1.1 Жаропрочные стали

Перлитные, мартенситные и аустенитные жаропрочные стали по масштабам применения занимают ведущее место (табл. 1).

Стали перлитного класса используют для изготовления паропроводов, пароперегревателей и коллекторов энергетических установок, длительно работающих при температурах 500 – 550 . Критерием жаропрочности для них является предел ползучести с допустимой деформацией 1% за или ч. Жаропрочность обеспечивается структурой легированного феррита с равномерно распределенными в нем частицами карбидов. Перлитные жаропрочные стали являются низкоуглеродистыми, содержат от 0,08 до 0,15% углерода (иногда содержание углерода повышают до 0,2 - 0,3%) и не более 2 - 3% карбидообразующих элементов, из которых самые важные - молибден, хром и ванадий (12X1MФ, 25X2M1Ф).

Оптимальной термической обработкой является нормализация после нагрева до 1000 и последующий отпуск при температуре 650-750 в течение 2-3 ч. Перлитные стали удовлетворительно обрабатываются резанием и свариваются, по теплопроводности и тепловому расширению они близки к обычным конструкционным сталям.

Стали мартенситного класса используют для изготовления деталей энергетического оборудования (лопатки, диафрагмы, турбинные диски, роторы), работающих при температурах 600 - 620 . От перлитных сталей они отличаются повышенной стойкостью к окислению в атмосфере пара и топочных газов, а также повышенной жаропрочностью.

Критерий жаропрочности мартенситных сталей - предел ползучести с допустимой деформацией 0,1% за или 1% за ч. Различают две группы мартенситных сталей: с содержанием 10 - 12% Cr, добавками Mo, V, Nb, W и низким, в пределах 0,10 - 0,15%, содержанием углерода; сильхромы с содержанием 5 - 10% Cr, добавками кремния в количестве 2 -3% и повышенным содержанием углерода до 0,4%.

Высокая жаропрочность сталей первого типа (марки 15Х11МФ, 15Х12ВНМФ) достигается при закалке от 1000 – 1050 в масле на мартенсит с последующим отпуском при 600 - 740 на сорбит или троостит. Сильхромы (марки 40Х9С2, 40Х10С2М) закаливают после нагрева до 1030 и отпускают при 720 – 780 . Оптимальные свойства они имеют после обработки на сорбит. Из сильхромов изготавливают клапаны выхлопа двигателей внутреннего сгорания и крепёжные детали моторов.

Из аустенитных сталей изготавливают роторы, диски, лопатки газовых турбин, клапаны дизельных двигателей, работающие при температурах 600 - 700°С (09Х14Н16Б, 09Х14Н19В2БР, 45Х14Н14В2М). По жаропрочности превосходят перлитные и мартенситные стали. Основные легирующие элементы – Cr и Ni. Аустенитные стали содержат 0,1% C.

Выделяют три группы: однофазные стали, не упрочняемые термической обработкой (содержат карбонитриды титана или ниобия); стали с карбидным упрочнением (содержат карбидообразующие элементы W, Mo, Ti, Nb, V, а также бор); стали с интерметаллидным упрочнением (легированы Cr, Mo, W с добавками Al, Ti, Nb и Ta, являются самыми жаропрочными).

Термообработка этих сталей состоит из закалки и старения при температурах выше эксплуатационных. Аустенитные стали отличаются большой пластичностью, хорошо свариваются, но, в отличие от перлитных, труднее обрабатываются резанием и давлением [1].

Таблица 1 – Свойства жаропрочных сталей [3]