получить прочный, качественный, долговечный и незаметный шов. Однако для этого потребуется тщательно подбирать параметры работы оборудования и диаметр электрода – в соответствии с конкретной толщиной материала. При этом есть две основные техники – непрерывно для сварки внахлест и прерывно для стыкового соединения. Для успешного проведения сварочных работ начинающим сварщикам следует учесть рекомендации специалистов.

Все о жаропрочных и жаростойких сталях

Видов стали больше, чем может это показаться неспециалисту. Они делятся на категории и виды, и каждый вид может иметь еще и внутреннюю классификацию. Так, о жаростойких и жаропрочных сталях можно говорить долго, потому что только видов и марок этих металлов десятки. К слову, жаростойкость и жаропрочность совсем не одно и то же.

Характеристики

Стоит пробежаться по понятиям. Жаростойкостью называют устойчивость металлов и сплавов к газовой коррозии при повышенных температурных значениях. Другое название этого термина – окалиностойкость. Жаропрочностью же называется устойчивость металлов и сплавов к деформации пластического типа в условиях механических нагрузок и повышенной температуры. Требования к таким материалам прописаны в ГОСТ 5632-2014.

Базовые характеристики жаропрочности – ползучесть и длительная прочность. В первом случае речь идет о непрерывной деформации под постоянным напряжением. Ее характеристикой будет предел ползучести, которому свойственно условное растягивающее напряжение. При нем скорость и деформация ползучести достигнут заданной величины за определенное время. Если допуск дан именно по скорости, предел ползучести обозначится сигмой. Если задано удлинение, то в обозначении появятся три индекса – один про испытательную температуру, два других про деформацию и время.

Детали, которые должны работать годами, предел ползучести имеют с малой деформацией при длительном приложении нагрузки.

Другая характеристика жаропрочности – длительная прочность. Она характеризует сопротивление стали разрушению при долгом температурном воздействии. Под длительной прочностью понимают условное напряжение, под его действием сталь разрушится через какой-то временной промежуток. Теперь о жаростойкости. Уже говорилось, что жаростойкая сталь может выстоять против коррозионных деформаций поверхности в газовой среде. При этом температура должна быть выше 550 градусов. Сталь, как предполагается, работает в ненагруженном или слабонагруженном состоянии. Жаростойкость стали, если говорить иначе, это и сопротивление окислению.

Чтобы усилить этот показатель металла, его легируют. То есть включают в него специально подобранные добавки, которые изменяют состав и строение окалины. Например, в состав вводят хром или кремний, они лучше связываются с кислородом, чем железо. А потому в процессе окисления на поверхности появятся плотные оксиды на кремнии или на хроме. И тонкая образовавшаяся пленка не даст процессу окисления продлиться.

А вот определить химический состав жаростойких материалов – задача, потому что в учет пойдут не только легирующие добавки, но и различные примеси, и то, что может образовываться в результате реакций в процессе плавления. На показатели жаропрочности наиболее влияют титан и ниобий – они препятствуют интеркристаллической коррозии, хром – если его 13% и более, коррозия сплаву не страшна, а также закалка. Последняя может проводиться на воздухе или в воде: это усилит прочность нержавеющей стали и ее же ударное сопротивление.

Читайте также:

  
• Машины и технология обработки металлов давлением
  
• Из какого металла делают якоря
  
• Толщина металла крыла автомобиля
  
• Пропитка для металла от ржавчины
  
• Мини дисковые пилы по металлу