Jesu li legirani čelici otporni na toplinu?
Legirani čelik je ugljični čelik kojem su dodane kontrolirane količine elemenata kao što su krom, molibden, nikal, vanadij, volfram, mangan i silicij kako bi se modificirala svojstva. Dodaci mijenjaju prokaljivost, čvrstoću i žilavost, a kada su krom, silicij, aluminij ili molibden prisutni u pravoj ravnoteži, mijenjaju i ponašanje čelika na visokoj temperaturi. Budući da je legirani čelik skupina, a ne jedan materijal, otpornost na toplinu u potpunosti ovisi o stupnju, radnoj temperaturi i atmosferi.
Otpornost na toplinu u čeliku zapravo su tri svojstva koja djeluju zajedno. Prvi je otpornost na oksidaciju i kamenac: površina mora nastaviti stvarati gusti, prianjajući oksid koji ostaje na mjestu umjesto da se ljušti i izlaže svježi metal. Drugo je stabilnost strukture: mikrostruktura ne smije omekšati ili se sferoidizirati i izgubiti čvrstoću dok je vruća. Treće je otpornost na puzanje: materijal se mora oduprijeti sporoj, trajnoj deformaciji pod dugotrajnim opterećenjem na temperaturi. Kaljeni i poboljšani legirani čelik kao što je 4140 može biti vrlo jak na sobnoj temperaturi, ali izgubiti veći dio te čvrstoće iznad otprilike 300 stupnjeva, dok vrsta cijevi od krom-molibdena može pružiti desetljeća pouzdane upotrebe iznad 500 stupnjeva.
Što kontrolira otpornost na toplinu u legiranom čeliku
Legirajući elementi obavljaju specifične poslove. Krom je element koji čini čelik otpornim na toplinu na zraku, jer potiče zaštitnu ljestvicu krom-oksida. Molibden i volfram povećavaju otpornost na vruće i puzanje. Vanadij i niobij tvore stabilne karbide koji su otporni na ogrubljivanje, što je ono što čuva otpornost na puzanje tijekom dugog izlaganja. Silicij i aluminij podržavaju stvaranje oksidnog sloja. Nikal stabilizira austenit i čuva žilavost na temperaturi. Nizak -sadržaj ugljika je također važan, jer prekomjerni ugljik smanjuje zavarljivost i potiče nestabilnost karbida na temperaturi.
| Element | Doprinos kod povišene temperature |
|---|---|
| Krom | Stvara gustu oksidnu naslagu koja se samo{0}}popravlja; otporan na oksidaciju i kamenac |
| Molibden | Povećava toplotnu čvrstoću i otpornost na puzanje; stabilizira karbide |
| Vanadij, niobij | Fini stabilni karbidi koji usporavaju omekšavanje i puzanje |
| Silicij, aluminij | Podržava stvaranje oksidnog sloja i unutarnju otpornost na oksidaciju |
| nikal | Stabilnost i žilavost austenita na temperaturi |
Tipični raspon usluga tvrtke Steel Family
Donja tablica sažima uobičajene inženjerske raspone navedene u industrijskoj praksi za glavne obitelji koje se koriste u opremi za cijevi, cijevi i tlačnu opremu. Stvarne dopuštene vrijednosti naprezanja uvijek proizlaze iz važećeg kodeksa projektiranja i specifične specifikacije razreda.
| Čelična obitelj | Tipične ocjene | Uobičajeni gornji raspon usluge |
|---|---|---|
| Ugljik i ugljik-mangan | ASTM A106 stupanj B, GB/T 700 Q235B | Oko 425 stupnjeva |
| 1.25Cr-0.5Mo niskolegirana | ASTM A335 P11 | Oko 540 do 595 stupnjeva |
| 2.25Cr-1Mo niskolegirana | ASTM A335 P22 | Oko 580 do 620 stupnjeva |
| 9Cr-1Mo-V niskolegirana | ASTM A335 P91 | Oko 600 do 650 stupnjeva |
| Austenitni nehrđajući | ASTM A312 TP304H, TP316H, TP347H | 650 stupnjeva i više |
Gdje se koristi-legirani čelik otporan na toplinu
Kotlovske cijevi, cijevi pregrijača i dogrijača u postrojenjima za proizvodnju električne energije.
Cijevi izmjenjivača topline i kondenzatora u rafinerijama, petrokemijskim i kemijskim postrojenjima.
Parni kolektori, vruće ponovno zagrijavanje i glavni cjevovod pare gdje vijek puzanja upravlja dizajnom.
Dijelovi peći, nosači cijevi za zračenje, rekuperatori i visokotemperaturni kanali.
Alati za vrući rad kao što su kalupi za kovanje i umetci za tlačno lijevanje koji moraju biti otporni na omekšavanje.
Automobilske i industrijske komponente ispušnih plinova koje kruže između sobne i visoke temperature.
Napomene o rezanju, oblikovanju i zavarivanju
Legura-čelika otporna na toplinu je čvrsta i abrazivna, pa se rezanje obično vrši abrazivnim reznim-pločama, tračnom pilom s oštricom od karbida ili bi-metala ili plazma plamenikom na debljim dijelovima. Pretjerana toplina rezanja može očvrsnuti rezni rub ili uvesti mikropukotine, stoga rezove treba raditi ravnomjerno, uz hlađenje gdje je to moguće, a zahvaćenu zonu treba obraditi prije zavarivanja. Oblikovanje se vrši vruće ili u žarenom stanju za niskolegirane stupnjeve, jer hladno oblikovanje debelih krom-molibdenskih presjeka može popucati.
Zavarivanje slijedi važeći građevinski kodeks s odgovarajućim ili ekvivalentnim izborom dodatnog materijala, kontroliranim unosom topline i potvrđenom međuprolaznom temperaturom. Vrste krom-molibdena obično trebaju prethodno zagrijavanje i toplinsku obradu nakon-zavarivanja kako bi se izbjegle tvrde zone osjetljive na pukotine-zahvaćene toplinom, a austenitne vrste trebaju niskougljično ili stabilizirano punilo kako bi se oduprlo osjetljivosti. Bez obzira na stupanj, unos topline, zaštita korijena i čistoća odlučuju hoće li spoj dati trajanje puzanja predviđeno dizajnom.
Točke inspekcije i uobičajene zamke
Naručivanje isključivo prema riječima otporan na toplinu, a ne prema određenom stupnju i specifikaciji.
Zamjena nižeg stupnja legure za-kritičnu uslugu puzanja uz pretpostavku da je dovoljan bilo koji legirani čelik.
Zanemarivanje stvaranja kamenca i korozije, što je ono što zapravo završava životni vijek mnogih vrućih komponenti.
Preskakanje toplinske obrade nakon-zavarivanja na spojevima od krom-molibdena i ostavljanje tvrdih zona.
Ignoriranje podataka o vlačnosti i puzanju pri visokoj temperaturi kada projektirana temperatura prelazi oko 400 stupnjeva.
FAQ
P: Je li legirani čelik otporan na toplinu?
Neki legirani čelici su otporni na toplinu, ali većina nije. Legirani čelici-opće namjene koji se koriste za alate, zupčanike i strukture brzo gube čvrstoću iznad oko 200 do 300 stupnjeva. Obitelji otpornih na toplinu su niskolegirani krom-molibden, martenzitni i feritni otporni na toplinu te austenitni nehrđajući čelici i čelici otporni na toplinu.
P: Koji element čini čelik otpornim na toplinu?
Krom je ključni element za otpornost na oksidaciju jer stvara zaštitni oksidni kamenac. Molibden, vanadij i niobij tada osiguravaju otpornost na puzanje. Čelik otporan na toplinu treba pravu kombinaciju, a ne jedan dodatak.
P: Hoće li legirani čelik hrđati na otvorenom?
Da. Većina legiranih čelika sadrži željezo kao glavni element i oksidira kad je izložen vlazi i kisiku. Samo vrste otporne na hrđu, kao što su nehrđajući čelici i čelici na vremenske uvjete, formulirane su da budu otporne na atmosfersku koroziju, a čak i oni mogu promijeniti boju ili ostaviti mrlje u agresivnim uvjetima.
P: Do koje temperature se mogu koristiti cijevi od ugljičnog čelika?
Ugljični i ugljično-manganski čelik kao što je ASTM A106 stupanj B obično je ograničen na oko 425 stupnjeva u kontinuiranoj upotrebi zbog oksidacije i grafitizacije. Iznad te razine obično se odabire niska legirana -krom.
P: Je li legirani čelik teže rezati od ugljičnog čelika?
Da. Legirajući elementi stvaraju tvrde karbide, pa je legirani čelik abrazivniji i otporniji na rezanje i oštrenje. Koristite abrazivni ili karbidni alat, držite umjerene brzine i kontrolirajte toplinu koju stvara rez.
P: Koja je razlika između čelika otpornog na toplinu i nehrđajućeg čelika?
Preklapaju se, ali nisu isti. Čelici otporni na toplinu odabrani su uglavnom zbog oksidacije i svojstva puzanja pri temperaturi, dok su nehrđajući čelici odabrani uglavnom zbog otpornosti na koroziju pri sobnoj ili umjerenoj temperaturi. Austenitni nehrđajući tipovi kao što je TP316H imaju obje uloge.
