Лист нержавеющий жаропрочный: характеристики и применение стали, марки и классификация

Лист нержавеющий жаропрочный является ключевым звеном современного машиностроения и электроэнергетики. Он входит в проектно-техническую документацию, регламентирующую строительство и оснащение предприятий химической, пищевой и деревоперерабатывающей промышленности.

Лист из жаропрочной нержавейки – это вид металлопроката, который может выдерживать самые сложные климатические и эксплуатационные условия, не теряя своих качественных и технических характеристик. Свойства материала рассчитаны на высокие нагрузки и использование при температурном режиме 500-550°С и выше.

Содержание:

Характеристики нержавеющих жаропрочных листов
Технология изготовления
Классификация жаропрочного проката
Нормативные документы
Применение жаропрочной нержавейки
Марки жаропрочной нержавеющей стали

Что такое жаропрочная нержавейка

Жаропрочностью называется способность сталей и сплавов сопротивляться деформированию и разрушению при высоких температурах. Жаропрочный стальной лист – это специальный материал из стали, который имеет термостойкость и устойчивость к коррозии. Жаропрочная сталь применяется в металлургии, химической, нефтяной и газовой промышленности, в частности в производстве составных частей двигателей, паровых турбин, котлов и металлургических печей, так как не подвержена деформации и повреждению при экстремально высоких температурах.

Нержавеющая жаропрочная продукция характеризуется следующими свойствами:

отличная износостойкость;
высокая термостойкость;
устойчивость к коррозионным и другим повреждениям;
повышенная прочность;
экологическая безвредность и пожарная безопасность.

Характеристики нержавеющих жаропрочных листов

Жаропрочный металлопрокат применяется в самых сложных климатических и эксплуатационных условиях. Он обладает отличными техническими характеристиками, сочетает в себе основные легирующие элементы – никель, титан и хром. Противостоит коррозионному разрушению, не боится агрессивного воздействия жидких и газообразных сред.

Жаропрочные нержавеющие листы:

обладают отличной износостойкостью;
устойчивы к высокотемпературным воздействиям и не подвержены пластической деформации;
невосприимчивы к коррозии и различным повреждениям;
имеют повышенные прочностные показатели;
отвечают требованиям пожарной безопасности;
выдерживают максимальные температуры до +900…+1050 °С при отсутствии механических нагрузок.

Технология изготовления

Лист из жаропрочной стали изготавливается двумя стандартными методами: холодным и горячим прокатом. В обоих случаях процесс остается схожим: заготовка проходит через прокатный стан, в результате чего приобретает необходимую форму. Горячекатаный метод предполагает предварительный нагрев заготовки, что делает его более распространенным из-за своей простоты и относительной дешевизны. Однако метод холодного проката, не требующий предварительного нагрева, обеспечивает продукту более высокое качество в различных аспектах. Такие листы обладают большей прочностью, более равномерной структурой и обеспечивают более точные размеры.

После проката и необходимой обработки получается лист из нержавеющей стали с матовой поверхностью. Этот продукт отличается невысокой ценой и широким спектром применения.
Полировка и шлифовка могут быть выполнены механическим способом, а для достижения зеркальной поверхности применяется технология отжига в аммиачной среде. Хотя эти методы требуют дополнительных затрат и увеличивают стоимость продукции, они придают ей отличные эстетические характеристики.
Рифление осуществляется на специальных токарно-фрезерных станках с использованием специального валика. Толщина листов указывается без учета выпуклостей.
Перфорированный прокат изготавливается путем штамповки, сверления или лазерной обработки. В материале создаются круглые, квадратные или прямоугольные отверстия, расположенные в определенном порядке.

Классификация жаропрочного проката

Прокат из нержавеющих марок стали, в зависимости от толщины, делится на два типа: тонкий (от 1.5 до 4 мм, устанавливается по стандарту ГОСТ 5582-75) и толстый (более 4 мм, соответствует ГОСТ 7350-77). Кроме того, он может быть классифицирован по следующим параметрам:

Точность изготовления: повышенная или нормальная.
Кромка: обрезная или необрезная.
Плоскостность: нормальная, повышенная, высокая или очень высокая.

Качество поверхности также регламентируется стандартами ГОСТ 7350-77 для толстого проката и 5582-75 для тонкого проката. Химический состав и физические свойства определены в стандартах ГОСТ 5632-72 и 7350-77 соответственно. В производстве часто используются марки жаропрочной листовой стали, такие как AISI 304, или их аналоги, а также жаропрочные сплавы, например, 15ХМ. Нормированы также длина и ширина листового проката, среди наиболее распространенных размеров — 1250х2500 мм и 1000х2000 мм.

Нормативные документы

Продукция, поставляемая в качестве полуфабрикатов, всегда сопровождается сертификатами от производителей. Эти документы подтверждают высокое качество изготовления и соответствие требованиям всех соответствующих нормативных документов. Среди таких нормативов можно выделить следующие актуальные стандарты: ГОСТ 19903-2015 и 19904-90, определяющие геометрические параметры и допуски; ГОСТ 5632-2014, устанавливающий химический состав и механические свойства; а также ГОСТ 5582-75 и 7350-77, устанавливающие технические условия производства.

Где применяется жаропрочная листовая сталь

Такие металлические листы выдерживает большие температуры без деформации и используются во многих отраслях промышленности, где требуется работа в условиях повышенных тепловых нагрузок. Вот некоторые из примеров, где используются жаропрочные листы:

Энергетическая промышленность: жаропрочные листы используются для изготовления котлов и трубопроводов для теплообмена в энергетических установках.
Авиационная промышленность: жаропрочные листы используются для изготовления деталей двигателей самолетов и других высокотемпературных устройств.
Автомобильная промышленность: жаропрочные листы используются для изготовления деталей выхлопных систем, труб и других узлов, которые подвергаются экстремальным тепловым воздействиям.
Судостроение: жаропрочные листы используются для изготовления деталей двигателей и других высокотемпературных устройств на судах.
Производство печей и каминов: жаропрочные листы используются для изготовления печей и каминов как нагревательные элементы, способные выдерживать высокие температуры в течение длительного времени.
Промышленность нефтегазового комплекса: жаропрочные листы используются для изготовления деталей нефтегазовых скважин и других высокотемпературных устройств.

Марки жаропрочной нержавеющей стали

Жаропрочные нержавеющие стали — это сплавы, специально разработанные для работы при высоких температурах, сохраняя при этом свои механические свойства и устойчивость к окислению. Эти стали находят широкое применение в энергетике, аэрокосмической промышленности, металлургии и других отраслях, где требуется высокая термостойкость. Вот некоторые из наиболее распространенных марок жаропрочных нержавеющих сталей:

05ХН32Т

Сплав 05ХН32Т относится к высоколегированным аустенитным жаропрочным сталям специального назначения, не содержащим ферритной фазы. Его химический состав отражает высокое содержание хрома (19-22%) и никеля (30-34%), что обеспечивает отличную термостойкость и коррозионную устойчивость. Углерод содержится в минимальных количествах (до 0,05%), что улучшает пластичность и свариваемость сплава. Титан (0,25-0,6%) добавляется для стабилизации структуры и повышения прочности при высоких температурах.

Сплав обладает температурой плавления в пределах 1357–1385°С, пределом прочности 450–700 МПа и высокой ударной вязкостью (>350 Дж/см² при 20°C). Изготавливается в виде прутков, листов и труб, как горячекатаных, так и холоднокатаных. Выплавка осуществляется в открытых электропечах при температурах начала и конца выплавки 1150°С и 850°С соответственно, с последующей термообработкой при 1100–1150°С и охлаждением воздухом или водой. Сплав широко используется для производства листовых деталей и труб для оборудования нефтехимической отрасли, работающего в жестких условиях, таких как газоотводящие трубы, трубы в охладителях азотной кислоты, пароперегреватели и отопительные системы.

06ХН28МДТ

Сплав 06ХН28МДТ, также известный под заводской маркировкой ЭИ 943, относится к группе железоникелевых сплавов и изготавливается методом выплавки в дуговых электропечах. Этот сплав выпускается по сортаменту ГОСТа в виде прутов, листов, ленты и труб, как холодно-, так и горячедеформированных. Обработка резанием считается удовлетворительной, а ковка, прокатка и штамповка проводятся методом горячей пластической деформации в интервале температур от 1170 до 900 °С.

Химический состав сплава включает 47-48% железа, 27-29% никеля, 22-25% хрома, а также добавки меди (3,5%), молибдена (3,0%), кремния и марганца (по 0,8% каждый), титана (0,5-0,9%) и незначительные количества серы и фосфора (всего 0,055%).

Физические свойства включают плотность 7,96 · 10³ кг/м³, удельное электросопротивление 75 · 10⁴ Ом · м, теплопроводность 0,134 · 10² Вт/(м · К) при 20 °С и магнитную проницаемость 1,255 (мкТл · м)/А при той же температуре. Сплав не склонен к межкристаллитной коррозии, что подтверждается испытаниями при нагреве до 650 °С.

Основное применение сплава 06ХН28МДТ заключается в изготовлении химической аппаратуры методом сварных соединений для использования в средах высокой агрессивности кислот и в производстве минеральных удобрений.

20Х13

Сталь марки 20Х13 представляет собой хромистую коррозионностойкую жаропрочную нержавеющую сталь мартенситного класса. Она активно используется в энергетических установках, где требуется работа при температурах до +600 °С. Из этой стали изготавливают диски, роторы, лопатки для турбин, а также кольцевые детали большой толщины.

Маркировка стали расшифровывается следующим образом: «20» обозначает содержание углерода около 0,2%, а «Х13» указывает на содержание хрома примерно 13%. Химический состав этой стали играет ключевую роль в ее свойствах: хром обеспечивает защиту от коррозии и придает материалу твердость и прочность, хотя и снижает пластичность. Никель, в свою очередь, улучшает пластические характеристики стали, её способность к закалке и ударопрочность, усиливая действие хрома.

Сталь 20Х13 обладает сниженным содержанием хрома, но может эффективно упрочняться методами термической обработки, основанными на превращениях у- и а-фаз. Высокая прочность и пластичность, а также повышенная стойкость к коррозии достигаются за счет дополнительного легирования различными химическими элементами, среди которых особую роль играет никель.

20Х23Н13

Сталь марки 20Х23Н13 представляет собой жаропрочную высоколегированную сталь, которая широко используется в промышленности для изготовления деталей, работающих при высоких температурах в слабонагруженном состоянии. Эта сталь сохраняет свои свойства при температурах до 900—1000 °С, что делает её идеальной для эксплуатации в экстремальных условиях. Для достижения оптимальных свойств сталь подвергается закалке при температуре 1100 — 1150 °C с последующим охлаждением на воздухе. Процесс ковки начинается при температуре 1220 °C и заканчивается при 900 °C; сечения до 350 мм охлаждаются на воздухе.

Материал обладает ограниченной свариваемостью и склонен к отпускной хрупкости, что требует особого внимания при его термической обработке и эксплуатации.

20Х23Н18

Сталь 20Х23Н18, также известная как сталь 304, является одной из наиболее популярных и универсальных марок нержавеющей жаропрочной стали. Благодаря своему высокому содержанию хрома, никеля и молибдена, она обладает высокой устойчивостью к коррозии в различных агрессивных средах. Эта сталь отличается отличной обрабатываемостью и высокой свариваемостью, что позволяет использовать её для изготовления высокоточных деталей с минимальными отходами. Она сохраняет свои механические свойства при высоких температурах, что делает её идеальной для применения в печном оборудовании, химической промышленности и судостроении. Высокая прочность и устойчивость к образованию трещин обеспечивают долговечность изделий из этой стали, что особенно важно для медицинского оборудования и конструкций, работающих в экстремальных условиях. Всё это делает сталь 20Х23Н18 востребованной в различных отраслях промышленности.

30Х13

Сталь 30Х13, относящаяся к мартенситному классу, является коррозионно-стойкой и жаропрочной сталью. Она широко используется для изготовления режущего и мерительного инструмента, пружин, карбюраторных игл, штоков поршневых компрессоров, а также различных деталей внутренних устройств аппаратов, которые работают на износ в слабоагрессивных средах при температурах до 450 °С. Название стали расшифровывается следующим образом: первая цифра указывает на процентное содержание углерода в сплаве, буква «Х» обозначает наличие хрома, а цифры после буквы указывают на процентное содержание хрома. Таким образом, сталь 30Х13 содержит около 0.3% углерода и 13% хрома. Эта среднеуглеродистая, высоколегированная сталь обладает особыми химическими свойствами и рекомендуется для использования после закалки и отпуска, уже со шлифованной и полированной поверхностью. Изделия из этой марки стали отличаются высокой прочностью и долговечностью, что делает её незаменимой в производстве высоконагруженных деталей.

30ХМА

Сталь 30ХМА представляет собой конструкционную легированную высококачественную сталь, относящуюся к классу хромомолибденовых сплавов. Благодаря добавлению молибдена, этот материал приобретает отличные эксплуатационные свойства, такие как мелкозернистая и однородная структура, высокая прочность и надежность, а также повышенное сопротивление разрыву, ударам и изнашиваемости. Жаропрочная и релаксационностойкая сталь 30ХМА применяется для изготовления поковок общего назначения, валов, роторов и дисков паровых турбин, фланцев и крепежных деталей, работающих при температурах до 450 градусов Цельсия. Термическая обработка стали осуществляется путем масляного закаливания при температуре +880°C с последующим отпуском в воде при +540°C. Несмотря на ограниченную свариваемость, сварка возможна при предварительном подогреве до +120°C и последующей термической обработке. Сталь не склонна к отпускной хрупкости, однако является флокеночувствительной, что может привести к образованию внутренних трещин. Для уменьшения риска появления флокенов производители проводят вакуумацию сплава, снижая содержание водорода в материале.

ХН60ВТ

ХН60ВТ, также известный как ЭИ868, представляет собой жаропрочный сплав на основе никеля, обладающий высокими эксплуатационными характеристиками при экстремальных температурах. Температура ковки этого материала составляет 1180-1050°C, что обеспечивает отличные технологические свойства. Рекомендуемая термическая обработка включает закалку при температуре 1150-1200°C с охлаждением на воздухе или в воде.

Сплав ХН60ВТ отличается высокой свариваемостью без ограничений, что делает его удобным для различных производственных процессов. Благодаря своим жаростойким и жаропрочным качествам, этот материал широко используется для изготовления деталей печей, резисторов, камер сгорания и других компонентов, работающих при температурах до 1000°C. Особое применение ХН60ВТ находит в производстве листовых деталей двигателей, где требуется надежная работа при высоких температурах.

ХН78Т

Сталь ХН78Т, представляющая собой никелевый жаропрочный сплав, широко используется в промышленности для изготовления деталей, работающих при температурах от 1000 до 1100 градусов Цельсия. Производство этого сплава осуществляется в электрических высокотемпературных печах открытого типа, а также различными методами плавки, что влияет на его стоимость и форму металлопроката. Термическая обработка стали ХН78Т включает закаливание в печи с последующим охлаждением в масле или на воздухе, что улучшает её эксплуатационные характеристики. Температура ковки металлического слитка варьируется от 1160 до 950 градусов, а заготовок – от 1220 до 850 градусов, с последующим остыванием на воздухе. Плотность сплава составляет 8,4×10³ кг/м³, а предел выносливости изменяется в зависимости от температуры: 220 МПа при 20°C, 155 МПа при 700°C, 140 МПа при 800°C и 100 МПа при 900°C. Химический состав стали ХН78Т включает никель (основа сплава), хром (19-22%), углерод (до 0,12%), титан (0,15-0,35%) и другие элементы. Сплав обладает средней свариваемостью и может быть подвергнут резке только в закаленном виде.