Жаростойкие сплавы почти всегда подвергаются воздействию окружающей среды, которая может изменить их первоначальные характеристики. Если окружающая среда является окислительной, поперечное сечение сплава может быть уменьшено из-за образования окалины, что постепенно снижает его несущую способность. Может возникнуть визуально невидимая межкристаллическая коррозия, которая может привести к ослаблению или увеличению хрупкости сплава.
Если рабочая среда карбонизирующая или азотирующая (или и то, и другое), может возникать абсорбция углерода и азота, и фактически создается дуплексный сплав, у которого химический состав и физические свойства отличаются на внешней и внутренней поверхностях. Это может привести к повышению термической усталости и хрупкости.
Карбонизация может возникать поочередно с окислением, а поглощение углерода снижает первоначальное сопротивление сплава окислению. Если среда представляет собой жидкую ванну, такую как расплавленная соль или металл, то сплав может подвергаться коррозии под действием паров.
Если в среде содержится сера, может возникнуть необходимость ограничения содержания никеля в сплаве, даже за счет некоторых свойств, которые являются желательными. В целом содержание никеля в сплаве, подверженного таким условиям, должно быть ниже 14% в сочетании с не менее чем 20%-ным содержанием хрома. Если среда представляет собой попеременно окислительные и восстановительные газовые среды, в сплавах с высоким содержанием никеля может возникнуть «зеленая гниль». Как правило, сплавы с содержанием никеля свыше 45% могут быть восприимчивыми к этому явлению, которое вызвано снижением поверхностного NiO, при этом свободный Ni, выделившийся при формировании оксида, остается в окружающем пространстве. Так как оксиды хрома практически не поддаются превращению в другое состояние, пористая решетка оксидов хрома в конечном итоге приведет к появлению порошка зеленоватого цвета.
Кроме этого, некоторые жаростойкие сплавы подвержены изменению физических свойств в связи с формированием сигма-связей или осажденных карбидов при длительном воздействии определенных температур. В зависимости от условий эксплуатации, такие изменения могут быть или не быть вредными, но может возникнуть необходимость выбора более устойчивого сплава. Все механические деформации и напряжения, возникающие в процессе эксплуатации, имеют тенденцию к ускорению развития различных фаз и других явлений усиления хрупкости.
И, наконец, на скорость окисления, карбонизации или других видов коррозии существенно влияют температуры и давления, которым подвергается сплав.
Выберите группу сплавов, которые обеспечивают надлежащую стабильность и устойчивость к рабочей среде при максимальной ожидаемой температуре.
Никогда не выбирайте сплав, руководствуясь только температурным параметром!
Главное правило для сплавов, устойчивых к окислению:
Главное правило для сплавов, устойчивых к сульфидированию:
Для условий цикла выберите группу сплавов, обладающих низкими коэффициентами расширения и достаточной адгезией оксида. Многие жаростойкие сплавы имеют относительно высокие коэффициенты расширения. Повторное расширение и сжатие повышает окисление вследствие шелушения защитного оксидного покрытия, а также сокращает срок службы изделия из-за создающихся термических напряжений.
Главное правило для сплавов, устойчивых к скалыванию и интенсивному термоциклированию:
Выберите такие сплавы, которые обладают необходимой прочностью и пластичностью при максимальной температуре, которая может быть использована.
Различные жаростойкие сплавы имеют различные характеристики прочности и пластичности при воздействии высоких температур. Необходимая прочность и пластичность будет зависеть от степени допустимой пластической деформации или деформации под нагрузкой, желаемого срока службы и потерь в физических свойствах, которые можно ожидать из-за изменений, возникающих в рабочей среде.
Кроме того, в сплавах со свободной пластической деформацией возникает отслаивание защитного оксида и сплавы становятся восприимчивыми к дальнейшему окислению.
Главное правило для высокопрочных сплавов:
Выберите группу сплавов, которые не плавятся при максимальной ожидаемой температуре, и сделайте поправку на возможные изменения в химическом составе в результате воздействия рабочей среды.
Жаростойкие сплавы имеют разницу в температурах плавления от 150°C и выше. Указанная температура плавления является температурой жидкостей, а плавление границ зерен в начальной стадии может возникать при температуре, меньшей на 40-80°C. Поглощенные примеси могут снизить температуру перехода в твердое состояние на 75-125°C.
Главное правило для сплавов с высокими температурами плавления:
Приведенные данные не должны рассматриваться как гарантируемые максимумы или минимумы. Материал должен быть испытан в реальных условиях эксплуатации с целью определения пригодности для конкретного применения.
Окончательный выбор одного или двух сплавов из группы, которая была выбрана ранее, может быть сделан на основании стоимости, доступности, простоты изготовления и предполагаемого срока службы. Может возникнуть потребность в использовании более дорогостоящего сплава, если его повышенная прочность позволяет уменьшить поперечное сечение, чтобы свести к минимуму термические напряжения, или если его устойчивость к рабочей среде выше, что позволяет использовать меньше металла из-за отсутствия потерь вследствие коррозии.
Сравнивая конечную стоимость, следует включить не только затраты на металл, но и стоимость работ. Более дорогостоящие сплавы редко требуют больших трудовых затрат, чем более дешевые материалы. Увеличение стоимости сырья на 100% может привести к увеличению стоимости готового изделия только на 60%.
Технические данные, иллюстрирующие свойства жаростойких сплавов, являются полезными для справки при выборе подходящего сплава для конкретного применения. Тем не менее, поведение сплавов при длительном воздействии большинства среди температур, которые могут возникнуть, может не быть полностью документировано и включено в таблицы. Опыт, полученный на практике, является наиболее полезным.
Это наиболее распространенный тип нержавеющей стали. Сплав общего назначения подходит для различных сфер применения, где требуется устойчивость к коррозии. Сплав обладает хорошей термостойкостью до 750°C, при более высоких температурах его устойчивость к окислению и стойкость окалины резко снижается. Сплав подвергается воздействию различных явлений отверждения/хрупкости, включая фазу образования сигма-связей и осаждения тяжелых карбидов на границы зерен, при воздействии на него в течение долгого времени температуры около 650°C.
Предполагается, что этот сплав будет использоваться в условиях продолжительного или низкого термоциклирования при температурах до 800°C.
Сплавы DIN 1.4828 (близок к сплаву AISI 308) и AISI 309S (DIN 1.4833) часто используются как взаимозаменяемые сплавы, но на самом деле это два разных сплава со сходными характеристиками. AISI 309S обладает несколько более высоким содержанием хрома и никеля по сравнению с DIN 1.4828, в то время как DIN 1.4828 содержит больше кремния, что делает его более восприимчивым к образованию сигма-связей.
Сплавы DIN 1.4828 и AISI 309S являются очень хорошими высокотемпературными сплавами общего назначения, которые могут выдерживать высокие температуры до 1000°C в сухой среде. Эти сплавы обладают весьма подходящей прочностью и их потенциал часто недооценивается. Недостатком этих сплавов является то, что при возрастании температур окалина ослабевает, и это обстоятельство становится критическим при температуре 1050°C. Такой сплав не подходит для использования в областях с высокой скоростью газового потока (например, в условиях эрозии) и там, где температура термоциклирования от 1000°C является обычным явлением.
Низкое содержание никеля позволяет использовать такой сплав в областях с присутствием SO2 и SO3. В отличие от 253MA®, сплавы 1.4828 и 309S обладают лучшей устой чивостью к H2S и восстановительным газам.
После длительных периодов времени эти сплавы, склонные к образованию сигма-связей, могут разрушаться при воздействии постоянного термоциклирования. Предполагается, что такие сплавы можно использовать в системах с непрерывным воздействием высоких температур.
Сплав 253 MA был разработан в качестве альтернативы сплаву AISI 310S и основан на AISI 308 с небольшим добавлением редкоземельных металлов, которые придают этому сплаву отличное сопротивление окислению при температурах до 1100°C. В связи с низким содержанием никеля сплав обладает хорошим сопротивлением сульфидированию в окислительных средах. Среда с уменьшенным количеством (например, H2S) или отсутствием кислорода будет вызывать значительную коррозию этого сплава путем быстрого удаления окалины.
Сплав обладает высокой прочностью при воздействии высоких температур из-за частиц твердого раствора, образуемых добавками редкоземельных элементов. Этот сплав более подвержен образованию сигма-связей, чем AISI 310S, и поэтому он не предназначается для использования в агрессивных средах термоциклирования, так как после длительного использования анкеры могут разрушаться. Такой сплав идеально подходит для использования в системах с непрерывным воздействием высоких температур свыше 850°C, требующих несколько улучшенных эксплуатационных качеств по сравнению со сплавом 310S или 309S.
Это хороший высокотемпературный сплав, способный выдержать температуру до 1150°C в окислительной среде. Сплав имеет хорошую адгезию оксида, устойчивость к растрескиванию, и он полностью не поддается образованию сигма-связей. Походит для использования в печах отжига металла, где может возникнуть термоциклирование.
Сплав обладает хорошей прочностью и стойкостью к термическому удару. Этот сплав не подходит для систем, в которых присутствует сера, в связи с высоким содержанием никеля в сплаве. Сплав подходит для использования в средах без кисло рода. Этот сплав обладает хорошим сопротивлением абсорбции углерода и азота и является хорошей альтернативой сплаву 601, особенно для огнеупорных анкеров большого сечения.
Отличный высокотемпературный сплав подходит для использования при температурах выше 1100°C. Он может быть использован при температуре до 1200°C. Этот сплав показал высокую прочность вплоть до температуры плавления (около 1350°C). Он устойчив к образованию сигма-связей и подходит для использования в термоциклировании и при воздействиях термического удара. Он обладает исключительной адгезией окалины с основным металлом за счет добавления алюминия.
Сплав не пригоден для использования в газах, содержащих следы оксидов серы или ванадия в связи с высоким содержанием никеля в сплаве. Сплав имеет высокую прочность по сравнению с другими сплавами и используется при применении огнеупорных материалов с более высокой плотностью при температуре выше 1150°C.
| Сплав | C | Cr | Ni | Si | Mn | Другое |
|---|---|---|---|---|---|---|
| AISI 304 (DIN 1.4301) | 0.08 | 18 | 8 | 1 | 2 | |
| AISI 316 (DIN 1.4401) | 0.03 | 16 | 10 | 0.5 | 1.5 | Mo 2 |
| AISI 321 (DIN 1.4541) | 0.041 | 7 | 9 | 0.5 | 1 | Ti 0.3 |
| DIN 1.4828 | 0.04 | 20 | 12 | 2 | 1 | |
| AISI 309S (DIN 1.4833) | 0.06 | 23 | 13 | 1 | 2 | |
| AISI 310S (DIN 1.4845) | 0.05 | 25 | 20 | 0.5 | 1 | |
| Сплав 253 MA® (DIN 1.4835) | 0.09 | 21 | 11 | 1.6 | 0.5 | Ce 0.04 |
| Сплав 330 (DIN 1.4886) | 0.06 | 19 | 35 | 1.5 | 1.5 | |
| Сплав 601 (DIN 2.4851) | 0.06 | 23 | 60 | 0.3 | 0.7 | Al 1.4 |
| Сплав 800 (DIN 1.4876) | 0.07 | 20 | 30 | 0.4 | 0.6 | Al 0.4 Ti 0.4 |
Такие микроэлементы как сера и фосфор являются нежелательными элементами, которые трудно полностью удалить из сплава, и они, как правило, по-прежнему присутствуют в нем в количестве 0,01-0,045%. Они не упоминаются в таблице химического состава. Многие из сплавов также доступны в отливках, в каковом случае они, как правило, имеют более высокое содержание углерода, кремния и ниобия для повыше ния прочности на разрыв и стойкости к разрушению при пластической деформации.
Производство огнеупорных анкеров состоит не только из ковки изделия, изготовлен ного с определенным составом. Следует принимать во внимание предполагаемую сферу использования этого изделия. SILICON является одной из немногих компаний, способных предоставить клиенту поддержку и информацию относительно металлургических заготовок для каждой сферы применения.
Очень важно знать, какой тип материала должен быть использован, и как это сырье должно быть обработано. «310» НЕ всегда означает «310». Это не так просто; для изготовления анкера самого высокого качества следует принимать во внимание много других параметров, присущих основным свойствам металла! Для выбора сплава недостаточно одного химического состава. Еще одной важной особенностью являются механические свойства.
Гарантией хорошего качества огнеупорных анкеров является сертификат на материал. Сертификаты на материалы компании SILICON соответствуют стандарту ISO EN10204-3.1, в них указывается тип анкера, химические свойства и основные механические характеристики базового сплава, полученные в результате испытаний на деформацию вследствие напряжения (прочность на разрыв, эластичность и т. д.)
