Čelični odljevci otporni na toplinu i njihova toplinska obrada

Čelični odljevci otporni na toplinu su dijelovi izliveni od legiranog čelika otpornog na toplinu kao sirovina. U uvjetima visoke temperature, čelik otporan na oksidaciju, dovoljno visoku temperaturnu čvrstoću i dobru otpornost na toplinu naziva se čelik otporan na toplinu. Čelik otporan na toplinu može se podijeliti u dvije vrste: čelik otporan na oksidaciju i čelik otporan na toplinu prema svojim svojstvima. Antioksidacijski čelik se također naziva čelik bez kože. Čelik vruće čvrstoće odnosi se na čelik koji ima dobru otpornost na oksidaciju na visokim temperaturama i visoku čvrstoću pri visokim temperaturama. U slučaju istog hemijskog sastava, liveno stanje ima veću termičku čvrstoću od valjanog stanja. Dijelovi od livenog čelika otpornog na toplinu zauzimaju veliki udio u području čelika otpornog na toplinu.

Neki visokolegirani čelici otporni na toplinu teško se obrađuju i deformiraju. Proizvodnja odlivaka nije samo isplativija od valjanih proizvoda, već i odlivci imaju veću izdržljivost. Stoga liveni čelik otporan na toplinu zauzima značajan udio čelika otpornog na toplinu. Pored livenja u pesak, tehnike preciznog livenja mogu se koristiti i za dobijanje proizvoda sa glatkim površinama i preciznim dimenzijama. Centrifugalno lijevanje se često koristi za cijevi peći na visokim temperaturama za pucanje sintetičkog amonijaka i etilena

Prema metalografskoj strukturi u normaliziranom stanju, lijevani čelik otporan na toplinu može se podijeliti u četiri kategorije: perlitni čelik otporan na toplinu, martenzitni čelik otporan na toplinu, feritni čelik otporan na toplinu i austenitni čelik otporan na toplinu.

 

1. Perlitni lijevani čelik otporan na toplinu

Legirajući elementi perlitnog čelika otpornog na toplinu su uglavnom krom i molibden, a ukupna količina uglavnom ne prelazi 5%. Pored perlita i ferita, njegova struktura ima i bainit. Ova vrsta čelika ima dobru čvrstoću na visokim temperaturama i performanse procesa na 500-600 ℃. Široko se koriste za izradu dijelova otpornih na toplinu ispod 600℃, kao što su čelične cijevi za kotlove, impeleri parnih turbina, rotori, pričvršćivači, posude pod visokim pritiskom, cjevovodi, itd. , 25Cr2Mo1V, 20Cr3MoWV, itd.

Toplinska obrada perlitnih toplotno otpornih čeličnih odlivaka se uglavnom normalizuje ili kaljuje i kaljuje kako bi se dobila stabilna struktura, dobra sveobuhvatna mehanička svojstva i potrebna čvrstoća u uslovima visoke temperature.

 

2. Martenzitni lijevani čelik otporan na toplinu

Sadržaj hroma u martenzitnom lijevanom čeliku otpornom na toplinu je općenito 7-13%. Ima veću otpornost na visoke temperature, otpornost na oksidaciju i otpornost na koroziju vodene pare ispod 650℃, ali je loša zavarljivost. 1Cr13, 2Cr13 koji sadrži oko 12% hroma, a na ovoj osnovi razvijene klase čelika kao što su 1Cr11MoV, 1Cr12WMoV, 2Cr12WMoNbVB i druge legure se obično koriste za izradu lopatica parnih turbina, diskova, osovina, dodataka za pričvršćivanje,2, itd. 4Cr10Si2Mo, itd. koji se koriste u proizvodnji izduvnih ventila za motore sa unutrašnjim sagorevanjem su takođe martenzitni čelici otporni na toplotu.

Uobičajeni proces termičke obrade za martenzitne čelične odljevke otporne na toplinu je normalizacija + kaljenje.

 

3. Feritni lijevani čelik otporan na toplinu

Feritni lijevani čelik otporan na toplinu sadrži više kroma, aluminija, silicija i drugih elemenata, tvoreći jednofaznu feritnu strukturu, koja ima dobru otpornost na oksidaciju i otpornost na koroziju na plin pri visokim temperaturama, ali je njihova visokotemperaturna čvrstoća niska, na sobnoj temperaturi. je veća i zavarljivost je loša. Kao što je 1Cr13SiAl, 1Cr25Si2, itd. Feritni lijevani čelik otporan na toplinu općenito se koristi za izradu dijelova koji podnose nisko opterećenje i zahtijevaju otpornost na oksidaciju pri visokim temperaturama.

Termička obrada feritnih toplotno otpornih čeličnih odlivaka generalno prihvata žarenje kako bi se ublažio napon, a zatim brzo hlađenje (kako bi brzo prošao kroz lomljivu zonu od 400-500 ℃).

 

4. Austenitni lijevani čelik otporan na toplinu

Austenitni lijevani čelik otporan na toplinu sadrži više elemenata koji tvore austenit kao što su nikl, mangan, dušik itd., na temperaturama iznad 600°C, ima dobru čvrstoću pri visokim temperaturama i strukturnu stabilnost, te dobre performanse zavarivanja. Obično se koristi kao materijal toplotne čvrstoće koji radi iznad 600°C. Tipične klase su 1Cr18Ni9Ti (321), 1Cr23Ni13 (309), 0Cr25Ni20 (310S), 1Cr25Ni20Si2 (314), 2Cr20Mn9Ni2Si2N, 4Cr14Ni14W2Mo, itd.

Austenitni antioksidacijski čelik može se tretirati toplinskom obradom na visokoj temperaturi kako bi se dobila dobra hladna deformacija. Austenitni čelik vruće čvrstoće prvo se tretira visokotemperaturnom obradom otopinom, a zatim se tretman starenjem provodi na 60-100 ℃ višoj od temperature upotrebe kako bi se stabilizirala struktura i istaložila druga faza za jačanje matrice.

 

Upotreba čeličnih odljevaka otpornih na toplinu

Čelik otporan na toplinu se često koristi za proizvodnju dijelova i komponenti koji rade na visokim temperaturama u industrijskim sektorima kao što su kotlovi, parne turbine, energetske mašine, industrijske peći, te avio i petrohemijska industrija. Pored visokotemperaturne čvrstoće i visokotemperaturne otpornosti na oksidaciju i koroziju, ovi dijelovi također zahtijevaju dovoljnu žilavost, dobru obradivost i zavarljivost, te određeni stupanj strukturalne stabilnosti u skladu s različitim namjenama.

 

Neki razredi legiranog čelika otpornog na toplinu i njihova primjena
Steel Grade	Radna temperatura i primjene
00Cr12	Antioksidaciona temperatura 600~700℃, koristi se kao visoka temperatura, telo ventila visokog pritiska, gorionik
0Cr13Al	Primjenjivi temperaturni raspon 700~800℃, lopatica kompresora plinske turbine
1Cr17	Antioksidacija na temperaturama ispod 900℃, koristi se kao visokotemperaturni delovi i mlaznice za peći
1Cr12	Otpornost na oksidaciju i visokotemperaturnu čvrstoću u temperaturnom opsegu od 600~700℃ i koristi se za visokotemperaturne dijelove lopatica parnih turbina, mlaznica i ventila gorionika kotla.
1Cr13	Temperatura otpornosti na oksidaciju je 700~800℃, a njegova upotreba je ista kao i kod 1Cr12 čelika
0Cr18Ni9, 1Cr18Ni9Ti	Antioksidacijska temperatura ispod 870℃, može se koristiti kao površinska cijev za grijanje kotla, dijelovi peći za grijanje, izmjenjivač topline, muflna peć, pretvarač, mlaznica
0Cr18Ni10Ti, 0Cr18Ni11Nb	Otporan je na visokotemperaturnu koroziju i oksidaciju u temperaturnom opsegu od 400~900℃, a može se koristiti za cijevne spojnice čija je radna temperatura ispod 850℃
0Cr23Ni13	Antioksidaciona temperatura do 980℃, koristi se za vatrogasnu cijev gorionika, lopatice parne turbine, tijelo peći za grijanje, uređaj za konverziju metana, uređaj za odvajanje na visokim temperaturama
0Cr25Ni20	Temperatura antioksidacije do 1035℃, koristi se za grijanje dijelova peći; dijelovi sistema za prijenos gasa sa radnom temperaturom ispod 950℃
0Cr17Ni12Mo2, 0Cr19Ni13Mo2	Temperatura antioksidacije nije niža od 870 ℃, radna temperatura je 600 ~ 750 ℃, cevi izmenjivača toplote i pribor za peći za hemijsku industriju i preradu nafte.
0Cr17Ni7Al	Visokotemperaturni nosivi delovi sa radnom temperaturom ispod 550℃