Жаропрочные стали и сплавы

Для изготовления объектов теплоэнергетики эксплуатируемых при температурах 450-600градусов Цельсия используются теплоустойчивые низколегированные стали.

К теплоустойчивым относят низколегированные хромомолибденовые стали (12ХМ, 12МХ, 15ХМ, 20ХМЛ) и хромомолибденованадиевые стали (12Х1М1Ф, 15Х1М1Ф, 20ХМФЛ) выпускаемым по ГОСТ 20072, ГОСТ 5520, ГОСТ 4543, техническим условиям и по отраслевым стандартам. Теплоустойчивые стали используются в энергетике химической и нефтяной отраслях для изготовления агрегатов работающих при температуре 450-550 С (для хромомолибденовых) и 550-600 – для хромомолибденванадиевых сталей.

Теплоустойчивые стали обладают повышенной механической прочностью при высоких температурах и при длительных постоянных нагрузках, а также достаточной жаростойкостью.

Применение теплоустойчивых сталей обеспечивает возможность нормальной эксплуатации конструкций в условиях высоких температур при значительных напряжениях и в особых средах, способствующих химическому и механическому разрушению металла в течении длительных сроков эксплуатации - до 100000 ч (около 10 лет).

Табл. 11.1 Прочностные характеристики некоторых сталей при высоких температурах.

марка
12ХМФ
15Х1МФ
15Х11МФ
18Х12ВМБФР

При низком уровне напряжений температура эксплуатации может быть повышена.

Для сварных конструкций эксплуатирующихся при более высоких температурах используются высоколегированные стали мартенситного, мартенситно-ферритного, ферритного и аустенитного классов, а также сплавы на основе железа и никеля

ХН77ТЮР =200 МПа

Свойства сварных соединений отличаются от свойств основного металла наличием концентрации напряжений ползучести, приводящей к локальным исчерпываниям пластичности, а при длительных выдержках — к хрупким разрушениям даже в зоне мягких прослоек, что нередко имеет место.

В сварных соединениях появляются мягкие прослойки, в которых при повышенных температурах появляются хрупкие разрушения в случае длительных выдержек.

Иногда разрушения в этих прослойках носят смешанный характер — транс- и межкристаллический. Узкие мягкие прослойки часто не обнаруживают уменьшения прочности. Широкие прослойки пластичности не понижают, а нередко сохраняют прочность основного металла.

В сварных соединениях в условиях высоких температур возникают концентрации не только напряжений, но и деформаций, неравномерность которой при ползучести усиливается.

В сварных соединениях часто образуются зоны с неоднородными свойствами металла, наблюдаются дисперсионное упрочнение зерен и одновременно ослабление их границ.

Длительная прочность термически упрочненных сталей может быть невысокой вследствие образования разупрочнения зон термического влияния.

При строгом контроле неразрушающими методами качества сварных соединений и применении в необходимых случаях термической обработки допускаемые напряжения в сварном соединении оцениваются по отношению к прочности основного металла коэффициентом φ, устанавливаемым в зависимости от марки стали и технологического процесса.

Для углеродистых и низколегированных сталей φ = =0,85…1,0 при дуговой автоматической сварке под флюсом, электрошлаковой, контактной и в среде СО₂; для всех других видов сварки φ =0,75…1.

При расчете сварных соединений на прочность, работающих при повышенных температурах, определяют допускаемые напряжения с учетом следующих трех отношений:

где σ_В — предел прочности при нормальных температурах: σ_Т — предел текучести при нормальных температурах; σ_Д.П. — предел длительной прочности; n₁=2,5…4,0; n₂= 1,5…2,0; n₃=1,5…3,0 — коэффициенты запаса для котельных и турбинных установок, варьирующие от ряда параметров.

Из указанных трех отношений выбирают одно, имеющее наименьшую величину.