Жаростойкие стали

При газовой коррозии металл переходит в более устойчивое окисленное состояние за счет того, что окислительный компонент среды, отнимая у металла валентные электроны, одновременно вступает с ним в химическое соединение (оксид), который образует на поверхности металла оксидную пленку.

Сплошность пленок определяет их защитные свойства. Рост защитных пленок идет с самоторможением процесса по мере утолщения пленки.

Причины повышения жаростойкости при легировании сталей:

• Ионы легирующего элемента входят в решетку оксида основного компонента, уменьшая его дефектность и диффузионную проницаемость;

• Легирующий элемент образует на поверхности сплава свой защитный оксид, препятствующий окислению основного металла;

• Легирующий элемент с основным металлом образует двойные оксиды типа шпинелей (FeCr₂O₄, FeAl₂O₄), обладающие повышенными защитными свойствами.

• Основными легирующими элементами, повышающими жаростойкость сталей, являются Cr, Si, Al.

Ферритные хромистые и хромоалюминиевые стали

08Х17Т (ЭИ654), 12Х17, 15Х25Т, 05Х23Ю5.

К этой группе относят стали на основе 13…28% Cr с ферритной структурой.

Применяют для изготовления теплообменников, деталей аппаратуры химических производств и других изделий, не испытывающих значительных нагрузок и работающих длительное время при высоких температурах.

Хромоалюминиевые стали применяют в виде ленты и проволоки, используемой в качестве нагревательных элементов бытовых приборов, печей, реостатов. Они имеют высокое электрическое сопротивление в широком интервале температур.

Чем выше содержание Cr, Al, Si в сталях, тем больше температуры, при которых они сохраняют эксплуатационные свойства.

Кроме элементов, повышающих жаростойкость, эти стали легируют карбидообразующими элементами Ti, Nb, Mo, Zr, что препятствует обеднению твердого раствора хромом и предотвращает чрезмерный рост зерна. Эффективность карбидообразующих элементов проявляется, когда весь углерод связывается в специальные карбиды: при соотношении Ti/C=5…6, а Nb/C=10…12.

Стали ферритного класса обладают невысокой прочностью и жаропрочностью, высокой пластичностью и удовлетворительными технологическими свойствами.

Термообработкой является нормализация при 720…780⁰С.

Недостаток хромистых и хромоалюминиевых сталей: они могут охрупчиваться в процессах технологических нагревов и длительных выдержек при повышенных температурах в процессе эксплуатации.

Мартенситные хромоникелевые стали

15Х6СЮ, 40Х10С2М, 30Х13Н7С2.

Жаростойкие стали с повышенным содержанием углерода (до 0,5…0,8%) и легированные совместно Cr и Si имеют после закалки и нормализации мартенситную структуру. Их называют сильхромами.

Эти стали обладают хорошим сопротивлением газовой коррозии, высокой износостойкостью при трении и ударных нагрузках.

Их этих сталей изготовляют клапаны различных двигателей.

Термическая обработка сильхромов обычно состоит из закалки на мартенсит и высокого отпуска (слева). Для каждой стали температурный интервал нагрева под закалку и отпуск устанавливаются отдельно. Перегрев может вызвать значительный рост зерна, а недогрев – образование двухфазной структуры Ф+М, что снижает пластичность и жаропрочность стали.

Сильхромы подвержены отпускной хрупкости при медленном охлаждении после отпуска от 700…800⁰С: процесс охрупчивания происходит в интервале 500…600⁰С. Поэтому после отпуска применяют быстрое охлаждение (в масле или воде).