При какой температуре кипит сталь
Обновлено: 14.05.2024
Сталь — это сплав железа, к которому примешивают углерод. Её главная польза в строительстве — прочность, ведь это вещество длительное время сохраняет объем и форму. Все дело в том, что частицы тела находятся в положении равновесия. В этом случае сила притяжения и сила отталкивания между частицами являются равными. Частицы находятся в чётко обозначенном порядке.
Есть четыре вида этого материала: обычная, легированная, низколегированная, высоколегированная сталь. Они отличаются количеством добавок в своём составе. В обычной содержится малое количество, а дальше возрастает. Используют следующие добавки:
- Марганец.
- Никель.
- Хром.
- Ванадий.
- Молибден.
В чем заключается проблема
Конструкторы учитывают точку плавления нержавеющих сплавов, когда проектируют производства, связанные с высокими температурами и воздействием агрессивной среды. Рабочая t эксплуатации металла, разумеется, значительно ниже точки эвтектики (фазового перехода в жидкое состояние). Точка плавления одновременно является точкой кристаллизации, этот показатель важен при стерилизации вторичного металла, выделения отдельных компонентов.
При сварке металлоконструкций также полезно знать, при какой t под воздействием дуги образуется ванна расплава. Нагрев способен повлиять на состояние заготовок, приводят к возникновению внутренних напряжений.
Важный фактор, который влияет на точку эвтектики нержавеющих сплавов, это концентрация углерода. Чем выше % содержания элемента, тем ниже будет температура плавления. При увеличении доли легирования точка фазового перехода зависит от состава и соотношения легирующих компонентов. Железо в чистом виде относится к категории легкоплавких металлов, плавится при t выше, чем легированные нержавеющие стали. Компоненты, улучшающие потребительские свойства нержавейки, относятся к различным группам:
- легкоплавкие (натрий, калий, висмут, олово и другие);
- среднеплавкие (основные — алюминий, медь, кремний, кобальт);
- тугоплавкие (например, вольфрам, титан, ванадий).
Для высокотемпературных технологий конструкторы выбирают нержавеющие сплавы с заданными физическими характеристиками. Самой важной остается t плавления. Иногда металл прогревается до критической отметки. Сложности с определением показателя возникают из-за многокомпонентности нержавейки. В зависимости от содержания легирующих компонентов металл плавится при +1300…1500°C, разлет в 200 градусов слишком велик, чтобы не обращать на него внимание. Углеродистые стали варят при температуре +1600°C, но для отдельных марок нержавейки такой нагрев станет губительным.
Общее описание процесса
Чтобы понять, при какой температуре плавится сталь, нужно рассмотреть этот процесс более детально. Расплавление происходит при нагревании. Нагревать материал можно как снаружи, так и изнутри. Внешний нагрев осуществляется в термических печах. Для того чтобы расплавить сплав изнутри, используется резистивный нагрев. Принцип резистивного нагрева заключается в электросопротивлении, которым обладают любые материалы.
Вне зависимости от типа термического воздействия, в материалах происходят одинаковые изменения. За счет нагревания тепловые колебания молекул усиливаются, что приводит к структурным дефектам решетки. Такие изменения способствуют разрыву межатомных связей, в результате чего сплав переходит в жидкое состояние.
Что влияет на температуру плавления нержавейки
В табличных значениях, ГОСТах указывается t плавления чистых металлов, это постоянная величина. Теоретически температуру плавления нержавейки определить сложно, так как система металлов порой ведет себя непредсказуемо. В металловедении различают два понятия: расплава и кристаллизации. Нержавеющие сплавы кристаллизуются и переходят в жидкость не при фиксированной температуре, а в определенном диапазоне. Этот интервал рассчитывается по регламентированным методикам с учетом компонентного состава, свойств двухкомпонентных и трехкомпонентных систем.
В табличных значениях, ГОСТах указывается t плавления чистых металлов, это постоянная величина.
При производстве нержавеющих сплавов образуются сложные вещества, основу которого составляет железо. В чистом виде этот химический элемент плавится при +1539°C, когда присутствуют примеси, t плавления повышается или понижается в зависимости от состава сплава. Необходимо отметить, что основным компонентом нержавейки остается Fe, но температура фазового перехода существенно меняется, когда в нержавеющем сплаве имеются другие металлы.
Как влияют определенные легирующие добавки на физические свойства железа:
- снижают точку фазового перехода примеси углерода, фосфора, серы, кремния;
- алюминий снижает только в двухкомпонентных системах, при незначительных концентрациях не влияет;
- хром снижает, если в нержавеющем сплаве содержится до 23% этого металла, при большей концентрации хрома сталь необходимо нагревать сильнее, ликвидус повышается (хром часто вводится совместно с никелем, присутствует в жаропрочных марочных сталях);
- молибден легкоплавкий, нержавеющие стали с этим металлом расплавить легче;
- вольфрам – тугоплавкий, по степени влияния на ликвидус схож с титаном, используется в жаропрочных и термически устойчивых сплавах, оба металла значительно повышают жаропрочность нержавейки (ванадий и титан нередко вводят вместе);
- никель в концентрациях, используемых для легирования, снижает температуру фазового перехода.
Разделение металлов
В зависимости от температуры плавления металлы делятся на:
. Это цинк, свинец, виснут, олово.
. Это золото, медь, алюминий, магний, железо, никель и большая половина всех элементов.
, чтобы сделать металл жидким. Сюда относятся хром, вольфрам, молибден, титан.
В зависимости от температуры плавления выбирают и плавильный аппарат. Чем выше показатель, тем прочнее он должен быть. Узнать температуру нужного вам элемента можно из таблицы.
Еще одной немаловажной величиной является температура кипения. Это величина, при которой начинается процесс кипения жидкостей, она соответствует температуре насыщенного пара, который образуется над плоской поверхностью кипящей жидкости. Обычно она почти в два раза больше, чем температура плавления.
Обе величины принято приводить при нормальном давлении. Между собой они прямопропорциональны.
- Увеличивается давление — увеличится величина плавления.
- Уменьшается давление — уменьшается величина плавления.
Таблица легкоплавких металлов и сплавов (до 600С
| Название элемента | Латинское обозначение | Температуры | |
| Плавления | Кипения | ||
| Олово | Sn | 232 С о | 2600 С о |
| Свинец | Pb | 327 С о | 1750 С о |
| Цинк | Zn | 420 С о | 907 С о |
| Калий | K | 63,6 С о | 759 С о |
| Натрий | Na | 97,8 С о | 883 С о |
| Ртуть | Hg | — 38,9 С о | 356.73 С о |
| Цезий | Cs | 28,4 С о | 667.5 С о |
| Висмут | Bi | 271,4 С о | 1564 С о |
| Палладий | Pd | 327,5 С о | 1749 С о |
| Полоний | Po | 254 С о | 962 С о |
| Кадмий | Cd | 321,07 С о | 767 С о |
| Рубидий | Rb | 39,3 С о | 688 С о |
| Галлий | Ga | 29,76 С о | 2204 С о |
| Индий | In | 156,6 С о | 2072 С о |
| Таллий | Tl | 304 С о | 1473 С о |
| Литий | Li | 18,05 С о | 1342 С о |
Таблица среднеплавких металлов и сплавов (от 600С
Таблица тугоплавких металлов и сплавов (свыше 1600С
Какая температура плавления нержавеющей стали
Нержавейка относится к разряду среднеплавких сталей. Существуют таблицы, в которых указывается интервал ликвидуса (полного расплавления). Дается диапазон, в пределах которого происходит фазовое превращение. Точную температуру плавления нержавеющей стали можно установить только экспериментальным путем. Если говорить об стальных сплавах, обладающих устойчивостью к коррозии, они плавятся при нагреве свыше +1300°С, самые популярные – свыше +1450°С, самые термически устойчивые становятся жидкими при +1520°С.
Точную температуру плавления нержавеющей стали можно установить только экспериментальным путем.
Необходимо учитывать, что по стандарту при плавке допускаются небольшие отклонения химического состава марочных сталей. Изменение концентрации легирующих металлов влияет на показатель. Например, стали для отливок Х28Л и Х34Л плавятся при +1350°С, а жаропрочная высоколегированная 40Х10С2М при +1440°С.
В справочниках можно найти ориентировочные значения ликвидуса, полученные расчетным путем, исходя из химического состава стали. Обычно металлургические предприятия в открытый доступ выкладывают подобную справочную информацию, на сайтах компаний можно найти таблицу с t плавления выпускаемых сталей, чтобы потребители знали пределы использования нержавеющих металлоизделий, температуру фазового перехода из твердого состояния в жидкое при нормальном давлении.
Классификация сплавов
Первый параметр классификации сплавов — это жаропрочность, то есть способность материала выдерживать механические деформации при высоких температурах, без деформации.
Во-вторых, это жаростойкость (окалиностойкость). Способность материала противостоять газовой коррозии при высоких температурах. При описании процессов до шестисот градусов Цельсия используется термин «теплоустойчивость».
Одной из основных характеристик является предел ползучести. Это напряжение, при котором деформация материала за определённый период достигает заданной величины. Время деформации является сроком службы детали или конструкции.
Для каждого материала установлена максимальная величина пластической деформации. К примеру, у лопаток паровых турбин эти деформации должны быть не больше 1% за 10 лет. Лопатки газовых турбин — не больше 1−2% за 500 часов. Трубы паровых котлов, работающих под давлением не должны деформироваться больше чем на 1% за 100 000 часов работы.
По способу получения материала жаропрочные марки классифицируют следующим образом.
- Хромистые стали мартенситного класса: Х5, Х5М, Х5ВФ, 1Х8ВФ, 4Х8С2,1Х12Н2ВМФ.
- Хромистые стали мартенситно-ферритного класса: Х6СЮ, 1Х11МФ, 1Х12ВНМФ, 15Х12ВМФ, 18Х11МФБ, 1Х12В2МФ.
- Хромистые стали ферритного класса:1х12СЮ, 0Х13, Х14, Х17, Х18СЮ, Х25Е, Х28.
- Стали аустенито-мартенситного и аустенито-ферритного класса: 2Х13Н4Г9, Х15Н9Ю, Х17Н7Ю, 2Х17Н2, 0Х20Н14С2, Х20Н14С2.
- Стали аустенитного класса: 0Х18Н10, 0Х18Н11, 1Х18Н9, 0Х18Н12Т, 1Х18Н12Т.
Маркировка сталей разнится по ГОСТам и техническим условиям. В вышеприведённом списке применяется классификация ГОСТ 5632–61 , в которой легко проследить наличие легирующего элемента по буквам. Х — хром, В — ванадий, М — молибден. Например, шифр 09Г2С означает, что в сплаве присутствует 0,09% углерода, 2% марганца и кремний, которого меньше 1%. Цифра впереди показывает содержание углерода (без цифры — до одного процента). Цифра после буквы показывает содержание определённого легирующего элемента в процентах. При содержании какого-либо элемента менее одного процента цифры не ставятся.
Ещё одним нормативным документом служит ГОСТ 5632–61 , с применением специальных обозначений. Для того чтобы быстро соотносить разные ГОСТы и Технические Условия можно воспользоваться соответствующим справочником или сортаментом отдельных выпусков.
По ГОСТ 5632–61 сплавы классифицируются следющим образом:
- Стали аустенитного класса с высоким содержание хрома: ЭИ813 (1Х25Н25ТР), ЭИ835, ЭИ417.
- Стали с карбидным уплотнением: ЭИ69, ЭИ481, ЭИ590, ЭИ388, ЭИ572.
- Стали сложнолегированные повышенной жаропрочности аустенитного класса: ЭИ694Р, ЭИ695, ЭП17, ЭИ726, ЭИ680, ЭП184.
- Стали с интерметаллидным упрочнением аустенитного класса: ЭИ696, ЭП33, ЭИ786, ЭИ 612, ЭИ787, ЭП192, ЭП105, ЭП284.
За рубежом применяется своя классификация материалов. Например, AISI 309, AISI 310S.
Достоинства и недостатки
Свойства жаропрочных сталей делают незаменимым этот материал в таких сферах, как ракетостроение и космическая отрасль, сложное двигателестроение, авиапромышленность, производство ключевых элементов газовых турбин и многих других. Их доля в прокате высокотехнологичной стали достигает 50%. Некоторые сплавы способны работать при температуре свыше 7000° С.
Этот сложный в производстве материал, изготовление которого невозможно без специального оборудования и квалифицированного персонала, имеет высокую себестоимость. Использование подобных сталей не может быть универсальным, поэтому для его эффективного применения необходимо наличие развитой научно-технической базы.
Марки нержавеющей стали
Прежде всего это ЭИ417 или 20Х23Н18 по ГОСТ 5632–61 . Аналог западноевропейских и американских производителей — известная AISI 310. Аустенитная сталь, изделия из которой востребованы для работы в среде с температурой, достигающей 1000 °C.
20Х25Н20С2, она же ЭИ283 — аустенитный сплав, устойчивый к температурам в 1200 о С и выше.
Низкоуглеродистые сплавы с содержанием хрома от 4 до 20% используется для производства листовой нержавеющей стали. Жаропрочная нержавейка по сортаменту выпускается холоднокатаной и горячекатаной, толстолистовой и тонколистовой.
Технология и применение
По структуре и способу получения специальные стали подразделяются на следующие: аустенитные, мартенситные, перлитные, мартенсито-ферритные. Мартенситные и аустенитные стали применяются, если температура достигает 450−700 о С и по объёму плавки занимают первое место.
С повышением температуры до 700−1000 о С используются никелевые сплавы, при ещё более высоких температурах необходимо включать в технологический процесс кобальтовые сплавы, графит, тугоплавкие металлы и термическую керамику.
Аустенитные — самые жаропрочные стали, которые используются, если температура среды достигает 600 о С. Основа легирования — хром и никель. Присадки Ti, Nb, Cr, Mo, W, Al.
Стали мартенситного класса предназначены для производства изделий, работающих при температуре в диапазоне 450−600 о С. Повышенная жаропрочность у мартенситных сталей достигается уменьшением (до 0.10−0.15%) содержания углерода и легированием хромом 10−12%, молибденом, ниобием, вольфрамом, либо средним (0,4%) содержанием углерода и легированием кремнием (до 2−3%) и хромом (в пределах 5−10%).
Применение специальных сталей и сплавов узконаправленное и наиболее эффективно в сложных областях производства. К примеру, жаропрочные стали марки 30Х12Н7С2 и 30Х13Н7С2С нашли широкое применение в современном двигателестроении. Марки 15ХМ и 12Х12ВНМФ — в производстве котлов и сосудов под давлением. Марка стали ХН70ВМТЮ идёт на производство лопаток газовых турбин, а 08Х17Т используется при изготовлении топочных элементов печей. К жаропрочным также относится нержавеющая сталь.
Рабочая температура нержавеющей стали, температура применения жаропрочных сталей и сплавов
Представлены таблицы значений максимальной рабочей температуры стали (нержавеющей, жаропрочной и жаростойкой) распространенных марок при различных сроках эксплуатации. Указана также температура, при которой сталь начинает интенсивно окисляться на воздухе.
Таблицы позволяют подобрать необходимую марку нержавеющей стали или сплава на железоникелевой основе под определенные условия эксплуатации и заданный срок службы.
В первой таблице приведена рабочая температура (максимальная температура применения) нержавеющих сталей и сплавов на железоникелевой и никелевой основах, предназначенных для работы в окислительной среде от 50 до 100 тысяч часов.
По данным таблицы видно, что при сверхдлительной эксплуатации максимальная рабочая температура рассмотренных марок стали не превышает 850°С (нержавеющая сталь 05ХН32Т), а «запас» до температуры интенсивного окалинообразования составляет от 200 до 500 градусов.
| Марка стали или сплава | Максимальная температура применения, °С | Температура начала интенсивного окалинообразования на воздухе, °С |
|---|---|---|
| 05ХН32Т (ЭП670) | 850 | 1000 |
| 08Х15Н24В4ТР (ЭП164) | 700 | 900 |
| 08Х16Н13М2Б (ЭИ680) | 600 | 850 |
| 09X16Н4Б (ЭП56) | 650 | 850 |
| 09Х14Н19В2БР (ЭИ695Р) | 700 | 850 |
| 09Х14Н19В2БР1 (ЭИ726) | 700 | 850 |
| 09Х16Н15М3Б (ЭИ847) | 350 | 850 |
| 12X13 | 550 | 750 |
| 12Х18Н10Т | 600 | 850 |
| 12Х18Н12Т | 600 | 850 |
| 12Х18Н9Т | 600 | 850 |
| 12ХН35ВТ (ЭИ612) | 650 | 850…900 |
| 13Х14Н3В2ФР (ЭИ736) | 550 | 750 |
| 15Х11МФ | 580 | 750 |
| 16X11Н2В2МФ (ЭИ962А) | 500 | 750 |
| 18Х11МНФБ (ЭП291) | 600 | 750 |
| 18Х12ВМБФР (ЭИ993) | 500 | 750 |
| 20Х12ВНМФ (ЭП428) | 600 | 750 |
| 20Х13 | 500 | 750 |
| 31Х19Н9МВБТ (ЭИ572) | 600 | 800 |
| 55Х20Г9АН4 (ЭП303) | 600 | 750 |
| ХН65ВМТЮ (ЭИ893) | 800 | 1000 |
| ХН70ВМЮТ (ЭИ765) | 750 | 1000 |
| ХН80ТБЮ (ЭИ607) | 700 | 1050 |
Во второй таблице представлена максимальная рабочая температура стали при длительной эксплуатации длительностью до 10 тысяч часов. По значениям температуры в таблице видно, что при менее длительном применении стали возможно увеличение ее рабочей температуры. При этом «запас» до температуры интенсивного окалинообразования уменьшается.
Например, максимальная рабочая температура нержавеющей стали 12Х18Н9Т при длительной эксплуатации на 200 градусов выше, чем при сверхдлительной. Эта сталь может применяться при температуре до 800°С в течении 10 тысяч часов.
Максимальная рабочая температура из приведенных в таблице марок соответствует стали 10ХН45Ю — она может использоваться при 1250…1300°С.
| Марка стали или сплава | Максимальная температура применения, °С | Температура начала интенсивного окалинообразования на воздухе, °С |
|---|---|---|
| 03X21Н32М3Б (ЧС33) | 550…750 | — |
| 03X21Н32М3БУ (ЧС33У) | 550…750 | — |
| 05Х12Н2М | 550 | — |
| 07Х15Н30В5М2 (ЧС81) | 850 | — |
| 08Х16Н11М3 | 600 | — |
| 08X18Н10 | 800 | 850 |
| 08Х18Н10Т (ЭИ914) | 800 | 850 |
| 09X18Н9 | 550 | — |
| 10Х18Н9 | 550 | — |
| 10Х23Н18 | 1000 | 1050 |
| 10ХН45Ю (ЭП747) | 1250…1300 | — |
| 11Х11Н2В2МФ (ЭИ962) | 600 | 750 |
| 12Х18Н9 | 800 | 850 |
| 12Х18Н9Т | 800 | 850 |
| 12Х18Н10Т | 800 | 850 |
| 12Х18Н12Т | 800 | 850 |
| 12Х25Н16Г7АР (ЭИ835) | 1050 | 1100 |
| 12ХН38ВТ (ЭИ703) | 1000 | 1050 |
| 13Х11Н2В2МФ (ЭИ961) | 600 | 750 |
| 14Х17Н2 (ЭИ268) | 400 | 800 |
| 15Х12ВНМФ (ЭИ802) | 780 | 950 |
| 16X11Н2В2МФ (ЭИ962А) | 600 | 750 |
| 20Х23Н13 (ЭИ319) | 1000 | 1050 |
| 20Х23Н18 (ЭИ417) | 1000 | 1050 |
| 20Х25Н20С2 (ЭИ283) | 1050 | 1100 |
| 36Х18Н25С2 | 1000 | 1100 |
| 37Х12Н8Г8МФБ (ЭИ481) | 630 | 750 |
| 40Х9С2 | 650 | 850 |
| 40X10С2М (ЭИ107) | 650 | 850 |
| 45Х14Н14В2М (ЭИ69) | 650 | 850 |
| 45Х22Н4М3 (ЭП48) | 850 | 950 |
| ХН33КВЮ (ВЖ145, ЭК102) | 1100 | — |
| ХН45МВТЮБР (ВЖ105, ЭП718) | 700 | — |
| ХН54К15МБЮВТ (ВЖ175) | 750 | — |
| ХН55К15МБЮВТ (ЭК151) | 750 | — |
| ХН55МВЦ (ЧС57) | 950 | — |
| ХН55МВЦУ (ЧС57У) | 950 | — |
| ХН56К16МБВЮТ (ВЖ172) | 900 | — |
| ХН56КМЮБВТ (ЭК79) | 750 | — |
| ХН58МБЮ (ВЖ159, ЭК171) | 1000 | — |
| ХН59КВЮМБТ (ЭП975) | 850 | — |
| ХН60ВТ (ЭИ868, ВЖ98) | 1000 | 1100 |
| ХН60Ю (ЭИ559А) | 1200 | 1250 |
| ХН62БМКТЮ (ЭП742) | 750 | — |
| ХН62ВМЮТ (ЭП708) | 900 | — |
| ХН62МВКЮ (ЭИ867) | 800 | 1080 |
| ХН67МВТЮ (ЭП202) | 800 | 1000 |
| ХН68ВМТЮК (ЭП693) | 950 | — |
| ХН69МБЮТВР (ВЖ136, ЭК100) | 650 | — |
| ХН70ВМТЮ (ЭИ617) | 850 | 1000 |
| ХН70ВМТЮФ (ЭИ826) | 850 | 1050 |
| ХН70Ю (ЭИ652) | 1100 | 1250 |
| ХН73МБТЮ (ЭИ698) | 700 | 1000 |
| ХН75ВМЮ (ЭИ827) | 800 | 1080 |
| ХН75МБТЮ (ЭИ602) | 1050 | 1100 |
| ХН78Т (ЭИ435) | 1100 | 1150 |
В третьей таблице указана максимальная рабочая температура нержавеющей стали при кратковременной эксплуатации (до 1000 часов). При таких сроках эксплуатации сталь и жаропрочные сплавы могут иметь рабочую температуру на 50…100 градусов выше, чем при длительной работе (до 10 тыс. часов).
Например, жаропрочный сплав ХН62МВКЮ при кратковременной эксплуатации может применяться при температурах до 900°С, а при длительной эксплуатации — только до 800°С.
Температура кипения и плавления металлов. Температура плавления стали
В таблице представлена температура плавления металлов tпл, их температура кипения tк при атмосферном давлении, плотность металлов ρ при 25°С и теплопроводность λ при 27°С.
Температура плавления металлов, а также их плотность и теплопроводность приведены в таблице для следующих металлов: актиний Ac, серебро Ag, алюминий Al, золото Au, барий Ba, берилий Be, висмут Bi, кальций Ca, кадмий Cd, кобальт Co, хром Cr, цезий Cs, медь Cu, железо Fe, галлий Ga, гафний Hf, ртуть Hg, индий In, иридий Ir, калий K, литий Li, магний Mg, марганец Mn, молибден Mo, натрий Na, ниобий Nb, никель Ni, нептуний Np, осмий Os, протактиний Pa, свинец Pb, палладий Pd, полоний Po, платина Pt, плутоний Pu, радий Ra, рубидий Pb, рений Re, родий Rh, рутений Ru, сурьма Sb, олово Sn, стронций Sr, тантал Ta, технеций Tc, торий Th, титан Ti, таллий Tl, уран U, ванадий V, вольфрам W, цинк Zn, цирконий Zr.
По данным таблицы видно, что температура плавления металлов изменяется в широком диапазоне (от -38,83°С у ртути до 3422°С у вольфрама). Низкой положительной температурой плавления обладают такие металлы, как литий (18,05°С), цезий (28,44°С), рубидий (39,3°С) и другие щелочные металлы.
Наиболее тугоплавкими являются следующие металлы: гафний, иридий, молибден, ниобий, осмий, рений, рутений, тантал, технеций, вольфрам. Температура плавления этих металлов выше 2000°С.
Приведем примеры температуры плавления металлов, широко применяемых в промышленности и в быту:
- температура плавления алюминия 660,32 °С;
- температура плавления меди 1084,62 °С;
- температура плавления свинца 327,46 °С;
- температура плавления золота 1064,18 °С;
- температура плавления олова 231,93 °С;
- температура плавления серебра 961,78 °С;
- температура плавления ртути -38,83°С.
Максимальной температурой кипения из металлов, представленных в таблице, обладает рений Re — она составляет 5596°С. Также высокими температурами кипения обладают металлы, относящиеся к группе с высокой температурой плавления.
Плотность металлов в таблице находится в диапазоне от 0,534 до 22,59 г/см 3 , то есть самым легким металлом является литий, а самым тяжелым металлом осмий. Следует отметить, что осмий имеет плотность большую, чем плотность урана и даже плутония при комнатной температуре.
Теплопроводность металлов в таблице изменяется от 6,3 до 427 Вт/(м·град), таким образом хуже всего проводит тепло такой металл, как нептуний, а лучшим теплопроводящим металлом является серебро.
Температура плавления стали
Представлена таблица значений температуры плавления стали распространенных марок. Рассмотрены стали для отливок, конструкционные, жаропрочные, углеродистые и другие классы сталей.
Температура плавления стали находится в диапазоне от 1350 до 1535°С. Стали в таблице расположены в порядке возрастания их температуры плавления.
Какую сталь называют кипящей и где ее используют?
С понятием «кипящая сталь» сталкиваются преимущественно люди, напрямую связанные с металлургической промышленностью. Ее марки и применение четко обозначены нормативными документами, а технология производства имеет свои особенности. Разобраться в том, что это такое, какие стали называют кипящими, чем они отличаются от спокойных, поможет подробный обзор основных характеристик материала.
Что это такое?
Кипящая сталь — разновидность низкоуглеродистого металла, приобретающая на выходе из металлургической печи состояние слабого раскисления. Ее называют именно так потому, что химические реакции в сплаве продолжаются даже в процессе затвердевания, при отливе слитков в формах. Углерод под влиянием растворенного в металле кислорода окисляется. Внешне процесс напоминает кипение, сопровождающееся выделением пузырей.
Этот вид стали сохраняет свою популярность преимущественно благодаря дешевизне производства. Кроме того, кипящая сталь пластична, в составе отсутствуют или сведены к минимуму неметаллические включения.
Кипящая сталь отличается от спокойной и полуспокойной степенью раскисления материала. Она считается наиболее загрязненной газами, имеет неоднородную структуру. Углерод и плохие примеси скапливаются преимущественно в головной части слитка, поэтому до 5% от его массы удаляется. В совокупности эти недостатки делают материал непригодным для производства изделий ответственного назначения.
Спокойная сталь уже прошла процесс раскисления. Структура слитков однородная и плотная, способна выдерживать значительные ударные нагрузки. Подходит для соединения методом сваривания.
Характеристики и свойства
Кипящая сталь за счет содержания загрязняющих примесей имеет сниженные эксплуатационные свойства. Содержание серы и фосфора в составе может достигать 5%. Доля кремния в общем объеме не превышает 0,07%. Основные характеристики материала таковы:
подверженность деформационному старению;
склонность к расслоению по местам соединения пузырей;
морозостойкость до -20 градусов по Цельсию;
неустойчивость к влиянию пульсирующих и динамических нагрузок;
термостойкость до 100 градусов.
Свойства материала определяются его составом, продолжительностью кипения. Металл хрупкий, плохо поддается соединению сварным способом. Коррозионные процессы в нем протекают более интенсивно, чем в других углеродистых сплавах. Металл производится без использования сильных раскислителей, образующиеся в ходе кипения газообразные среды — CO, метан, водород и азот.
Затвердевший слиток имеет структуру, состоящую из 5 зон.
Сердцевина. В ней находятся глубинные пузыри.
Зона образования вторичных воздушных пустот.
Область скопления сотовых пузырей с вытянутой оболочкой.
Наружная жесткая оболочка. В качественно отлитом металле эта корка получается очень толстой и плотной. При прокатке такой стали скопление пузырей под ней не вскрывается.
Кипящая сталь может быть закупоренной. В таком случае слиток при помещении в изложницу дополнительно подвергается закупориванию чугунной крышкой или покрывается присадками на основе ферросилиция, алюминия.
При такой технологии производства твердение верхней части происходит быстрее, а количество воздушных пузырей в структуре сокращается.
Марки
Стандартная маркировка кипящих сталей обозначается литерами «кп». К ним относят материалы, произведенные по стандарту ГОСТ 380-2005 или ГОСТ 1050-88. Содержание углерода в них обычно превышает 0,15%.
Сюда входят следующие марки.
05кп. Для нее характерно содержание углерода в пределах 0,06%, кремния 0,03%, хрома до 0,10% и марганца 0,40%. Не годится для применения в модернизации и создании техники.
- 08кп. Сталь с содержанием углерода 0,05-0,11%, включением хрома в количестве 0,10%, марганца в диапазоне 0,25-0,50% и кремния до 0,03%.
- 10кп. Здесь на хром приходится доля в 0,15%, на углерод – 0,07-0,14%, включения кремния занимают не более 0,07%.
- 11кп. От других сталей этой группы ее отличает содержание углерода в диапазоне 0,05-0,12%. Включения кремния допускаются в количестве не более 0,06%. Содержание хрома достигает 0,15%.
- 15кп. Сталь с повышенным до 0,12-0,19% содержанием углерода и легированием хромом в объеме 0,25%.
- 18кп. У этого материала углерод в составе занимает 0,12-0,20%, количество хрома снижено до 0,15%.
- 20кп. Самая высокоуглеродистая из своей группы марка. Содержит это вещество в диапазоне 0,17-0,24%.
Количество серы в любой из указанных марок нормировано в пределах 0,040%, фосфора – 0,035%. В 11кп и 18кп присутствует остаточное содержание меди в объеме 0,20%. В большинстве случаев материал относится к группе обыкновенного качества.
А также в число кипящих входят строительные стали марок Ст2пс (сп/кп), Ст3кп, Ст4кп.
Применение
Кипящая сталь в слитках используется для последующего изготовления изделий, не имеющих ответственного назначения. А также из нее производят металлопрокат рядового назначения в:
плитах небольшой толщины.
Не подходит этот вид низкоуглеродистых сталей для применения в изделиях, подвергающихся воздействию температур ниже -20 и выше +100 градусов по Цельсию. Запрещено применять его в аппаратах, работающих с взрывоопасными и пожароопасными веществами, в том числе токсичными или представляющими собой сжиженный газ.
Исключается использование кипящей стали в деталях и креплениях котлов. Все ограничения связаны со склонностью металла к расслоению, растрескиванию.
Температура плавления чугуна
Чугун представляет собой сплав железа, в котором концентрация углерода составляет более 2%. Кроме того, здесь могут присутствовать различные вещества в виде серы, фосфора, марганца и других добавок. Именно поэтому материал делится на множество видов, которые определяют температуру плавления и особенности нагревания. Наиболее известной маркой на сегодняшний день является литейный чугун, который от других разновидностей отличается не только текстурой и назначением, но и температурой плавления.
От чего зависит и на что влияет?
Температура плавления чугуна зависит не только от его характеристик и свойств, но и от примесей и различных химических элементов. Среди основных добавок можно отметить следующие.
Магний. Он дает возможность создавать шаровидные зёрна в материале, что способствует увеличению прочностных характеристик и твердости заготовки. Именно поэтому чугун с высокой концентрацией магния плавится намного дольше, и для этого необходимы высокие температуры.
Марганец, который способствует замедлению графитизации. Это также увеличивает стойкость материала к воздействию огня, что приводит к необходимости создавать высокие температуры для плавления чугуна.
Фосфор. При добавлении большого количества фосфора в сплав удаётся в значительной степени улучшить стойкость к износу и прочность материала, благодаря чему расплавить его не так уж и легко.
Показатели для разных видов
В зависимости от того, какой именно чугун используется, может меняться его температура плавления. Вне зависимости от разновидности, этот материал может похвастаться своими замечательными литейными свойствами, а также отличной жидкотекучестью. Именно это выделяет этот материал на фоне стали и других подобных металлов, существенно упрощая процесс его обработки плавления. Одним из наиболее популярных на сегодняшний день является именно литейный чугун, температура плавления которого составляет около 1000 градусов. В большинстве случаев сварка производится при помощи флюса, который может использоваться в виде обычной пасты.
Намного выше температура плавления чугуна, в котором есть частицы графита. Наличие подобных компонентов усиливает стойкость материала к высоким температурам, поэтому для плавления понадобится не менее чем 1500 градусов.
Отдельного внимания также заслуживает полусинтетический чугун, который может плавиться только в результате плавления шихты. Диапазон температуры также составляет около 1400-1500 градусов, а сам процесс позволяет создавать шлаковые покровы и плавка.
Белый чугун плавится намного легче, так как отличается особой формой углерода, представленной в виде карбида. Это делает материал довольно хрупким и легким в обработке, поэтому его практически не используют в промышленности без каких-либо примесей.
Серый чугун более сложен в обработке, так как он насыщается углеродом, способствующим усилению прочностных характеристик материала. А наиболее сложным в плавлении является ковкий чугун, который может похвастаться наличием графитовых зерен. В результате получается высокопрочный материал, для плавления которого необходима температура в 2000 градусов и более.
Сравнение с температурой плавления других материалов
Такие материалы, как алюминий и медь, плавятся при более низких температурах, чем чугун, а вот со сталью дела обстоят немного иначе. Сталь представляет собой более прочный и стойкий к высоким температурам материал, поэтому и условия для его плавления совсем другие. Если для чугуна достаточно температуры в 1000 градусов, то для стали этот показатель увеличивается до 2500 градусов. Кроме того, на рынке можно найти разновидности материала, который включает в себя множество добавок для усиления прочностных характеристик стали, что приводит к необходимости создавать температурные режимы в 3000 градусов и выше.
Что касается алюминия и меди, то для их плавления достаточно 800 градусов, что стало возможным благодаря их способности быстро окисляться и минимальным прочностным характеристикам.
Таким образом, чугун в основном плавится при температурах выше 1000 градусов, а точно температурный режим подбирается в зависимости от разновидности этого металла, наличия добавок и условий эксплуатации.
Читайте также: