Čelični odljevci otporni na toplinu i njihova toplinska obrada

Čelični odljevci otporni na toplinu su dijelovi lijevani od legiranog čelika otpornog na toplinu kao sirovine. U uvjetima visoke temperature, čelik otporan na oksidaciju, dovoljnu čvrstoću na visoke temperature i dobru otpornost na toplinu naziva se čelik otporan na toplinu. Čelik otporan na toplinu prema svojim svojstvima može se podijeliti u dvije vrste: čelik otporan na oksidaciju i čelik otporan na toplinu. Antioksidacijski čelik također se naziva čelik bez kože. Čelik vruće čvrstoće odnosi se na čelik koji ima dobru otpornost na oksidaciju na visokim temperaturama i visoku čvrstoću na visokim temperaturama. U slučaju istog kemijskog sastava, lijevano stanje ima veću toplinsku čvrstoću od valjanog stanja. Dijelovi od lijevanog čelika otpornog na toplinu zauzimaju veliki udio u području čelika otpornog na toplinu.

Neki visokolegirani čelici otporni na toplinu teško se obrađuju i deformiraju. Proizvodnja odljevaka ne samo da je isplativija od valjanih proizvoda, već odljevci imaju veću izdržljivost. Stoga lijevani čelik otporan na toplinu zauzima značajan udio čelika otpornog na toplinu. Osim lijevanja u pijesku, tehnike preciznog lijevanja također se mogu koristiti za dobivanje proizvoda glatkih površina i preciznih dimenzija. Centrifugalno lijevanje često se koristi za visokotemperaturne pećne cijevi za krekiranje sintetskog amonijaka i etilena

Prema metalografskoj strukturi u normaliziranom stanju, lijevani čelik otporan na toplinu može se podijeliti u četiri kategorije: perlitni čelik otporan na toplinu, martenzitni čelik otporan na toplinu, feritni čelik otporan na toplinu i austenitni čelik otporan na toplinu.

 

1. Perlitni lijevani čelik otporan na toplinu

Legirajući elementi perlitnog lijevanog čelika otpornog na toplinu uglavnom su krom i molibden, a ukupna količina općenito ne prelazi 5%. Osim perlita i ferita, njegova struktura također ima bainit. Ova vrsta čelika ima dobru otpornost na visoke temperature i performanse procesa na 500-600 ℃. Naširoko se koriste za izradu dijelova otpornih na toplinu ispod 600 ℃, kao što su čelične cijevi kotlova, impeleri parnih turbina, rotori, pričvrsni elementi, visokotlačne posude, cjevovodi itd. Tipični stupnjevi su: 16Mo, 15CrMo, 12Cr1MoV, 12Cr2MoWVTiB, 10Cr2Mo1 , 25Cr2Mo1V, 20Cr3MoWV, itd.

Toplinska obrada odljevaka od perlitnog čelika otpornog na toplinu uglavnom se normalizira ili kali i popušta kako bi se dobila stabilna struktura, dobra sveobuhvatna mehanička svojstva i potrebna čvrstoća u uvjetima visoke temperature.

 

2. Martenzitni lijevani čelik otporan na toplinu

Sadržaj kroma u martenzitnom lijevanom čeliku otpornom na toplinu općenito je 7-13%. Ima veću otpornost na visoke temperature, otpornost na oksidaciju i otpornost na koroziju vodenom parom ispod 650 ℃, ali njegova zavarljivost je loša. 1Cr13, 2Cr13 koji sadrže oko 12% kroma i vrste čelika razvijene na ovoj osnovi kao što su 1Cr11MoV, 1Cr12WMoV, 2Cr12WMoNbVB i druge legure obično se koriste za izradu lopatica parne turbine, diskova, osovina, spojnih elemenata itd. Osim toga, 4Cr9Si2, 4Cr10Si2Mo itd. koji se koriste u proizvodnji ispušnih ventila za motore s unutarnjim izgaranjem također su martenzitni čelici otporni na toplinu.

Uobičajeni postupak toplinske obrade za martenzitne čelične odljevke otporne na toplinu je normalizacija + kaljenje.

 

3. Feritni lijevani čelik otporan na toplinu

Feritni lijevani čelik otporan na toplinu sadrži više kroma, aluminija, silicija i drugih elemenata, tvoreći jednofaznu feritnu strukturu, koja ima dobru otpornost na oksidaciju i otpornost na koroziju plinova na visokim temperaturama, ali njihova čvrstoća na visokim temperaturama je niska, na sobnoj temperaturi Krtost je veća i zavarljivost je loša. Kao što su 1Cr13SiAl, 1Cr25Si2, itd. Feritni lijevani čelik otporan na toplinu općenito se koristi za izradu dijelova koji podnose mala opterećenja i zahtijevaju otpornost na oksidaciju pri visokim temperaturama.

Toplinska obrada feritnih čeličnih odljevaka otpornih na toplinu općenito uključuje žarenje kako bi se smanjio stres, a zatim brzo hlađenje (kako bi se brzo prošlo kroz zonu krhkosti od 400-500 ℃).

 

4. Austenitni lijevani čelik otporan na toplinu

Austenitni lijevani čelik otporan na toplinu sadrži više elemenata koji tvore austenit kao što su nikal, mangan, dušik itd., na temperaturama iznad 600°C, ima dobru visokotemperaturnu čvrstoću i strukturnu stabilnost te dobre performanse zavarivanja. Obično se koristi kao materijal otporan na toplinu koji djeluje iznad 600°C. Tipične kvalitete su 1Cr18Ni9Ti (321), 1Cr23Ni13 (309), 0Cr25Ni20 (310S), 1Cr25Ni20Si2 (314), 2Cr20Mn9Ni2Si2N, 4Cr14Ni14W2Mo, itd.

Austenitni antioksidacijski čelik može se tretirati toplinskom obradom otopinom na visokoj temperaturi kako bi se postigla dobra hladna deformacija. Austenitni čelik visoke čvrstoće najprije se tretira visokotemperaturnim tretmanom otopinom, a zatim se provodi tretman starenjem na 60-100 ℃ višoj od temperature uporabe kako bi se stabilizirala struktura i precipitirala druga faza za jačanje matrice.

 

Upotreba čeličnih odljevaka otpornih na toplinu

Čelik otporan na toplinu često se koristi za proizvodnju dijelova i komponenti koje rade na visokim temperaturama u industrijskim sektorima kao što su kotlovi, parne turbine, energetski strojevi, industrijske peći te zrakoplovna i petrokemijska industrija. Uz visokotemperaturnu čvrstoću i otpornost na visokotemperaturnu oksidaciju i koroziju, ovi dijelovi također zahtijevaju dostatnu žilavost, dobru obradivost i zavarljivost te određeni stupanj stabilnosti strukture u skladu s različitim upotrebama.

 

Neki tipovi legiranog čelika otpornog na toplinu i njihova primjena
Vrsta čelika	Radna temperatura i primjene
00Cr12	Antioksidacijska temperatura 600 ~ 700 ℃, koristi se kao visoka temperatura, visokotlačno tijelo ventila, plamenik
0Cr13Al	Primjenjivi temperaturni raspon 700~800 ℃, lopatica kompresora plinske turbine
1Cr17	Antioksidacija na temperaturama ispod 900 ℃, koristi se kao visokotemperaturni dijelovi i mlaznice za peći
1Cr12	Otpornost na oksidaciju i visoka čvrstoća na visokim temperaturama u temperaturnom rasponu od 600~700 ℃ i koristi se za visokotemperaturne dijelove lopatica parne turbine, mlaznica i ventila plamenika kotla.
1Cr13	Temperatura otpornosti na oksidaciju je 700 ~ 800 ℃, a njegova upotreba je ista kao kod čelika 1Cr12
0Cr18Ni9，1Cr18Ni9Ti	Antioksidacijska temperatura ispod 870 ℃, može se koristiti kao površinska cijev za grijanje kotla, dijelovi peći za grijanje, izmjenjivač topline, prigušna peć, pretvarač, mlaznica
0Cr18Ni10Ti, 0Cr18Ni11Nb	Otporan je na visokotemperaturnu koroziju i oksidaciju u temperaturnom rasponu od 400 ~ 900 ℃ i može se koristiti za cijevne spojnice čija je radna temperatura ispod 850 ℃
0Cr23Ni13	Temperatura protiv oksidacije do 980 ℃, koristi se za vatrogasnu cijev plamenika, lopaticu parne turbine, tijelo peći za grijanje, uređaj za konverziju metana, uređaj za odvajanje na visokoj temperaturi
0Cr25Ni20	Temperatura protiv oksidacije do 1035 ℃, koristi se za grijanje dijelova peći; dijelovi sustava za prijenos plina s radnom temperaturom ispod 950 ℃
0Cr17Ni12Mo2, 0Cr19Ni13Mo2	Temperatura protiv oksidacije nije niža od 870 ℃, radna temperatura je 600 ~ 750 ℃, cijevi izmjenjivača topline i pribor za peći za kemijsku industriju i rafiniranje nafte.
0Cr17Ni7Al	Visokotemperaturni nosivi dijelovi s radnom temperaturom ispod 550 ℃