Karščiui atsparus plienas reiškia plieną, turintį šiluminį stabilumą ir šiluminį stiprumą esant aukštai temperatūrai. Terminis stabilumas reiškia plieno cheminį stabilumą (atsparumą korozijai, neoksidaciją) aukštos temperatūros sąlygomis. Šiluminis stiprumas reiškia pakankamą plieno stiprumą aukštoje temperatūroje. Atsparumą karščiui daugiausia garantuoja legiravimo elementai, tokie kaip chromas, molibdenas, vanadis, titanas ir niobis, todėl suvirinimo medžiagų pasirinkimas turėtų būti nustatomas pagal legiruojamųjų elementų kiekį netauriajame metale. Karščiui atsparus plienas plačiai naudojamas naftos ir naftos chemijos pramonės įrengimų statyboje. Dažnai galime liestis su karščiui atspariu perlito plienu, kurio lydinio kiekis yra mažas, pvz., 15CrMo, 1Cr5Mo ir pan.
Paprastai lydinio elemento kiekis, mažesnis nei 50 procentų, vadinamas karščiui atspariu plienu. Japoniškas karščiui atsparaus plieno standartas JIS G4311, G4312, be kelių SUH serijos standartų. Atsižvelgiant į skirtingą pradinės fazės mikrostruktūrą, karščiui atsparų plieną galima suskirstyti į feritinį karščiui atsparų plieną, martensitinį karščiui atsparų plieną, austenitinį karščiui atsparų plieną ir nuosėdoms kietėjantį karščiui atsparų plieną. JIS G5122 numato SUH serijos karščiui atsparų lietinį plieną, tačiau neklasifikuoja plieno klasės pagal pradinės fazės struktūrą ir kartu sumaišo feritinį karščiui atsparų plieną, martensitinį karščiui atsparų plieną ir austenitinį karščiui atsparų plieną.
Feritinis karščiui atsparus plienas
Plačiai naudojamas tipiškas feritiniam karščiui atsparus plienas yra SUS430 su žemu C-17 proc. Cr. Cr yra elementas, galintis pagerinti plieno atsparumą aukštai temperatūrai ir yra nepakeičiamas karščiui atsparaus plieno elementas. SUS430 turi gerą atsparumą oksidacijai. SUS430 pigesnis, nes pliene nėra kitų elementų. Tačiau SUS430 nesukietėja po aušinimo aukštoje temperatūroje, o atsparumas aukštai temperatūrai yra mažas, todėl jį galima naudoti tik detalėms, kurioms nereikia daug tvirtumo. Kita vertus, kadangi SUS430 šiluminio plėtimosi koeficientas yra mažas, o austenitinio karščiui atsparaus plieno šiluminio plėtimosi koeficientas yra didelis, todėl, pasikartojantiems temperatūros pokyčiams, lengva gaminti šiluminio nuovargio dalis, SUS430 yra geresnis. Be to, kai SUS430 naudojamas ilgą laiką maždaug 500 laipsnių temperatūroje, dėl trapios fazės nusodinimo atsiras trapumas, į kurį reikia atkreipti dėmesį. Be to, Al taip pat yra antioksidacinį pajėgumą didinantis elementas. Esant aukštai temperatūrai, Al oksido lakšto paviršiuje sudaro Al2O3, kuris tampa stipria apsaugine plėvele ir atlieka svarbų vaidmenį gerinant atsparumą oksidacijai. Karščiui atsparus plienas, kuriame naudojamas šis Al efektas, yra FCH1. FCH1 yra karščiui atsparus plienas, kurio sudėtyje yra 5 % Al į 25 % Cr plieno. Jis turi gerą atsparumą oksidacijai žemiau 1200 laipsnių.
Martensitinis karščiui atsparus plienas
Tipiški martensitiniam karščiui atsparūs plienai yra 12 procentų Cr plienai SUS403 ir SUS410J1, kuriuose yra apie 0,1 procento anglies. Šie karščiui atsparūs plienai grūdinami grūdinant aukštoje temperatūroje, o po to grūdinami, kad nusodintų M23C6 ant pagrindinės fazės martensito, išlaikant aukštą stiprumą esant 500-600 laipsniui. Jei Mo yra pridėta siekiant pagerinti atsparumą temperatūriniam minkštėjimui, didelis stiprumas gali būti toliau palaikomas. Martensitiniam karščiui atsparus plienas suminkštės esant aukštai temperatūrai, aukštesnei nei 500-600 laipsnio, todėl stipriai sumažės. Todėl martensitinis karščiui atsparus plienas yra tinkamas naudoti žemesnėje nei 500-600 laipsnio darbinėje temperatūroje, o tam reikalingi komponentai, kurių stiprumas aukštoje temperatūroje. Be to, kadangi martensitinio karščiui atsparaus plieno chromo kiekis yra mažesnis (12 procentų), o dalis chromo vis dar yra karbide, negali garantuoti chromo kiekio pradinėje fazėje, todėl martensitinio karščiui atsparaus plieno atsparumas oksidacijai. dažnai yra mažesnis nei feritinio karščiui atsparaus plieno ir austenitinio karščiui atsparaus plieno. Si ir Al taip pat gali sudaryti apsauginę plėvelę ant martensitinio karščiui atsparaus plieno oksido lakšto. SUH3 ir SUH11 martensitiniai karščiui atsparūs plienai, į kuriuos pridėta Si, siekiant pagerinti jų atsparumą oksidacijai. Šie karščiui atsparūs plienai naudojami variklio įsiurbimo vožtuvams ir karščiui atspariems varžtams.
Austenitinis karščiui atsparus plienas
Pridedant Cr į plieną, pridedamas austenito stabilizuojantis elementas Ni, dėl kurio plieno austenito struktūra yra stabili bet kokioje temperatūroje. Įprasti austenitinės konstrukcijos plienai yra SUS304 ir SUS310. Kaip visi žinome, SUS304 yra korozijai atsparus nerūdijantis plienas, tačiau SUS304 taip pat gali būti naudojamas kaip karščiui atsparus plienas. Žemiau 600 laipsnių austenitinio karščiui atsparaus plieno stiprumas yra tarp martensitinio karščiui atsparaus plieno ir feritinio karščiui atsparaus plieno, o virš 600 laipsnių stiprumas yra didesnis nei martensitinio karščiui atsparaus plieno. Be to, SUS304 iki 800 laipsnių, SUS310 iki 1000 laipsnių, pakartotinis šildymas - aušinimas, turi gerą atsparumą oksidacijai. Tačiau naudojant ilgą laiką esant 700-900 laipsniui, susidaro trapūs faziniai krituliai, todėl medžiaga tampa trapi. Be to, kadangi SUS304 ir SUS310 šiluminio plėtimosi koeficientas yra didesnis nei martensitinio ir feritinio karščiui atsparaus plieno, šiluminio nuovargio pažeidimai gali atsirasti lengvai, todėl reikia atkreipti dėmesį į šiuos du dalykus.
Kai reikalingas atsparumas aukštai temperatūrai, austenitinio karščiui atsparaus plieno stiprumas gali būti dar labiau padidintas stiprinant krituliais ir stiprinant tirpalą. Variklio išmetimo vožtuvui naudojamas karščiui atsparus austenitinis plienas yra SUH35. SUH35 atsparumas aukštai temperatūrai buvo pagerintas sustiprinant karbido nusodinimu ir sutvirtinant kietu tirpalu, pridedant C į plieną. Austenito struktūrą galima gauti net jei Ni kiekis yra 4 procentai padidinus Mn kiekį. Karščiui atspariems varžtams ir spyruoklėms naudojamas SUH660 buvo sustiprintas dėl „fazės (Ni3 (Al, Ti)) nusodinimo dėl Al ir Ti pridėjimo.
Nuosėdoms sustiprintas karščiui atsparus plienas
Tipiškas martensitinio karščiui atsparaus plieno prekės ženklas yra SUS630. Po sendinimo 500 laipsnių temperatūroje ε fazė (Cu fazė) nusėda žemo C martensito pradinėje SUS630 fazėje, kad pagerintų plieno stiprumą. Tačiau kai temperatūra viršija 500 laipsnių, ε fazė tampa grubesnė ir pasikeičia martensito struktūra, dėl to sumažėja plieno stiprumas. Todėl SUS630 daugiausia naudojamas turbinos komponentams, kurių temperatūra žemesnė nei 500 laipsnių. Pagrindinis SUS630 plieno komponentas yra 17Cr-4Ni-4Cu, Ni kiekis nėra per didelis, o atsižvelgiant į austenito stabilumą, Ni kiekis negali būti sumažintas, todėl tai nėra išteklius. taupyti plieną plėtrai.
