Отливки из жаропрочных сталей и их термическая обработка

Date:11 Sep , 2022 Comment: 1008 By:RMC


Отливки из жаростойкой стали – это детали, отлитые из жаропрочной легированной стали в качестве сырья. В условиях высоких температур сталь с стойкостью к окислению, достаточной жаропрочностью и хорошей термостойкостью называется жаропрочной сталью. По своим свойствам жаропрочные стали можно разделить на два вида: стали стойкие к окислению и стали жаропрочные. Антиокислительную сталь также называют сталью без кожи. Горячепрочная сталь относится к стали, которая имеет хорошую стойкость к окислению при высоких температурах и высокую жаропрочность. При одинаковом химическом составе в литом состоянии термическая прочность выше, чем в прокатанном. Детали из литых жаропрочных сталей занимают большую долю в области жаростойких сталей. Некоторые высоколегированные жаропрочные стали плохо поддаются обработке и деформации. Производство отливок не только более экономично, чем прокат, но и отливки обладают более высокой выносливостью. Поэтому жаропрочная литая сталь занимает значительную долю жаростойкой стали. Помимо литья в песчаные формы, для получения изделий с гладкими поверхностями и точными размерами можно также использовать методы точного литья. Центробежное литье часто используется для труб высокотемпературных печей для крекинга синтетического аммиака и этилена.


По металлографической структуре в нормализованном состоянии жаропрочные литые стали можно разделить на четыре категории: перлитные жаропрочные стали, мартенситные жаропрочные стали, ферритные жаропрочные стали и аустенитные жаропрочные стали.

1. Перлитная жаропрочная литая сталь

Легирующими элементами перлитной жаропрочной литой стали в основном являются хром и молибден, а их общее количество обычно не превышает 5 %. Кроме перлита и феррита в его структуре присутствует еще и бейнит. Этот вид стали обладает хорошей жаропрочностью и технологическими характеристиками при температуре 500-600 ℃. Они широко используются для изготовления жаропрочных деталей ниже 600 ℃, таких как стальные трубы котлов, рабочие колеса паровых турбин, роторы, крепежные детали, сосуды высокого давления, трубопроводы и т. д. Типичные марки: 16Mo, 15CrMo, 12Cr1MoV, 12Cr2MoWVTiB, 10Cr2Mo1. , 25Cr2Mo1V, 20Cr3MoWV и др.
Термическую обработку отливок из перлитных жаропрочных сталей в основном проводят нормализацией или закалкой и отпуском с целью получения стабильной структуры, хороших комплексных механических свойств и требуемой прочности в условиях высоких температур.

2. Мартенситная жаропрочная литая сталь.

Содержание хрома в мартенситной жаропрочной литой стали обычно составляет 7-13%. Он обладает более высокой жаропрочностью, стойкостью к окислению и коррозионной стойкостью к водяному пару при температурах ниже 650 ℃, но его свариваемость плохая. 1Х13, 2Х13, содержащие около 12 % хрома, и разработанные на их основе марки стали 1Х11МФ, 1Х12ВМФ, 2Х12ВМоНбВБ и другие сплавы обычно применяют для изготовления лопаток паровых турбин, дисков, валов, крепежных деталей и т. д. Кроме того, 4Х9С2, 4Х10С2Мо, и др., применяемые при изготовлении выпускных клапанов двигателей внутреннего сгорания, также являются мартенситными жаропрочными сталями.
Обычный процесс термической обработки отливок из мартенситных жаропрочных сталей – нормализация + отпуск.

3. Ферритная жаропрочная литая сталь

Ферритная жаропрочная литая сталь содержит больше хрома, алюминия, кремния и других элементов, образуя однофазную ферритную структуру, которая имеет хорошую стойкость к окислению и стойкость к высокотемпературной газовой коррозии, но их жаропрочность низкая, при комнатной температуре Хрупкость больше, а свариваемость плохая. Например, 1Cr13SiAl, 1Cr25Si2 и т. д. Ферритная жаропрочная литая сталь обычно используется для изготовления деталей, выдерживающих небольшие нагрузки и требующих стойкости к высокотемпературному окислению.
Термическая обработка отливок из ферритной жаропрочной стали, как правило, предполагает отжиг для снятия напряжения, а затем быстрое охлаждение (для быстрого прохождения зоны хрупкости 400-500 ℃).

4. Аустенитная жаропрочная литая сталь.

Аустенитная жаропрочная литая сталь содержит больше аустенитообразующих элементов, таких как никель, марганец, азот и др., при температурах выше 600°С обладает хорошей жаропрочностью и структурной стабильностью, хорошими сварочными свойствами. Обычно используется как термостойкий материал, работающий при температурах выше 600°C. Типичные марки: 1Х18Н9Т (321), 1Х23Н13 (309), 0Х25Н20 (310С), 1Х25Н20С2 (314), 2Х20Мн9Н2С2Н, 4Х14Н14В2Мо и др.
Аустенитная антиокислительная сталь может быть подвергнута высокотемпературной термообработке на твердый раствор для получения хорошей деформации в холодном состоянии. Аустенитная жаропрочная сталь сначала обрабатывается высокотемпературной обработкой на твердый раствор, а затем проводится обработка старением при температуре на 60-100 ℃ выше температуры использования для стабилизации структуры и выделения второй фазы для укрепления матрицы.

Использование отливок из жаропрочной стали

Жаропрочная сталь часто используется для изготовления деталей и компонентов, работающих при высоких температурах, в таких отраслях промышленности, как котлы, паровые турбины, энергетическое оборудование, промышленные печи, авиационная и нефтехимическая промышленность. В дополнение к высокотемпературной прочности и стойкости к высокотемпературному окислению и коррозии, эти детали также требуют достаточной ударной вязкости, хорошей обрабатываемости и свариваемости, а также определенной степени структурной стабильности в зависимости от различных применений.


Некоторые марки жаропрочных легированных сталей и их применение

Марка стали Рабочая температура и применение
00Cr12 Температура защиты от окисления 600 ~ 700 ℃, используется в качестве корпуса клапана высокого давления, высокой температуры, горелки
0Cr13Al Применимый диапазон температур 700~800℃, лопатка компрессора газовой турбины
1Cr17 Антиокисление при температурах ниже 900 ℃, используемых в качестве высокотемпературных деталей и сопел для печей.
1Cr12 Стойкость к окислению и высокая термостойкость в диапазоне температур 600 ~ 700 ℃ и используется для высокотемпературных деталей лопаток паровых турбин, сопел и клапанов горелок котлов.
1Cr13 Температура стойкости к окислению составляет 700 ~ 800 ℃, и его использование такое же, как у стали 1Cr12.
0Cr18Ni9，1Cr18Ni9Ti Температура антиокисления ниже 870 ℃, может использоваться в качестве трубы поверхности нагрева котла, деталей нагревательной печи, теплообменника, муфельной печи, преобразователя, сопла.
0Cr18Ni10Ti, 0Cr18Ni11Nb Он устойчив к высокотемпературной коррозии и окислению в диапазоне температур 400–900 ℃ и может использоваться для фитингов, рабочая температура которых ниже 850 ℃.
0Cr23Ni13 Температура антиокисления до 980 ℃, используется для жаровой трубы горелки, лопатки паровой турбины, корпуса нагревательной печи, устройства преобразования метана, устройства высокотемпературного разделения.
0Cr25Ni20 Температура антиокисления до 1035 ℃, используется для нагрева деталей печи; детали газотранспортной системы с рабочей температурой ниже 950 ℃
0Cr17Ni12Mo2, 0Cr19Ni13Mo2 Температура антиокисления не ниже 870 ℃, рабочая температура составляет 600 ~ 750 ℃, трубы теплообменника и печная арматура для химической промышленности и нефтепереработки.
0Cr17Ni7Al Высокотемпературные несущие детали с рабочей температурой ниже 550 ℃