1.5.4. Металлы

Малоуглеродистые и среднеуглеродистые стали исполь­зуют в печестроении для возведения наружных металлоконструкций (каркасов, кожухов печей, площадок и т. п.). Стали марки Ст2, СтЗ и др. применяют в виде стальных листов толщиной от 4 до 30 мм (для особо ответственных кожухов печей). Обычные стали и чугуны используют при температурах до 300—400 °С. С повышением температуры происходит интенсивное окисление металла, и условия эксплуатации узлов и деталей печей осложняются. Поэтому возни­кает необходимость применения легированных и высоколегирован­ных сталей и сплавов.

К высоколегированным сталям условно отнесены сплавы с содер­жанием в них железа более 45 %, а легирующих элементов (в сумме) не менее 10 % при содержании одного из элементов не менее 8 % по нижнему пределу.

В зависимости от основных свойств стали и сплавы подразделяют на группы. Наиболее применяемые для промышленных пе­чей— стали и сплавы жаростойкие (группа II) и жаропроч­ные (Ш).

Жаростойкие (окалиностойкие) стали и сплавы обладают стой­костью против химического разрушения поверхности в газовых средах при температурах выше 550°С и могут работать в ненагруженном или слабонагруженном состоянии. К ним относят хромистые стали. При содержании хрома от 6 до 14 % стали 15X5, 30X13 имеют ограниченную сопротивляемость окислению до 700 °С. При увели­чении Сr > 15 % сопротивляемость стали 6X18 возрастает, и ее можно применять до 900 °С. Стали с содержанием углерода (до 0,15 %) хорошо обрабатываются, но сильно подвержены ползуче­сти, что ограничивает их применение под нагрузкой. Повышение содержания хрома до 25—30 % в сталях 15X28, 15Х25Т увеличивает сопротивляемость окислению, но их механическая прочность того же порядка. Теплопроводность хромистых сталей меньше, чем у обычных углеродистых. Теплопроводность малолегированных уменьшается с повышением температуры. Удельное электрическое сопротивление высокохромистых сталей намного больше, чем угле­родистых. Среднелегированные стали хорошо свариваются электро­дами того же состава, но требуют специальных флюсов и отжига свар­ных швов. Высокохромистые стали лучше сваривать в подогретом состоянии хромоникелевыми электродами. Литые хромистые стали мало отличаются от кованых сплавов. С увеличением содержания углерода материал становится тверже, и при С ≈1 % отливки очень трудно обрабатывать.

Таким образом, хромистые стали могут применяться там, где главным образом требуется сопротивляемость окислению, причем при температурах выше 800 °С их можно применять только в ненагруженном состоянии.

Значительное улучшение обрабатываемости сталей, их механиче­ских свойств при высоких температурах, особенно красноустойчивости, получают путем добавления никеля в хромистые жаростой­кие стали.

Для деталей, работающих в печах под значительной нагрузкой (конвейеры, поддоны, ролики и др.), используют стали и сплавы жаропрочные, к ним относятся хромоникелевые стали. В печах с температурой до 800 °С можно применять хромоникеле­вые стали, которые отличаются друг от друга содержанием углерода, а также титана (до 0,8 %). Теплоемкость этих сталей су­щественно зависит от температуры, и при нормальной температуре равна 5∙10² Дж/(кг∙К). Теплопроводность увеличивается с темпера­турой и может быть описана выражением Т,Вт/(м∙К). Наиболее применяемыми из высоколегированных хромо-никелевых сталей являются стали 20Х13Н18, 36Х28Н25С2, 20Х25Н20С2 с рабочей температурой до 1100°С. Хромоникелевые стали хорошо свариваются автогеном и электро­сваркой.