Kāda veida tērauds ir visvairāk siltuma - izturīgs?

Rūpnieciskos lietojumos, sākot no kosmiskās aviācijas motoriem līdz elektrostaciju turbīnām, ir kritiska ir spēja izturēt ārkārtas temperatūras, nezaudējot izturību, koroziju vai deformējot. Tēraudu, dzelzs un oglekļa sakausējumu, var uzlabot ar dažādiem elementiem, lai uzlabotu tā karstuma izturību, bet ne visi tēraudi darbojas vienādi lielā karstumā. Novērtējot "karstuma pretestību", galvenie faktori ir spēja saglabāt mehānisko izturību paaugstinātā temperatūrā, pretoties oksidēšanai (kopīgs kļūmes režīms lielā karstumā) un izvairīties no strukturālām izmaiņām, piemēram, graudu augšanas vai fāzes pārvērtībām. Starp visiem tērauda veidiem austenīta karstums - izturīgi nerūsējoši tēraudi - Konkrēti tie, kas sakausēti ar augstu hroma, niķeļa līmeni un papildu elementiem, piemēram, molibdēnu, volfrāciju vai niobium -, tiek plaši atzīti kā visvairāk karstuma -} rezistents.
Austenīta nerūsējošie tēraudi pēc būtības ir karsti - izturīgi to austenīta kristāla struktūras dēļ, kas paliek stabila augstā temperatūrā (atšķirībā no ferītiskajiem vai martensīta tēraudiem, kuru struktūras var pārveidoties un vājināties, sakarstot). Hroma pievienošana (parasti 16–26%) uz virsmas veido aizsargājošu hroma oksīda slāni, novēršot oksidāciju pat temperatūrā līdz 2100 grādiem F (1150 grādu). Niķelis (8–24%) stabilizē austenīta struktūru, nodrošinot, ka tērauds saglabā elastību un izturību, kad tiek pakļauts ilgstošam karstumam. Šie bāzes elementi jau pārspēj oglekļa tēraudus, kas sāk mīkstināties virs 600 grādiem F (315 grādi) un ātri oksidējas temperatūrā, kas pārsniedz 1000 grādu F (538 grādi).
Lai vēl vairāk virzītu siltuma izturību, uzlabotās austenītiskās pakāpes ietver molibdēnu (MO), volframu (W) un niobium (NB). Molibdēna uzlabo augstu - temperatūras stiprību un pretestību šļūdes - Pakāpeniska deformācija pastāvīgā spriegumā paaugstinātā temperatūrā -, kamēr volframs pastiprina šļūdes izturību un stabilitāti ekstrēmās temperatūrās. Niobium veido karbīdus, kas piesprauž graudu robežas, novēršot graudu augšanu (kas vājina tēraudu), sildot ilgu laiku. Galvenais piemērs ir sakausējums 310 (UNS S31000), hroms - niķeļa austenīta tērauds ar 25–28% hromu un 19–22% niķeļa. Tas var nepārtraukti darboties temperatūrā līdz 2000 grādiem F (1 093 grādiem) un izturēt īsu - Termiņa iedarbība uz 2100 grādu F (1150 grādu), padarot to par skavu krāsns oderējumos, siltummaiņos un krāsnī.
Vēl augstākai temperatūrai austenītiskie nerūsējošie tēraudi ar pievienotu kobaltu vai retzemju elementiem ir izstrādāti ekstrēmai videi. Šie superaloys, kas bieži tiek klasificēti kā "siltums - izturīgi superaloys" (lai arī joprojām ir balstīts uz tērauda ķīmiju), var panest nepārtrauktu apkalpošanu 2200–2 400 grādu F (1200–1 315 grādu). Piemēram, dažas patentētas pakāpes apvieno 20–30% hromu, 15–20% niķeļa, 5–10% kobaltu un nelielu daudzumu lanthanum vai yttium. Kobalts uzlabo augstu - temperatūras izturību un pretestību oksidācijā, savukārt retzemju elementi pilnveido oksīda slāni, padarot to pielipušāku un izturīgāku pret sprādzienu (pārslai) termiskās ciklēšanas laikā. Šie tēraudi ir kritiski svarīgi aviācijas un kosmosa lietojumprogrammās, piemēram, reaktīvo motoru sadedzināšanas kamerās, kur temperatūra ilgstoši var pārsniegt 2000 grādu F (1 093 grādus).
Salīdzinot citus tērauda veidus, ir svarīgi, kāpēc izceļas austenīta karstums - izturīgi nerūsējoši tēraudi. Ferītiskie nerūsējošie tēraudi ar 10–20% hroma, bet maz niķeļa vai bez tā, piedāvā mērenu oksidācijas pretestību, bet tiem trūkst augstas -} austenīta pakāpes temperatūras stiprības, kas ievērojami mīkstina virs 1500 grādu F (815 grādi). Martensīta nerūsējošie tēraudi, kas pazīstami ar cietību un izturību istabas temperatūrā, lielāko daļu mehānisko īpašību zaudē virs 1000 grādi F (538 grādi) un ir pakļauti oksidēšanai zemāka hroma satura dēļ. Oglekļa tēraudi, pat augsti - oglekļa šķirnes, nav piemēroti lielam siltumam - tie ātri oksidē virs 1000 grādu F (538 grādi) un zaudē strukturālo integritāti virs 1200 grādu F (649 grādi).
Cita kategorija, niķeļa - balstīti superaloys, bieži pārspēj tēraudus ultras - augstā temperatūrā, bet tie netiek klasificēti kā "tērauds" (jo tajās ir maz dzelzs vai bez tā). Austenitic Heat - izturīgi nerūsējošie tēraudi palielina plaisu starp tradicionālajiem tēraudiem un niķeļa superaloys, piedāvājot tērauda izmaksas - efektivitāti un apstrādājamību ar gandrīz - superaloy karstuma pretestību.
Visvairāk siltuma - izturīgu austenīta nerūsējošo tēraudu galvenās lietojumprogrammas ir:
• Rūpnieciskās krāsnis: oderes materiāli un sildīšanas elementi, kas darbojas ar 1800–2 200 grādu F (982–1 204 grādi).
• Gāzes turbīnas: tādas sastāvdaļas kā turbīnu apvalki un izplūdes kolektori, kas pakļauti 1500–2 000 grādu F (815–1,093 grādiem) gāzēm.
• Ķīmiskā apstrāde: reaktori un cauruļvadu apstrāde ar augstu - temperatūras korozīviem šķidrumiem, kur ir kritiska oksidācija un šļūdes izturība.
• Aviācijas un kosmosa daļas un termiskie vairogi, kuriem nepieciešama stiprība 1800 grādos F (982 grādos) un augstāk.
Rezumējot, visvairāk siltuma - izturīgā tērauda tips ir augsts - sakausējuma austenīta siltums - izturīgs nerūsējošais tērauds, kas formulēts ar augstu hromu (16–26%), niķeli (8–24%) un papildu elementus, piemēram, molibdenum, tungsten vai niobium. Šie tēraudi saglabā izturību, pretojas oksidēšanai un saglabā strukturālo stabilitāti temperatūrā līdz 2400 grādiem F (1 315 grādiem), pārspējot ferīta, martensīta un oglekļa tēraudus. Viņu unikālā austenīta struktūras, oksīda slāņa aizsardzības un šļūdes pretestības kombinācija padara tos neaizstājamus pasaules visprasīgākajā - temperatūras rūpnieciskajās lietojumprogrammās.