Жаростійкі сталі

Жаростійкістю або окаліностійкістю називається здатність металу чинити опір хімічної корозії в сухий газової середовищі при високих температурах.

Залізо при взаємодії з киснем може утворити оксиди трьох видів: FeO, Fe3O4, Fe2O3. До 560 – 600оС окалина складається переважно з щільного шару оксидів Fe2O3 і Fe3O4, що ускладнює дифузію атомів кисню і металу. Вище 600оС відбувається розтріскування цих оксидів і замість них захист металу здійснюється лише пухким оксидом FeO, що полегшує доступ кисню до поверхні металу. Нагрівання більш 600оС призводить до інтенсивного окислення сплавів на основі заліза.

Основним фактором, що впливає на жаростійкість, є хімічний склад металу, який визначає захисні властивості оксидної плівки. У таблиці 5.1 наведено порівняльну оцінку жаростійкості ряду чистих металів, визначена за 5-бальною шкалою швидкості окислення в повітряному середовищі в інтервалі робочих температур.

Жаростійкість металів на повітрі при робочих температурах

Пухкий оксид магнію практично не захищає метал при нагріванні. Магній не тільки швидко окислюється, а й легко запалюється при нагріванні, завдяки чому використовується в піротехніці.

Оксиди металів другої групи при нагріванні руйнуються як за рахунок сублімації в разі Мо і W, так і завдяки розчиненню в металі входить в них кисню (Ti, Zr).

При підвищенні температури понад певної межі зростає дефектність оксидів металів третьої групи. Для технічного заліза гранична робоча температура нагріву в повітряному середовищі складає 560оС.

Метали четвертої групи, завдяки щільній оксидной плівці з високими захисними властивостями при нагріванні, мають хорошу жаростійкість. Тому хром і алюміній, поряд з кремнієм, широко використовують для підвищення жаростійкості легованих сталей. Для досягнення високої жаростійкості стали оксид легуючого елемента повинен бути щільним, не схильним до розтріскування при нагріванні, мати високі температури сублімації і плавлення.

З огляду на, що високий вміст алюмінію і кремнію сприяє охрупчіванію і погіршує технологічну пластичність при обробці тиском, основним легуючим елементом в жаростійких сталях є хром. Жаростійкі властивості зростають зі збільшенням його вмісту в стали. Сталь, що містить 5% Cr, зберігає окалиностойкость до 600оС (15X5), 9% (40Х9С2) – до 800оС, 17% (08X17Т) – до 900оС. Хромисті марки сталей відносяться до сталей феритного класу.

Для виготовлення деталей пічного обладнання застосовують стали 20Х23Н18, 20Х25Н20С2, мають окалиностойкость до 1100оС. Ці марки належать до аустенітного класу і характеризуються не тільки високою жаростійкістю, але і високу жароміцних. Хоча рівень жаростійкості сталі і її максимальна робоча температура в основному визначаються вмістом хрому, підвищення температури експлуатації обумовлює одночасне зростання концентрації нікелю, що пов’язано з необхідністю стабілізації аустенітної структури.

Посилання на основну публікацію