Жаростойкие и жаропрочные стали и сплавы: отличия, марки, применение

В современном мире критически важным стало наличие материалов с особыми свойствами. Это объясняется тем, что эксплуатация оборудования самого разного назначения происходит в условиях экстремальных нагрузок, высоких температур и воздействия агрессивных веществ. Широкое применение практически во всех сферах промышленности нашли множество видов и марок нержавеющих жаропрочных и жаростойких сталей.

Основные характеристики жаропрочных и жаростойких сталей

При покупке стали нужно четко представлять себе, какие свойства требуются от нее в данном конкретном случае применения. Рынок металла предлагает варианты, удовлетворяющие практически любым запросам. Но для грамотного выбора нужно ориентироваться в свойствах и технических характеристиках материала. Жаростойкие и жаропрочные стали и сплавы ценят за целый набор их практичных качеств:

• стойкость к воздействию экстремально высоких температур;
• высокая прочность при нагреве;
• минимальная ползучесть;
• стойкость к коррозии;
• возможность их применения для работы в агрессивных средах.

Чем жаропрочная сталь отличается от жаростойкой

Неопытный покупатель может совершить ошибку в интерпретации различных характеристик. В данном случае речь идет о жаропрочности и жаростойкости. Вопреки распространенному мнению, это не одно и то же.

Разница в понятиях:

1. Жаропрочные стали: сплавы железа с углеродом и добавлением различных присадок. Данные материалы способны находиться, не разрушаясь и без существенной остаточной деформации, в сложнонапряженном состоянии при высоких температурах (от 30% от температуры плавления) в течение определенного времени.
2. Жаростойкие (окалиностойкие) стали сопротивляются окислению в ненагруженном или слабонагруженном состоянии при нахождении в условиях высоких температур (свыше 550 °C) в газовых средах. При этом окисление в начальной стадии является чисто химическим явлением, но в дальнейшем это уже сложный процесс, совмещающий соединение кислорода и железа с диффузией атомов этих веществ через многофазовый окисленный слой с образованием окалины. Окалина представляет собой продукт окисления, образующийся при высокой температуре на поверхности некоторых сплавов при прямом воздействии кислорода.

Виды жаропрочных сплавов

По степени и типу жаропрочности жаропрочные сплавы делятся на две группы:

1. Длительного нагрева, выдерживающие длительное нахождение под нагрузкой в условиях высоких (но не критических) температур.
2. Краткосрочного нагрева, стойкие к кратковременному скачку сверхвысоких температур.

Следует учитывать, что существует множество комбинаций характеристик стали:

• степень жаропрочности и жаростойкости;
• уровни ползучести и длительной прочности;
• прочность в обычных условиях;
• пластичность и упругость;
• преимущественные виды нагрузок, на которые они рассчитаны: нагрузки под высокой температурой могут быть статические, динамические переменные, изгибающие, сжимающие, растягивающие, скручивающие, нагрузки разной частоты и амплитуды, динамическое воздействие скоростных газовых потоков и т.д.

Поэтому не существует универсального материала, пригодного для использования в любых сферах промышленности. Именно по этой причине созданы десятки марок стали, каждая из которых является лучшим вариантом в конкретных условиях эксплуатации с конкретными требованиями по набору специфических свойств. Для улучшения технических характеристик при производстве стали к железу добавляют различные добавки (легирующие присадки). Для жаропрочных и жаростойких сталей это чаще всего хром, марганец, кремний, алюминий, никель, титан, молибден и множество других, в том числе редкоземельных элементов. Именно количеством, типом и процентным соотношением присадок, а также условиями закалки и определяются уникальные особенности той или иной марки стали.

Марки жаропрочных окалиностойких сталей по структуре

Все разнообразие марок жаропрочных окалиностойких сталей объединяется в несколько основных типов:

• Перлитные: 15ХМ1МФ, Х10С2М, Х13Н7С2, 12Х1МФ.
• Ферритные: 1Х12СЮ, 0Х17Т, Х23Н13, Х20Н14С2.
• Мартенситные: 15Х11МФ, 40Х9С2, 20Х12ВНМФ.
• Аустенитные: 09Х14Н16Б, Х25Н16Г7АР, Х12Н20Т3Р.

Существуют еще комбинированные или дуплексные типы:

• Мартенситно-ферритные: Х6СЮ, 2Х12ВМБФР, 1Х12ВНМФ.
• Аустенитно-ферритные: 03Х23Н6, 03Х22Н6М2, 08Х18Г8Н2Т.

Применение жаропрочных и жаростойких сталей

Жаростойкие марки стали используют в основном при изготовлении слабонагружаемых конструкций, эксплуатируемых в условиях постоянного воздействия высоких температур и газовых окислительных сред.

Жаропрочные стали применяют в производстве и эксплуатации оборудования и деталей, которые обязаны выдерживать работу под значительной разноплановой нагрузкой при больших и сверхбольших температурах без деформации и потери физических свойств.

Вообще, сфера применения жаропрочных и жаростойких сталей огромна. Можно смело сказать, что практически любая отрасль современной промышленности нуждается в этих материалах. Например:

• Авиа- и ракетостроение.
• Автомобиле- и судостроение.
• Нефтехимическая и газовая отрасли.
• Строительство.
• Электроника и производство бытовой, промышленной и военной техники.
• Медицина.
• Пищевая, химическая, целлюлозно-бумажная промышленность.

Каждая сфера промышленности требует от материалов своих специфических качеств и технических характеристик. Поэтому видов и марок жаропрочных и жаростойких сталей великое множество.