Большая Энциклопедия Нефти и Газа. Специальный вид стали

5.2. Стали со специальными свойствами

Коррозионностойкие (нержавеющие) стали. Коррозией называется разрушение металла под действием внешней агрессивной среды в результате ее химического или электрохимического воздействия. Различают химическую коррозию, обусловленную воздействием на металл - сухих газов и неэлектролитов (например, нефтепродуктов) и электрохимическую, возникающую под действием жидких электролитов или влажного воздуха. По характеру коррозионного разрушения различают Сплошную и местную коррозию. Сплошная коррозия захватывает всю поверхность металла. Ее делят на равномерную и неравномерную в зависимости от того, одинаковая ли глубина коррозионного разрушения на разных участках. При местной коррозии поражения локальны. В зависимости от степени локализации различают пятнистую, язвенную, точечную, межкристаллитную и др. виды местной коррозии.

Самый надежный способ защиты от коррозии — применение коррозионностойких сталей. Коррозионная стойкость достигается, при введении в сталь элементов, образующих на ее поверхности тонкие и прочные оксидные пленки. Наилучший из этих элементов — хром. При введении в сталь 12-14% хрома она становится устойчивой против коррозии в атмосфере, воде, ряде кислот, щелочей и солей. Стали, содержащие меньшее количество хрома, подвержены коррозииточно так же, как и углеродистые стали. В технике применяют хромистые и хромоникелевые коррозионностойкие стали.

Хромистые коррозионностойкие стали могут содержать 13, 17 или 25-27% хрома. Стали марок 08X13, 12X13, 20X13 подвергаются закалке от 1000°C и отпуску при 600-700°С. Их применяют для изготовления деталей с повышенной пластичностью, работающих в слабоагрессивных средах. Стали 30X13, 40X13 подвергаются закалке и отпуску при 200-300°С. Из них изготавливают режущий, мерительный и хирургический инструмент.

Стали 12X17, 15X28 имеют более высокую коррозионную стойкость. Подвергаются отжигу при температуре 700-780°С. Используются для оборудования заводов легкой и пищевой промышленности, труб, работающих в агрессивных средах, для кухонной посуды.';

Хромоникелевые стали склонны к межкристаллитной коррозии. Она быстро распространяется по границам зерен без заметных внешних признаков. Это происходит вследствие образования карбидов хрома по границам зерен, что приводит к уменьшению содержания хрома в поверхностном слое зерна. Чтобы карбиды хрома не образовывались, надо либо использовать стали с пониженным содержанием углерода (до 0,04%), либо дополнительно легировать сталь титаном, связывающим углерод в карбид титана.

Используются хромоникелевые стали в пищевой и химической промышленности, в холодильной технике. Поскольку никель дорогостоящий элемент, иногда его частично заменяют марганцем и используют сталь 10Х14Г14Н4Т.

Другие методы защиты от коррозии. Распространенным средством защиты от коррозии является нанесение на защищаемый металл различных покрытий. Металлические покрытия наносятся различными способами. При погружении в расплавленный металл поверхность изделия покрывается тонким и плотным слоем, затвердевающим после извлечения изделия. Этот способ применяется для нанесения покрытий цинком, оловом, свинцом и алюминием, температура плавления которых ниже, чем у защищаемого металла. При диффузионной металлизации изделие засыпают порошками алюминия, хрома, цинка и выдерживают при высокой температуре. При напылении поверхность изделия покрывают слоем расплавленного металла (цинка, алюминия, кадмия и др.) с помощью воздушной струи. При плакировании защищаемый металл: подвергают совместной прокатке с защищающим (алюминием, титаном, нержавеющей сталью). Гальванический способ нанесения покрытий основан на осаждении под действием электрического тока тонкого слоя защитного металла (хрома, никеля, меди, кадмия) при погружении защищаемого изделия в раствор электролита.

Неметаллические покрытия подразделяются на лакокрасочныеи эмалевые, смоляные, покрытия пленочными полимерными материалами, резиной, смазочными материалами, керамические покрытия и др. Покрытия, получаемые химической и электрохимическойобработкой, превращают поверхностный слой изделия в химическое соединение, образующее сплошную защитную пленку. Наибольшее распространение имеют оксидные и фосфатные защитные пленки.Протекторная защита основана на подсоединении к защищаемому изделию протектора с более отрицательным электрохимическим потенциалом. В агрессивной среде протектор будет являтьсяанодом и разрушаться, а защищаемое изделие — катодом и разрушаться не будет.

Для уменьшения агрессивности окружающей среды в нее вводят добавки, называемые ингибиторами коррозии. Они значительно снижают скорость коррозии. Условием использования ингибиторов является эксплуатация изделия в замкнутой среде постоянного состава.

Жаростойкие и жаропрочные стали. Под жаростойкими сталями понимают стали, обладающие стойкостью против химического разрушения поверхности при высокой температуре (свыше 550°С). При нагреве стали происходит окисление поверхности и образуется оксидная пленка (окалина). Дальнейшее окисление определяется скоростью проникновения атомов кислорода через эту пленку. Через пленку оксидов железа они проникают очень легко. Для повышения жаростойкости сталь легируют элементами, образующими плотную пленку, через которую атомы кислорода не проникают. Эти элементы — хром, алюминий, кремний. Так как алюминий и кремний повышают хрупкость стали, чаще всего применяют хром. Чем больше его содержание, тем более жаропрочной является сталь. Сталь 15X5 выдерживает до 600°С, 40Х9С2 — до 800°С, рассмотренные ранее12X17 — до 900°С и 15X28 — до 1050°С.

Жаропрочные материалы способны противостоять механическим нагрузкам при высоких температурах. Жаропрочные стали классифицируются по структуре.

Перлитные стали содержат малое количество углерода, легируются хромом молибденом, ванадием (12ХМ, 12Х1МФ). Используют для изготовления труб, паропроводов и др. деталей, длительно работающих при температуре 500-550°С.

Мартенситные стали в большом количестве легированы хромом (15X1 1МФ, 15Х12ВНМФ). Они используются для деталей энергетического оборудования, длительно работающего при температуре 600-620°С. Особую группу мартенситных сталей составляют сильхромы, применяемые для клапанов двигателей внутреннего сгорания. Они дополнительно легированы кремнием (40Х9С2, 40X1ОС2М).

Аустенитные стали легированы большим количеством хрома и никеля, а также другими элементами (09Х14Н16Б, 09Х14Н19В2БР). Из этих сталей изготавливают детали газовых турбин, работающих при температуре 600-700°С.

Для работы при более высоких температурах (700-900°С) служат сплавы на основе никеля, называемые нимониками. Примером нимоника является сплав ХН77ТЮР, содержащий кроме никеля приблизительно 20% Сг, 2,5%Ti, 1% Аl.

Для работы при температурах свыше 1000°С используют тугоплавкие металлы и их сплавы. Это — хром, ниобий, молибден, тантал, вольфрам. Они используются в атомной энергетике и в космической технике.

Температуры 1500-1700°С выдерживают жаропрочные керамические материалы на основе карбида и нитрида кремния.

studfiles.net

Специальная сталь - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Специальная сталь

Cтраница 1

Специальные стали, обладающие чрезвычайно высокой механической прочностью и другими ценными качествами, характеризуются содержанием добавок никеля, вольфрама, молибдена и других металлов. Железо с очень высоким содержанием углерода, так называемый чугун, отличается высокой хрупкостью и чаще всего идет для отливок; чугун получается из железных руд в результате доменного процесса, с чем связана его относительная дешевизна, и затем уже идет в переработку на различные виды стали. [1]

Специальные стали, кроме обычных компонентов углеродистых сталей, содержат один или несколько легирующих э л ем е нто в ( хром, никель, ванадий, титан, ниобий, кобальт, молибден и др.), улучшающих свойства стали. Ниже рассматривается влияние наиболее употребительных легирующих элементов на свойства стали. [2]

Специальные стали, кроме обычных компонентов углеродистых сталей, содержат один или несколько легирующих э л еме нтов ( хром, никель, ванадий, титан, ниобий, кобальт, молибден и др.), улучшающих свойства стали. Ниже рассматривается влияние наиболее употребительных легирующих элементов на свойства стали. [3]

Специальные стали не должны применяться в качестве арматуры, кроме как в напряженно-армированных элементах. При определении моментов инерции влияние арматуры учитывается введением коэффициента п, равного отношению модулей упругости арматуры и бетона. [4]

Специальные стали подразделяются в зависимости от количества легирующих добавок на низколегированные ( количество добавок не превышает 2 5 %), среднелегированные ( добавок от 2 5 до 10 %), высоколегированные ( добавок свыше 10 %) и легированные инструментальные стали. [5]

Специальная сталь разделяется на конструкционную и инструментальную. В обозначениях легированных инструментальных сталей опускается число, указывающее содержание углерода. Например, Х12 обозначает хромистую сталь, содержащую до 12 % хрома. [6]

Специальные стали обычно выделяют в особую группу, а в целом легированные стали классифицируют на низко -, средне - и высоколегированные. Применяются преимущественно для строительных конструкций. [7]

Специальная сталь является также легированной сталью, поэтому ее выделение в особую группу следует рассматривать как условность. [8]

Специальные стали, обладающие чрезвычайно высокой механической прочностью и другими ценными качествами, характеризуются содержанием добавок никеля, вольфрама, молибдена и других металлов. Железо с очень высоким содержанием углерода, так называемый чугун, отличается высокой хрупкостью и чаще всего идет для отливок; чугун получается из железных руд в результате доменного процесса, с чем связана его относительная дешееизна, и затем уже идет в переработку на различные виды стали. [9]

Только специальные стали с малой критической скоростью охлаждения ( например, хромисто-углеродистые) позволяют получить покрытия высокой твердости. Так, например, у хромистой стали, содержащей 0 8 - 1 0 и 1 5 - 2 % Сг, критическая скорость охлаждения снижается до 35 - 40 град / сек. [10]

Высокопрочные низколегированные, коррозийно-стойкие и различные специальные стали сваривают по особой технологии с применением специальных материалов и электродных покрытий. Упрощенный подход к сварке нержавеющих сталей может привести к отрицательным результатам, так как они при высоких температурах ( 700Q С и более) склонны к межкристаллитной коррозии и соответственно к последующему разрушению сваренных швов. [11]

Имеются специальные стали и сплавы, достаточно устойчивые к § концентрированной азотной кислоте. [12]

Такие специальные стали, как инструментальная, нержавеющая-жаростойкая и жаропрочная, выплавляют в настоящее время только в электрических печах. [13]

Из специальной стали изготовляют и приваривают к трубам только небольшие кольца, зажимающие прокладку. [14]

Свариваемость специальных сталей ( за исключением хромистых), цветных металлов и сплавов при определенных технологических условиях удовлетворительная. [15]

Страницы: 1 2 3 4

www.ngpedia.ru

Стали со специальными свойствами

Количество просмотров публикации Стали со специальными свойствами - 776

Коррозионностойкие (нержавеющие) стали. Коррозией принято называть разрушение металла под действием внешней агрессивной среды в результате ее химического или электрохимического воздействия. Различают химическую коррозию, обусловленную воздействием на металл сухих газов и неэлектролитов (к примеру, нефтепродуктов) и электрохимическую, возникающую под действием жидких электролитов или влажного воздуха. По характеру коррозионного разрушения различают сплошную и местную коррозию. Сплошная коррозия захватывает всю поверхность металла. Ее делят на равномерную и неравномерную исходя из того, одинаковая ли глубина коррозионного разрушения на разных участках. При местной коррозии поражения локальны. Учитывая зависимость отстепени локализации различают пятнистую, язвенную, точечную, межкристаллитную и др. Размещено на реф.рфвиды местной коррозии.

Самый надежный способ защиты от коррозии — применение коррозионностойких сталей. Коррозионная стойкость достигается при введении в сталь элементов, образующих на ее поверхности тонкие и прочные оксидные пленки. Наилучший из этих элементов — хром. При введении в сталь 12…14 % хрома она становится устойчивой против коррозии в атмосфере, воде, ряде кислот, щелочей и солей. Стали, содержащие меньшее количество хрома, подвержены коррозии точно аналогично тому, как и углеродистые стали. В технике применяют хромистые и хромоникелевые Коррозионностойкие стали.

Хромистые Коррозионностойкие стали могут содержать 13, 17 или 25…27 % хрома. Стали марок 08X13, 12X13, 20X13 подвергаются закалке от 1000 °С и отпуску при 600…700 °С. Их применяют для изготовления деталей с повышенной пластичностью, работающих в слабоагрессивных средах. Стали 30X13, 40X13 подвергаются закалке и отпуску при 200…300°С. Из них изготавливают режущий, мерительный и хирургическим инструмент.

Стали 12X17, 15X28 имеют более высокую коррозионную стойкость. Подвергаются отжигу при температуре 700…780 °С.Используются для оборудования заводов легкой и пищевой промышленности, труб, работающих в агрессивных средах, для кухонной посуды.

Хромоникелевые стали обычно содержат 18 % хрома и 9…12 % никеля (04Х18Н10, 12Х18Н10Т, 12Х18Н12Т и др.). Οʜᴎ имеют более высокую коррозионную стойкость по сравнению с хромистыми сталями, лучшие механические свойства, хорошо свариваются. Эти стали имеют аустенитную структуру. Их термообработка состоит из закалки от температуры 1100…1150 °С в воде без отпуска.

Хромоникелевые стали склонны к межкристаллитной коррозии. Она быстро распространяется по границам зерен без заметных внешних признаков. Это происходит вследствие образования карбидов хрома по границам зерен, что приводит к уменьшению содержания хрома в поверхностном слое зерна: Чтобы карбиды хрома не образовывались, нужно либо использовать стали с пониженным содержанием углерода (до 0,04 %), либо дополнительно легировать сталь титаном, связывающим углерод в карбид титана.

Другие методы защиты от коррозии. Распространенным средством защиты от коррозии является нанесение на защищаемый металл различных покрытий. Металлические покрытия наносятся различным способами. При погружении в расплавленный металл поверхность изделия покрывается тонким и плотным слоем, затвердевающим после извлечения изделия. Этот способ применяется для нанесения покрытий цинком, оловом, свинцом и алюминием, температура плавления которых ниже, чем у защищаемого металла. При диффузионной металлизации изделие засыпают порошками алюминия, хрома, цинка и выдерживают при высокой температуре. При напылении поверхность изделия покрывают слоем расплавленного металла (цинка, алюминия, кадмия I др.) с помощью воздушной струи. При плакировании защищаемый металл подвергают совместной прокатке с защищающим (алюминием, титаном, нержавеющей сталью).

Гальванический способ нанесения покрытий основан па осаждении под действием электрического тока тонкого слоя защитного металла (хрома, никеля, меди, кадмия) при погружении защищаемого изделия в раствор электролита.

Протекторная защита основана на подсоединении к защищаемому изделию протектора с более отрицательным электрохимическим потенциалом. В агрессивной среде протектор будет являться анодом, и разрушаться, а защищаемое изделие — катодом и разрушаться не будет.

Для уменьшения агрессивности окружающей среды в нее, вводят добавки, называемые ингибиторами коррозии. Οʜᴎ значительно снижают скорость коррозии. Условием использования ингибиторов является эксплуатация изделия в замкнутой среде постоянного состава.

При нагреве стали происходит окисление поверхности и образуется оксидная пленка (окалина). Дальнейшее окисление определяется скоростью проникновения атомов кислорода через эту пленку. Через пленку оксидов железа они проникают очень легко. Для повышения жаростойкости сталь легируют элементами, образующими плотную пленку, через которую атомы кислорода не проникают. Эти элементы — хром, алюминий, кремний. Так как алюминий и кремний повышают хрупкость стали, чаще всего применяют хром. Чем больше его содержание, тем более жаропрочной является сталь. Сталь 15X5 выдерживает до 600 °С, 40Х9С2 — до 800 °С, рассмотренные ранее 12X17 — до 900°С и 15X28 — до 1050 °С.

Перлитные стали содержат малое количество углерода, легируются хромом, молибденом, ванадием (12ХМ, 12Х1МФ). Используют для изготовления труб, паропроводов и др. Размещено на реф.рфдеталей, длительно работающих при температуре 500…550 °С.

Мартенситные стали в большом количестве легированы хромом (15X11МФ, 15Х12ВНМФ). Οʜᴎ используются для деталей энергетического оборудования, длительно работающего при температуре 600…620 °С. Особую группу мартенситных сталей составляют сильхромы, применяемые для клапанов двигателей внутреннего сгорания. Οʜᴎ дополнительно легированы кремнием (40Х9С2, 40Х10С2М).

Аустенитные стали, легированы большим количеством хрома и никеля, а также другими элементами (09Х14Н16Б, 09Х14Н19В2БР). Из этих сталей изготавливают детали газовых турбин, работающих при температуре 600…700 °С.

Для работы при более высоких температурах (700…900 °С) служат сплавы на базе никеля, называемые нимониками. Примером нимоника является сплав ХН77ТЮР, содержащий кроме никеля приблизительно 20 % Сг, 2,5 % Т1, 1 % А1.

Для работы при температурах свыше 1000 °С используют тугоплавкие металлы и их сплавы. Это — хром, ниобий, молибден, тантал, вольфрам. Οʜᴎ используются в атомной энергетике и в космической технике.

Температуры 1500…1700°С выдерживают жаропрочные керамические материалы на базе карбида и нитрида кремния.

referatwork.ru

Стали специального назначения.

Коррозионно-стойкие (нержавеющие) стали относятся к специальным сталям и идут на изготовление деталей, работающих под воздействием агрессивных сред. Эти стали при эксплуатации должны обладать не только определенными механическими свойствами, но и высокой коррозионной стойкостью. Наиболее часто в таких случаях используются хромистые и хромоникелевые стали.

Хромистые нержавеющие стали содержат 0,1...0,45 % углерода и не менее 13 % хрома. Они сопротивляются коррозии при температуре не выше 30 0С во влажной атмосфере воздуха, водопроводной и речной воде, азотной и многих органических кислотах. В морской воде они подвержены коррозионному растрескиванию.

Структура и свойства хромистых сталей зависят от количества хрома и углерода. Стали 12X13 и 20X13 доэвтектоидные и в отожженном состоянии их структура состоит из хромистого феррита и перлита. После закалки с температуры 1000...1100 0С в масле и отпуска при 700...750 0С структура стали состоит из феррита и карбидов хрома. Твердость стали 200...250 НВ. Эти стали хорошо свариваются, штампуются и идут на изготовление лопаток гидравлических турбин, емкостей, арматуры.

Сталь 30X13 эвтектоидная и имеет перлитную структуру, 40X13 - заэвтектоидная, в структуре которой дополнительно образуется легированный цементит и карбиды хрома. После закалки с 1000... 1050 0С в масле и отпуска при 180...200 0С структура этих сталей состоит из мартенсита с высокой твердостью (50...60 HRCэ) и достаточной коррозионной стойкостью. Эти стали используются для изготовления шестерен, пружин, хирургического инструмента и т.д.

Хромоникелевые нержавеющие стали 04Х18Н10, 08Х18Н10, 12Х18Н10Т содержат большое количество хрома и никеля, мало углерода и относятся к сталям аустенитного класса, в структуре которых иногда присутствуют карбиды хрома. Они используются в тех же средах, что и хромистые, но могут работать и при повышенных температурах. Эти стали технологичны, хорошо обрабатываются давлением и сваркой.

Структура сталей зависит от содержания углерода, хрома и никеля, а также вида термической обработки, которой они подвергнуты. Термическая обработка этих сталей заключается в нагреве и выдержке при 1100...1150 0С с целью более полного растворения карбидов в аустените и закалке в воде для предотвращения выделения карбидов. Аустенитные стали не склонны к межкристаллитной коррозии из-за малого содержания углерода и дополнительного легирования титаном, поэтому их называют стабилизированными. Они используются в авиа-, судо- и машиностроении.

Жаростойкие и жаропрочные стали относятся к специальным сталям, которые предназначены для изготовления деталей, стойких к химическому разрушению поверхности при высоких температурах (выше 550 0С). Жаростойкостью называется способность материала сопротивляться химическому действию окружающей среды при высокой температуре.

При эксплуатации в среде нагретого воздуха и в продуктах сгорания топлива происходит окисление стали, на поверхности металла образуется рыхлый оксид железа FeO. На интенсивность окисления влияет состав и строение оксидной пленки: если она пористая, окисление происходит интенсивно, если плотная - окисление замедляется или даже совершенно прекращается. Хром, кремний и алюминий являются теми элементами, которые образуют плотные оксиды.

Для уменьшения интенсивности окисления сталей при повышении рабочих температур необходимо увеличивать степень их легированности. Сталь 15X5 жаростойка до температур 700 0С; 12X17 - до 900 0С; 15X28 - до 1110...1150 0С. Структура стали на жаростойкость не влияет.

Жаропрочностью называется способность материала сопротивляться пластическим деформациям и разрушению при высоких температурах. Оценивается жаропрочность испытанием материала на растяжение при высоких температурах. Так как напряжение, вызывающее разрушение металла в условиях повышенных температур, сильно зависит от продолжительности приложения нагрузки, при тестировании материала учитывается время действия нагрузки. По сопротивлению пластической деформации определяется предел ползучести, а по сопротивлению разрушения - предел длительной прочности.

На повышение жаропрочности влияют:

□ высокая температура плавления основного металла, наличие в структуре сплава твердого раствора и мелкодисперсных частиц упрочняющей фазы;

□ пластическая деформация, вызывающая наклеп;

□ высокая температура рекристаллизации;

□ термическая и термомеханическая обработка;

□ введение в жаропрочные стали таких элементов, как бор, цезий, ниобий, цирконий в десятых, сотых и даже тысячных долях процента.

Основными жаропрочными материалами являются перлитные, мартенситные и аустенитные жаропрочные стали, используемые при температурах 450...700 0С.

Перлитные жаропрочные стали содержат 0,08...0,15 % углерода, легированы кобальтом, молибденом, марганцем, хромом (12Х1МФ, 25Х1МФ). После нормализации с нагревом до 1000 0С и отпуска при температуре 650...750 0С в течение 2...3 ч стали имеют структуру пластинчатого перлита. Эти стали предназначены для длительной эксплуатации при температуре 450...580 0С и используются главным образом в котлостроении. Критерием жаропрочности для них является предел ползучести с допустимой деформацией 1 % за 104 или 105 ч.

Мартенситные жаропрочные стали содержат 0,10...15 % углерода, 10...12 % хрома и легированы молибденом, ванадием, ниобием, вольфрамом (20Х12ВНМФ, 15X11МФ, 11Х11Н2В2МФ). Стали, содержащие до 0,55 % углерода, 5...15 % хрома и 1,5...3 % кремния, получили название сильхромы. Это 40Х6С, 40Х9С2, 40Х10С2М. Жаропрочные свойства сильхромов возрастают по мере увеличения степени легированности сплава.

Стали мартенситного класса после закалки или нормализации с температур 950...1100 0С (для растворения карбидов) и отпуска при 600...740 0С имеют структуру легированного феррита и мелких карбидов. Эти стали глубоко прокаливаются и предназначены для длительной эксплуатации при температуре до 600 0С. Из них изготавливают детали паровых турбин (диски, лопатки, бандажи, диафрагмы, роторы), а также трубы и крепежные детали.

Сильхромы закаливают с температуры свыше 1000 0С и отпускают при 720...780 0С. Применяют сильхромы для изготовления клапанов двигателей, крепежных деталей моторов с рабочими температурами в интервале 600...900 0С. При более сложных условиях эксплуатации клапаны мощных двигателей изготавливают из сталей аустенитного класса.

Аустенитные стали (12Х18Н9Т, 45Х14Н14В2М, 10Х11Н20ТЗР) содержат около 0,1 % углерода и легированы хромом и никелем. Содержание хрома и никеля выбирают такое, чтобы получить устойчивый аустенит, не склонный к фазовым превращениям. Такие элементы, как молибден, ниобий, титан, алюминий, вольфрам и другие, вводят в сталь для повышения жаропрочности, так как они образуют карбидные и интерметаллидные фазы-упрочнители. В результате закалки с 1050...1200 0С получают высоколегированный твердый раствор. В процессе старения при 600...800 0С происходит выделение из аустенита мелкодисперсных фаз, упрочняющих сталь, благодаря чему увеличивается сопротивление ползучести. Эти стали применяются для изготовления деталей, работающих при температуре 500...700 0С (например, клапаны двигателей, лопатки газовых турбин и т.д.).

Стали специального назначения

Количество просмотров публикации Стали специального назначения - 1507

Хромистые нержавеющие стали содержат 0,1...0,45 % углерода и не менее 13 % хрома. Οʜᴎ сопротивляются коррозии при температуре не выше 30 °С во влажной атмосфере воздуха, водопроводной и речной воде, азотной и многих органических кислотах. В морской воде они подвержены коррозионному растрескиванию.

Структура и свойства хромистых сталей зависят от количества хрома и углерода. Стали 12X13 и 20X13 доэвтектоидные и в отожженном состоянии их структура состоит из хромистого феррита и перлита. После закалки с температуры 1000... 1100 °С в масле и отпуска при 700...750 °С структура стали состоит из феррита и карбидов хрома. Твердость стали 200...250 НВ. Эти стали хорошо свариваются, штам-■ пуются и идут на изготовление лопаток гидравлических турбин, емкостей, арматуры.

Сталь 30X13 эвтектоидная и имеет перлитную структуру, 40X13 - заэвтектоидная, в структуре которой дополнительно образуется легированный цементит и карбиды хрома. После закалки с 1000... 1050 °С в масле и отпуска при 180...200 °С структура этих сталей состоит из мартенсита с высокой твердостью (50...60 HRC3) и достаточной коррозионной стойкостью. Эти стали используются для изготовления шестерен, пружин, хирургического инструмента и т. д.

Хромоникелевые нержавеющие стали 04Х18Н10,08Х18Н10,12Х18Н10Т содержат большое количество хрома и никеля, мало углерода и относятся к сталям аустенитного класса, в структуре которых иногда присутствуют карбиды хрома. Οʜᴎ используются в тех же средах, что и хромистые, но могут работать и при повышенных температурах. Эти стали технологичны, хорошо обрабатываются давлением и сваркой.

Структура сталей зависит от содержания углерода, хрома и никеля, а также вида термической обработки, которой они подвергнуты. Термическая обработка этих сталей состоит в нагреве и выдержке при 1100... 1150 °С с целью более полного растворения карбидов в ау-стените и закалке в воде для предотвращения выделения карбидов. Аустенитные стали не склонны к межкристаллитнои коррозии из-за малого содержания углерода и дополнительного легирования титаном, в связи с этим их называют стабилизированными. Οʜᴎ используются в авиа-, судо- и машиностроении.

Жаростойкие и жаропрочные стали относятся к специальным сталям, которые предназначены для изготовления деталей, стойких к химическому разрушению поверхности при высоких температурах (выше 550 °С). Жаростойкостью принято называть способность материала сопротивляться химическому действию окружающей среды при высокой температуре'.

При эксплуатации в среде нагретого воздуха и в продуктах сгорания топлива происходит окисление стали, на поверхности металла образуется рыхлый оксид железа FeO. На интенсивность окисления влияет состав и строение оксидной пленки: если она пористая, окисление происходит интенсивно, в случае если плотная - окисление замедляется или даже совершенно прекращается. Хром, кремний и алюминий являются теми элементами, которые образуют плотные оксиды.

Для уменьшения интенсивности окисления сталей при повышении рабочих температур крайне важно увеличивать степень их легиро-ванности. Сталь 15X5 жаростойка до температур 700 °С; 12X17 - до 900 °С; 15X28 - до 1110...1150 °С. Структура стали на жаростойкость не влияет.

Жаропрочностью принято называть способность материала сопротивляться пластическим деформациям и разрушению при высоких температурах. Оценивается жаропрочность испытанием материала на растяжение при высоких температурах. Так как напряжение, вызывающее разрушение металла в условиях повышенных температур, сильно зависит от продолжительности приложения нагрузки, при тестировании материала учитывается время действия нагрузки. По сопротивлению пластической деформации определяется предел ползучести, а по сопротивлению разрушения - предел длительной прочности.

К примеру, предел ползучести ст^,,^ =100 МПа означает, что под действием напряжения 100 МПа за 100 000 ч при температуре 550 °С в материале появится пластическая деформация 1 %; предел длительной прочности ст,6°°00 = 130 МПа означает, что при температуре 600 °С материал выдержит действие напряжения 130 МПа в течение 10 000 ч. На повышение жаропрочности влияют:

□ пластическая деформация, вызывающая наклеп;

□ высокая температура рекристаллизации;

□ термическая и термомеханическая обработка;

Основными жаропрочными материалами являются перлитные, мартенситные и аустенитные жаропрочные стали, используемые при температурах 450...700 °С.

Перлитные жаропрочные стали содержат 0,08...0,15 % углерода, легированы кобальтом, молибденом, марганцем, хромом (12Х1МФ, 25Х1МФ). После нормализации с нагревом до 1000 °С и отпуска при температуре 650...750 °С в течение 2...3ч стали имеют структуру пластинчатого перлита. Эти стали предназначены для длительной эксплуатации при температуре 450...580 °С и используются главным образом в котлостроении. Критерием жаропрочности для них является предел ползучести с допустимой деформацией 1 % за 104 или 105 ч.

Мартенситные жаропрочные стали содержат 0,10... 15 % углерода, 10...12 % хрома и легированы молибденом-, ванадием, ниобием,-вольфрамом (20Х12ВНМФ, 15X11МФ, 11Х11Н2В2МФ). Стали, содержащие до.0,55 % углерода, 5...15 % хромай 1,5...3 % кремния, получили название силъхромы. Это 40Х6С, 40Х9С2, 40X10С2М. Жаропрочные свойства сильхромов возрастают по мере увеличения степени легиро-ванности сплава.

Стали мартенситного класса после закалки или нормализации с температур 950...1100 °С (для растворения карбидов) и отпуска при 600.. .740 °С имеют структуру легированного феррита и мелких карбидов. Эти стали глубоко прокаливаются и предназначены для длительной эксплуатации при температуре до 600 °С. Из них изготавливают детали паровых турбин (диски, лопатки, бандажи, диафрагмы, роторы), а также трубы и крепежные детали.

Сильхромы закаливают с температуры свыше 1000 °С и отпускают при 720...780 °С. Применяют сильхромы для изготовления клапанов двигателей, крепежных деталей моторов с рабочими температурами в интервале 600...900 °С. При более сложных условиях эксплуатации клапаны мощных двигателей изготавливают из сталей аустенитного класса.

Аустенитные стали (12Х18Н9Т, 45Х14Н14В2М, 10Х11Н20ТЗР) содержат около ОД % углерода и легированы хромом и никелем. Содержание хрома и никеля выбирают такое, чтобы получить устойчивый аустенит, не склонный к фазовым превращениям. Такие элементы, как молибден, ниобий, титан, алюминий, вольфрам и др., вводят в сталь для повышения жаропрочности, так как они образуют карбидные и интерметаллидные фазы-упрочнители. В результате закалки с 1050...1200 °С получают высоколегированный твердый раствор. Размещено на реф.рфВ процессе старения при 600...800 °С происходит выделение из аустенита мелкодисперсных фаз, упрочняющих сталь, благодаря чему увеличивается сопротивление ползучести. Эти стали применяются для изготовления деталей, работающих при температуре 500. ..700 °С (к примеру, клапаны двигателей, лопатки газовых турбин и т. д.).