Жаропрочная нержавеющая труба — тех.характеристики и сфера применения. Нержавеющая сталь жаростойкая

Понятие жаропрочности

Данное свойство металлов определяет их устойчивость к коррозии при воздействии высоких температур. В агрессивной среде жаропрочная сталь не разрушается и не деформируется.

Для придания особых свойств металлу в него добавляют кремний, хром и другие вещества со схожими свойствами Источник mprokat.ru

Применяется данный материал в производстве деталей, контактирующих с температурным режимом свыше 550 градусов и подверженные вибрационным нагрузкам: турбины, отопительные котлы, компрессоры и прочее. Для того чтобы повысить показатель жаропрочности, в металлические сплавы добавляют определенные вещества:

• хром;
• алюминий;
• никель;
• кремний.

Задача таких добавок — создать защитный слой. Данные вещества при контакте с металлом во время нагревания образуют на нем тонкую пленку, которая снижает окисление. В зависимости от количества добавляемых веществ будет регулироваться уровень жаропрочности.

При содержании хрома до 8% сталь будет выдерживать 750 градусов, а увеличение примеси до 25% позволит поднять показатель температуры до 1100 градусов Источник metalloprokat-63.ru

При производстве жаропрочной стали она проходит определенное тестирование. Первым делом полученный сплав нагревают до конкретной температуры, а затем на него воздействуют растягиванием. После удачного тестирования готовая продукция допускается к реализации.

Трубы Kamintherm

Сталь AISI 304 – это высоколегированная хромникелевая нержавеющая сталь. Кроме того она является аустенитной сталью с низким содержанием углерода. В отличие от других марок сталей, сталь AISI 304 востребована, из-за своего высокого качества и приемлемой цене. В производстве дымоходов эта сталь незаменима в качестве внешнего кожуха. В частности из этой стали изготавливается внешняя оболочка утепленных дымоходов Schiedel ICS и дымоходов российского производства.

Сталь AISI 316 – это улучшенный, за счет добавления молибдена, аналог AISI 304. Эта сталь имеет хорошее коррозионное сопротивление в большинстве агрессивных сред и отличную кислотоустойчивость. Кроме того, она не критична высокой температуре. Сталь AISI 316 является оптимальным вариантом для дизельных и газовых аппаратов. Эта сталь используется для изготовления внутренней трубы в дымоходах Schiedel ICS.

Сталь AISI 444- кислотоустойчивая сталь, является аналогом AISI 316. Она может применяться в агрессивных средах с соблюдением строгих требований к температурному режиму. Из стали данной марки изготовлена внутренняя труба в дымоходах Schiedel Permeter

Сталь AISI 321 – коррозионностойкая, жаростойкая, жаропрочная нержавеющая сталь с длительным сроком службы. Рекомендуемая температура применения стали от 600 до 800°С. Применяется для изготовления дымоходов с высокими температурами дымовых газов – банных печей, котлов на каменном угле, бытовых котлов, банных печей и теплообменников.

Сталь AISI 310 – жаростойкая, жаропрочная сталь, имеет превосходное сопротивление окислению, хорошую прочность в высоких температурах и хорошую свариваемость, чем обусловлено ее широкое применение. Применяется для нагревательных элементов сопротивления и приборов с высокой температурой горения.

Марки сталей, применяемые в производстве дымоходов

Стали марок AISI 409 и AISI 430 – жаростойкие нержавеющие стали общего применения с довольно низкими показателями. Они находят применение в областях с мягко коррозийной средой, или где необходимо сопротивление в умеренных температурах. Применяется в автомобилестроении, архитектуре и для изготовления декоров.

Сталь AISI 201 имеет достаточно высокую прочность и отличную способность к деформации. Благодаря своему сбалансированному химическому составу эта сталь обладает неплохой коррозионной стойкостью в органических, кислотных и других слабо агрессивных средах.

Особенности жаропрочной стали

Преимущества жаропрочных изделий очевидны:

• При постоянном и долгом воздействии высоких температур эксплуатационные свойства металла остаются неизменными.
• Повышается устойчивость к механическим воздействиям. В условиях агрессивной среды сплав сохраняет свою прочность.
• Несмотря на влияние газовой среды и взаимодействие с кислотами стальной сплав сохраняет первоначальный химический состав.
• Добавляемые в сплав вещества придают ему свойство коррозионной устойчивости.

Основная классификация жаропрочных стальных сплавов выстроена в зависимости от входящих в ее состав дополнительных элементов Источник metall-gipermarket.ru
По длительности воздействия агрессивной среды жаропрочную сталь можно разделить на типы длительного и кратковременного нагрева. Для стали длительного нагрева характерна выдержка высоких температур долгое время. Однако при этом значение температурного режима не достигает критической отметки. В случае со сталью кратковременного нагрева ее применение требуется там, где происходят резкие скачки температуры до нескольких тысяч градусов.

Но все же данные параметры не являются определяющими для классификации жаропрочной стали по типам. Основным фактором здесь выступают дополнительные примеси, наделяющие сплав особыми свойствами.

Виды жаропрочной стали

Выделяют несколько видов стали в зависимости от ее внутренней структуры:

• мартенситная;
• перлитная;
• аустенитная;
• мартенситно-ферритная.

Увеличенный снимок куска мартенситной стали позволяет увидеть игольчатую структуру металла Источник gendocs.ru
Жаропрочную сталь делят ещё на два типа:

• ферритная;
• аустенитно-ферритная.

Здесь определяющим является входящий в состав феррит.

Марки жаропрочной стали мартенситного типа

Самые популярные марки:

• X5. Предназначается для труб, используемых при температурном режиме 650 градусов. На большую температуру данная марка не рассчитана.
• 1Х8ВФ. Применяется для изготовления деталей паровых турбин. Выдерживает температуру 500 градусов. При этом срок их эксплуатации равен 10 000 часам.
• Несколько марок объединены в одну группу, так как имеют схожие характеристики: Х5М, Х5ВФ, 1 Х8ВФ, Х6СМ, 1 Х12Н2ВМФ. Предназначаются для элементов, изготовленных для эксплуатации при температурном режиме от 500 до 600 градусов. Срок службы деталей варьируется от 1000 часов до 10 000 часов.
• Ещё две марки объединены по общим показателям: 3Х13Н7С2, 4Х9С2. Из них изготавливаются клапаны транспортных двигателей. Способны выдержать температуру от 850 до 950 градусов.

Нержавеющая сталь относится к прочным материалам, устойчивым к коррозии и высоким температурам Источник 90zavod.ru
Мартенситные стали имеют в составе перлит. При повышении уровня хрома в сплаве он меняет свое состояние. Марки стали, содержащей перлит и хром:

• Х13Н7С2.
• Х6СМ.
• Х6С.
• Х10С2М.
• Х7СМ.
• Х9С2.

Принцип производства мартенситных сталей заключается в соединении составных элементов и дальнейшей их закалки при температуре 1000 градусов. Для повышения уровня жаропрочности происходит отпуск сплава при температурном режиме 8100 градусов. Именно эта процедура позволяет стали выдерживать длительное нагревание.

Марки ферритных сплавов

В таких соединениях содержится порядка 30% хрома. Мелкозернистая структура металла приобретается путем отжига. К таким сталям относят:

• Х28.
• 1Х12СЮ.
• Х25Т.
• Х17.
• 0Х17Т.
• Х18СЮ.

Производство ферритной стали проходит этапы закалки, обжига, а впоследствии отпуска. Из-за мелкозернистой структуры нагрев сплава может производиться только при температуре 180 градусов. Увеличение температурного режима приведет к нарушению целостности и сделает сплав хрупким. Используются такие сплавы в основном для теплообменных устройств.

Марки нержавеющей стали для изготовления дымоходов

При покупке модульных дымоходных систем необходимо узнать, из какой стали они изготовлены. В продаже можно встретить дымоходы, которые примерно в полтора раза дешевле, чем остальные изделия этой категории. При их производстве используется сталь AISI 201 (12Х15Г9НД). По международным стандартам, необходимо применять сталь марки AISI 321 (08Х18Н12Т), стоимость которой примерно в 2 раза превышает стоимость AISI 201. Визуально отличить AISI 201 от AISI 321 невозможно, к тому же оба сплава немагнитны. Различить их можно только путем проведения химического анализа.

Различия по химическому составу

Сталь марки AISI 201 имеет невысокие антикоррозионные характеристики, неустойчивость структуры, риск появления трещин при вытяжке. Ее применение приведет к скорому выходу дымохода из строя из-за быстро развивающейся коррозии. В основном эта сталь распространена в Китае и Индии.

Известные зарубежные и добросовестные российские производители, помимо стали AISI 321, используют высоколегированные сплавы, стабилизированные Ti. Они отличаются кислото- и жаростойкостью. Использование для газоотводящих труб более дешевых сталей (AISI 409, AISI 430), не отвечающих требованиям по кислотостойкости, приводит к их выходу из строя вскоре после начала отопительного сезона.

Мартенсит и феррит — марки стали

Стоит отметить, что сталь может быть мартенситно-ферритной. Такой материал используют в машиностроении. Отличительной особенностью является устойчивость к температуре 600 градусов. При таком воздействии, даже длительном, эксплуатационные свойства стали не изменяются.

Марки стали такого состава:

• 2Х12ВМБФР;
• Х6СЮ;
• 1Х12В2МФ;
• 1Х13;
• 1Х12ВНМФ;
• 1 Х11МФ.

Характеристикой состава мартенситно-ферритных сплавов является присутствие хрома не более 14% и не менее 10%. В качестве добавочных металлов используют вольфрам, ванадий и молибден.

Аустенитная и аустенитно-ферритная сталь

Особенностями таких сплавов является присутствие никеля, который формирует структуру материала, а также хрома, обеспечивающего жароустойчивость. В некоторых марках стали этой категории наблюдается присутствие титана и ниобия.

Аустенитная сталь является нержавеющей. Она устойчива к образованию окалины при воздействии рабочей среды до 1000 градусов.

Маркировка указывает на состав стали: 12 – процент углерода, Х18 – процент хрома, Н10 – процент никеля, Т – наличие титана (не более 1%) Источник tehenergomash.ru

Жаропрочные составы делятся на две категории:

• гомогенные;
• дисперсионно-твердеющие.

Гомогенные стали используются для изготовления арматуры, труб с эксплуатацией при повышенных нагрузках. Воздействие на конструкцию происходит не только на температурном уровне, но и с высоким давлением и ударных нагрузках. К маркам этого вида стали относят:

• 1Х14Н16Б.
• Х25Н20С2.
• 1Х14Н18В2Б.
• Х25Н16Г7АР.
• Х18Н12Т.
• Х23Н18.
• Х18Н10Т.

Дисперсионно-твердеющие составы применяются для изготовления турбинного оборудования и моторных клапанов. Для них характерен долгий и регулярный нагрев, а также частое охлаждение. Перепады температурного режима не сказываются на эксплуатационных характеристиках сплава. Марки дисперсионно-твердеющей стали:

• 0Х14Н28В3Т3ЮР.
• Х12Н20Т3Р.
• 4Х14Н14В2М.
• 4Х12Н8Г8МФБ.

Аустенитная сталь относится к разряду дисперсионно-твердеющих составов. Для высоких качественных показателей в них добавляют карбид, а также интерметаллидный уплотнитель. Применяется такая жаропрочная сталь для печи. Состав может выдерживать температуру равную 700 градусам.

Аустенитные и аустенитно-ферритные металлы делятся на три категории:

• с пониженным содержанием добавочных металлов;
• сплавы с повышенным содержанием карбидов;
• сталь с присутствием интерметаллидного упрочнения.

Применение жаропрочных нержавеющих сталей

Использование жаропрочных сплавов той или иной марки обусловлено особенностями среды эксплуатации, нагрузками:

• 20Х20Н14С2 (AISI 309) – из стали этой марки производят детали и узлы термических печей, конвейеров, ящиков для цементации;
• 20Х23Н18 (AISI 310) используется для изготовления деталей конвейерных лент транспортеров печей, установок термической обработки, камер сжигания топлива (включая двигатели внутреннего сгорания), моторов, газовых турбин, дверей;
• 10Х23Н18 (AISI 310S) применяют в основном в механизмах, установках и агрегатах для транспортировки горячих газов – турбины, аппараты для конверсии метана, выхлопные системы, газопроводы высокого давления, нагревательные элементы;
• 20Х25Н20С2 (AISI 314) находит применение в области строительства печей – металлопродукция из нержавеющей жаропрочной стали этой марки используется для изготовления печных экранов, роликов, котельных подвесок.

Тугоплавкие металлы

Входящие в стальной сплав тугоплавкие металлы придают дополнительные свойства, повышая жаропрочность стали. Такие металлы могут выдерживать температуру от 1000 до 2000 градусов. Тугоплавкая сталь подвержена деформациям. При высокой температуре ее структура разрушается. Для того чтобы сохранить прочность такой стали в сплав добавляют иные вещества. Наиболее распространенные составы жаропрочных сплавов на основе тугоплавких металлов:

• вольфрам, как основной металл, и рений в качестве легирующего вещества (30%);
• железо как основа (48%), а добавочные вещества: ниобий – 15%, молибден – 5%, цирконий – 1%;
• ванадий (60%) и легирующий ниобий (40%);
• вольфрам и тантал в равно соотношении – 10%.

Существуют сплавы, которые способны выдерживать огромные температуры, даже свыше 3000 градусов:

• Вольфрам. Не реагирует на агрессивную среду. Его порог температуры — 3410 градусов.
• Рений. Наиболее жаропрочный металл, который способен выдержать температуру 3180 градусов.
• Тантал. Не менее жаропрочен, чем рений. Его максимальная прочность определяется температурой 3000 градусов.
• Молибден. Выдерживает нагрев до 2600 градусов.
• Ниобий – 2415 градусов.
• Гафний. Используется в сплавах, которые впоследствии будут применяться при накале в 2000 градусов.
• Ванадий. На него можно воздействовать средой в 1900 градусов.
• Цирконий. Эксплуатируется при 1855 градусов максимально.

Специальные добавки во время закалки окисляются, что служит защитой от воздействия окружающей среды Источник krepej-metiz.ru
Принимая во внимание описанные свойства и характеристики жаропрочной стали, можно сделать вывод, что классификация выстраивается в зависимости от следующих показателей:

• допустимый температурный режим, при котором сплав не деформируется;
• период нагревания металла;
• стойкость к кислотной среде и повышенной влажности.

Никелевые сплавы

Жаропрочные стали могут быть изготовлены из никеля с содержанием его в соотношении 55%. Также возможно применение никеля с железом (65%). Такой состав повышает жаропрочность и делает сплав более прочным. В качестве легирующего компонента выступает хром, который находится в соотношении не более 23%.

Наиболее популярны марки жаропрочной стали на основе никеля:

• ХН78Т.
• ХН60В.
• ХН78МТЮ.
• ХН67ВМТЮ.
• ХН77ТЮ.
• ХН70.
• ХН70МВТЮБ.

Находящиеся в составе жаропрочной стали на основе никеля примеси алюминия и хрома образуют оксидную пленку, которая служит защитой от внешнего воздействия Источник u-metall.ru
Некоторые виды марок используются для конкретных изделий:

• ХН35ВМТ, ХН35ВТ – роторы в качестве турбинного оборудования;
• ХН5ВМТЮ – детали газовых коммуникаций;
• ХН35ВТЮ – составные детали для компрессоров, например, диски;
• ХН5ВТР – некоторые детали конструкции турбины.

Жаропрочные марки стальных сплавов способы работать при повышенных температурах. В зависимости от состава сплава зависят их эксплуатационные характеристики. Легирующие компоненты придают прочность металлу, предел которой зависит от типа дополнительного вещества. В совокупности все показатели влияют на сферу применения изделий из жаропрочной стали. Некоторые марки используются только лишь в промышленных целях, а другие подходят для бытового применения.

Расшифровка марок

Маркировка легированных сталей состоит из букв и цифр. В начале ставится двузначное число, которое характеризует количество углерода в сотых долях %. Далее следуют буквы русского алфавита, обозначающие определенный элемент:

• Х – хром;
• Н – никель,
• Т – титан;
• В – вольфрам;
• Г – марганец;
• М – молибден;
• Д – медь.

После буквенного обозначения легирующего элемента в расшифровке идет число, обозначающее его содержание в нержавеющей стали, округленное до целого процента. Если такой цифры нет, то добавка в сплаве находится в пределах – 1-1,5 %.

Выбор марки стали для печей или бани

Жаропрочные стали для использования в домашних условиях значительно отличаются от промышленных вариантов. Для печи, например, следует подбирать сплавы, способные разогреваться до 500 градусов. Причем возможно применение различных вариантов сплавов в зависимости от используемого элемента конструкции. Марки стали, в том числе жаропрочной, для отдельных деталей печи:

• 08Х17Т, AISI430 – подойдут для отделения топки. Если возникнут трудности с приобретением этих марок, то их сможет заменить сталь Ст-10.
• 08ПС, 08Ю – используются для тепловых щитов.
• Ст-3 – подходит для печного корпуса.
• Большинство марок жаропрочной стали могут применяться для печного заслона. В некоторых случаях может использоваться чугун.

Для постройки банной печи используется сталь, в которой содержится хром не менее 12%. Важно учитывать толщину стального листа. Для подобной конструкции он должен быть 5 мм. Жаропрочная сталь применяется для оборудования, отапливающего большую площадь.

Нержавеющие стали для пищевой индустрии

Коррозионностойкие стали незаменимы для отраслей промышленности, производящих оборудование, инструменты и посуду, предназначенные для контакта с пищевой продукцией. Их преимущества:

• Сопротивление различным видам коррозии – химической и электрохимической. В каждом конкретном случае необходимо подбирать марки, устойчивые к средам, с которыми они будут соприкасаться во время эксплуатации. Это – нормальные атмосферные условия, вода, соленая вода, кислые, щелочные, хлористые растворы.
• Хорошая обрабатываемость. Современные инструменты позволяют сваривать, резать, формовать и обрабатывать на токарных, фрезерных и сверлильных станках коррозионностойкие сплавы так же, как и «черные» стали.
• Соответствие санитарно-гигиеническим стандартам. Благодаря различным способам обработки – шлифованию, полировке до зеркального блеска – получают поверхность практически без пор и трещин, в которые могут проникать грязь и патогенные микроорганизмы.
• Хорошие механические характеристики. Благодаря ним, можно изготавливать изделия и конструкции меньшей толщины и массы без ухудшения технических свойств. Аустенитные стали более устойчивы к низким температурам, по сравнению с металлами общего назначения.
• Эстетика. Электрополировка, сатинирование и другие способы поверхностной обработки обеспечивают стильный вид продукции из «нержавейки».

Таблица свойств и областей применения нержавеющих сталей пищевых марок

Таблица сталей нержавеющих марок, применяемых в пищевой индустрии