Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 [ 2 ] 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52

Наличие марганца, кремния и молибдена облегчает образование о-фазы и смещает область ее существования в сторону более низкого содержания хрома.

Фазовый состав хромистых сталей с 0,1% С представлен на рис. 6.

Для повышения коррозионной стойкости хромистых сталей желательно получение низкого содержания углерода, в этом случае устраняется образование карбидов н сохраняется однородность структуры.

Однако для повышения закаливаемости и твердости необходимо иметь в стали повышенную концентрацию углерода.

Наилучшие механические свойства хромистая нержавеющая сталь приобретает после закалки и отпуска, а коррозионную стойкость - после закалки и последующей полировки. Эти стали являются кислотоупорными только в азотной кислоте, жаростойкими в атмосфере до 700° С. Они удовлетворительно свариваются при газовой и дуговой сварке.

Среднелегированные 5-10%-ные хромистые теплоустойчивые стали (Х5, Х5М, Х5ВФ, Х6СЮ, Х6СМ, Х7СМ, 1Х8ВФ) обладают повышенной коррозионной стойкостью в некоторых химически активных средах и широко применяются в крекинг-аппаратуре, котлотур-бостроении и аппаратуре синтеза аммиака при температуре до 550-650° С.

После отжига при 840-860° С механические свойства среднелегированных сталей следующие (не менее): (Тз = 392568 Мн/ж2 (40-f-58 кГ/мм); (Тт=1б7 -f-304 Мн/м (174-31 кГ/мм); б20-ь35%; = = 35-f-60%; ан=0,98-М,17 Мн-м/м (1012 кГХ Хм/см); ЯВ=146-Ь207.

Хромокремнистые (сильхромы) и клапанные стали типа 4Х9С2, 4Х10С2М, ЗХ13Н7С2, 4Х14Н14В2М и 4Х14Н14СВ2М применяются как жаростойкий материал в клапанах авиа- и автодвигателей, в рекуператорах, теплообменниках, колосниковых решетках. Эти стали имеют высокую прочность и твердость при рабочих температурах, хорошо сопротивляются действию тепло-смен и усталости. Обладают высоким сопротивлением газовой коррозии в атмосфере воздуха и в конденсате продуктов сгорания бензина.

Сильхромы с 8-10% Сг и 2-3% Si относятся к группе мартенситных сталей и после закалки

с 1050° С в масло и отпуска при 700-750° С имеют предел прочности 882-980 Мн/ж2(90-100 кГ/мм), относительное удлинение 10-20% и ударную вязкость 0,049-0,7 Мн-ж/ж2(0,5-7,2 кГ-м/см).

При очень высокой температуре нагрева (выше 1100° С) сильхромовые стали проявляют склонность к значительному росту зерен, что приводит к увеличению хрупкости. Для устранения отпускной хрупкости, развивающейся при медленном охлаждении и нагреве в диапазоне температур 500-600° С, их быстро охлаждают в воде после отпуска при 700-800° С.

Наиболее широкое применение в технике получили нержавеющие стали с 10-17% Сг мартенситного и по-лумартенситного классов (0X13, 1X13, 2X13, 3X13, 4X13, Х14, 1Х12СЮ, 1ХГ7Н2, 1Х13НЗ, ДИ-1 и др.) с содержанием 0,16-0,45% С. Эти стали удовлетворительно сопротивляются окислению до 700-800° С и служат в аппаратуре для переработки сернистой нефти. Из них изготовляют лопатки паровых турбин и компрессоров, клапаны гидравлических прессов (при работе до 475°С), режущий, мерительный и хирургический инструмент, детали приборов, предметы домашнего обихода и т. п. При изготовлении деталей (винтов, гаек, шестерен и т. п.) на автоматах в эти стали для лучшей обрабатываемости добавляют 0,2-0,4% S. При дополнительном легировании кремнием (до 2%) и алюминием (до 1,8%) хромистые стали с 13% Сг (сихромали) применяют в клапанах автотракторных двигателей, работающих при температуре до 900° С.

Хромистые стали (14-17% Сг), дополнительно легированные никелем (1,5-3%), применяются в более тяжело нагруженных деталях, например в лопатках спрямляющего аппарата компрессора, в дисках компрессоров и т. п.

Механические свойства и термическая обработка хромистых нержавеющих сталей приведены в табл. 1. Структура и свойства этих сталей в значительной степени зависят от относительного содержания в них углерода (никеля) и хрома. Стали с низким содержанием углерода и высоким хрома имеют ферритную структуру и не закаливаются. Чем выше содержание углерода и ниже хрома, тем больше способность стали к упрочнению в результате закалки, что связано с особенностями фазовой структуры стали.

о >,

§=1

5 ч . i « >

3 о >,

Ш С(

а; se 2 о а о ш !- н g н о

CJ V

ее с

I I I

I г

§1

t. г- 2 я S g S 1* * S

Li >>>,

s 0.0.

X & a,

c;CC

I I

О 5 °

S .g

Си go

О О О

& я = t с с

S g s s

2&

I 2-

о .

II if

Om =

Влияние температуры закалки и химического состава на величину твердости хромистых сталей приведено на рис. 7 [7]. Из приведенных данных следует, что при производстве хромистых сталей необходимо уделять большое внимание обеспечению оптимальных пределов химического состава металла и постоянству термообработки.

В связи с повышением рабочих температур паросиловых установок и силовых компрессоров газотурбинных установок созданы и получили широкое распространение сложиолегированные 12%-ные хромистые нержавеющие и жаропрочные стали (1ХИМФ, 1Х12ВНМФ, 1Х12В2МФ, 2Х12ВМБФР, 1Х12В4МФ, 13Х14Н2ВФР, 1Х12Н2ВМФ, 21Х15НЗМА, 1Х16Н4Б и др.). Дополнительное легирование хромистых сталей молибденом, вольфрамом, ванадием, ниобием, бором позволило наряду с сохранением нержавеющих свойств, высокой прокаливаемости, способности к закалке на воздухе, невысокого коэффициента расширения обеспечить более высокие жаропрочные свойства (сохранение прочности при 550-600 и до 650° С при кратковременных сроках службы).

Комплексное леги- рование оказалось более эффективным, чем легирование отдельны-ми элементами. По степени эффективности элементы можно расположить в следующий ряд: ниобий, ванадий, молибден, вольфрам, алюминий. Для слож-нолегированных сталей характерно ограничение содержания углерода до <0,20-0,25% и кремния до 0,5%, а

также обеспечение фазового состава с содержанием не более 20% структурно свободного феррита. Это необходимо для получения стабильных и высоких свойств и одновременного уменьщения подкалки и растрескивания.

Хромистые стали полуферритного и ферритного классов (Х17, 0Х17Т, 0Х18Т1, Х25, Х25Т, Х28 и др.),

Ш 900 WOO ПОО J200 !300 Tennepami/pa,°C

Рис. 7. Влияние хрома на изменение твердости 12-20%-ных хромистых сталей после закалки их с различных температур-.

/ - 12,3% Сг, 0,09% С: 2 - 14% Сг, 0.016% С; 3-15.5% Сг. 0,1% С; 4-16% Сг, 0,07% С; 5 - 17,2% Сг, 0,13% С;

S- 20,4% Сг, 0,1% С

несмотря на свою относительную дешевизну, нашли ограниченное применение вследствие ряда серьезных недостатков. Так, например, свойства полуферритных сталей в значительной степени определяются количественным соотношением а- и у-фаз. При большом количестве феррита сталь становится крупнозернистой и хрупкой. Эти отрицательные свойства не устраняются последующей термообработкой.

Горячая обработка давлением должна всегда заканчиваться при относительно низкой температуре (около 790° С) для получения мелкого зерна. Сварные конструкции должны обязательно подвергаться термообработке.

Для измельчения зерна широко применяется присадка титана или азота. При этом добавка азота, образующего в высокохромистых сталях стойкие нитриды, способствует повышению ударной вязкости и сварочных характеристик стали.

Хромистые стали ферритного и полуферритного классов применяются для теплообменников, баков для кислот, трубопроводов, адсорбционных башен, аппаратуры для растворов гипохлорита натрия, дымящейся азотной и фосфорной кислот, т. е. для изделий, которые не несут больших нагрузок, особенно ударных.

Хромистые стали с титаном (0Х18Т) применяют для баков стиральных машин. Стали с добавкой никеля (1%) и азота (Х28АН), никеля и кремния (Х25СЗН) используют для изготовления окалиностойких деталей и печного оборудова1шя.

Высокохромистые стали с кремнием чаще всего применяются в виде литья.

Ферритные железохромалюминиевые сплавы (Х13Ю4, 0Х23Ю5, 0Х27Ю5А, 0Х27Ю5, 1Х25Ю5 и др.) нашли широкое применение в виде проволоки и ленты для нагревательных элементов, промышленных и лабораторных электропечей сопротивления, бытовых приборов и реостатов, так как они обладают высоким электросопротивлением и окалиностойкостью.

Введение алюминия в железо и железохромистые сплавы ведет к резкому ограничению области аустенита, при содержании в железе 1%А1 область аустенита исчезает.

При нагреве до высоких температур наблюдается сильная склонность к росту зерна и хрупкости. Однако,

когда жаростойкие детали из этих сплавов не подвергаются ударным нагрузкам, они, несмотря на крупнозер-нистость, работают много лет, успешно заменяя значительно более дорогостоящие нихромы.

Живучесть деталей из железохромалюминиевых сплавов высока в окислителььюй атмосфере, а также при наличии в атмосфере большого количества серы. В восстановительной атмосфере их срок службы значительно ниже, особенно если имеются условия для науглероживания нагревательных элементов. Живучесть сплава в атмосфере азота достаточно велика.

2. ХРОМОНИКЕЛЕВЫЕ И НИКЕЛЕВЫЕ СТАЛИ

Эта группа сталей имеет самое широкое применение в промышленности и занимает наибольший удельный вес в выплавке нержавеющих сталей. К хромоникеле-вым сталям в настоящее время можно отнести более полусотни марок, которые используются в виде поковок, сортового и листового проката, горячекатаных и холоднокатаных труб, фасонных профилей и литья в авиационной и атомной технике, в химической промышленности и энергетике, а также в других са.мых различных областях техники.

Сортамент хромоникелевых сталей в последнее десятилетие пополнился многими новыми марками с более сложным легированием, с карбидным и интерметал-лидным упрочнением, с промежуточными структурами. Эти стали можно подразделить на следующие подгруппы:

а) хромоникелевые аустенитные стали с малым содержанием углерода, в том числе стабилизированные титаном или ниобием;

б) хромоникелевые кислотостойкие аустенитные стали с присадкой молибдена и меди;

в) хромоникелевые окалиностойкие стали с высоким содержанием хрома и никеля;

г) хромоникелевые стали аустеннто-мартенситного класса (с неустойчивым аустенитом);

д) хромоникелевые стали аустенито-ферритного класса.

Ядром группы хромоникелевых сталей, безусловно, являются аустенитные стали типа 18-8, например ООХ18Н10, 0Х18Н10, Х18Н9, 0Х18Н11, 2Х18Н9, стабили-