فولاد مقاوم در برابر حرارت به فولادی با مقاومت اکسیداسیون در دمای بالا و استحکام در دمای بالا اشاره دارد. مقاومت در برابر اکسیداسیون در دمای بالا شرط مهمی است تا اطمینان حاصل شود که قطعه کار برای مدت طولانی در دمای بالا کار می کند. در یک محیط اکسید کننده مانند هوای با دمای بالا، اکسیژن با سطح فولاد واکنش شیمیایی می دهد و لایه های مختلف اکسید آهن را تشکیل می دهد. لایه اکسید بسیار شل است، ویژگی های اصلی فولاد را از دست می دهد و به راحتی می افتد. به منظور بهبود مقاومت در برابر اکسیداسیون فولاد در دمای بالا، عناصر آلیاژی به فولاد اضافه می شود تا ساختار اکسید را تغییر دهد. عناصر آلیاژی رایج عبارتند از: کروم، نیکل، کروم، سیلیکون، آلومینیوم و غیره. مقاومت اکسیداسیون در دمای بالا فولاد فقط به ترکیب شیمیایی مربوط می شود.
استحکام در دمای بالا به توانایی فولاد برای تحمل بارهای مکانیکی برای مدت طولانی در دماهای بالا اشاره دارد. دو اثر اصلی فولاد تحت بار مکانیکی در دمای بالا وجود دارد. یکی نرم شدن است یعنی با افزایش دما استحکام کاهش می یابد. دومی خزش است، یعنی در اثر تنش ثابت، مقدار تغییر شکل پلاستیک به آرامی با زمان افزایش می یابد. تغییر شکل پلاستیک فولاد در دمای بالا ناشی از لغزش درون دانه ای و لغزش مرز دانه است. برای بهبود استحکام در دمای بالا فولاد، معمولا از روش های آلیاژی استفاده می شود. به این معنا که عناصر آلیاژی به فولاد اضافه می‌شوند تا نیروی پیوند بین اتم‌ها بهبود یابد و ساختار مطلوبی تشکیل شود. افزودن کروم، مولیبدن، تنگستن، وانادیم، تیتانیوم و غیره می تواند زمینه فولاد را تقویت کند، دمای تبلور مجدد را افزایش دهد و همچنین می تواند کاربیدهای فاز تقویت کننده یا ترکیبات بین فلزی مانند Cr23C6، VC، TiC و غیره را تشکیل دهد. در دماهای بالا پایدار هستند، حل نمی شوند، برای رشد جمع نمی شوند و سختی خود را حفظ می کنند. نیکل عمدتا برای به دست آوردن اضافه می شودآستنیت. اتم‌های آستنیت محکم‌تر از فریت قرار گرفته‌اند، نیروی پیوند بین اتم‌ها قوی‌تر است و انتشار اتم‌ها دشوارتر است. بنابراین، استحکام دمای بالا آستنیت بهتر است. مشاهده می شود که مقاومت فولاد مقاوم در برابر حرارت در دمای بالا نه تنها به ترکیب شیمیایی مربوط می شود، بلکه به ریزساختار نیز مربوط می شود.
مقاوم در برابر حرارت با آلیاژ بالاریخته گری فولاددر مواردی که دمای کار بیش از 650 درجه سانتیگراد است به طور گسترده استفاده می شود. ریخته گری مقاوم در برابر حرارت به فولادهایی گفته می شود که در دماهای بالا کار می کنند. توسعه ریخته‌گری‌های فولادی مقاوم در برابر حرارت ارتباط نزدیکی با پیشرفت فناوری بخش‌های مختلف صنعتی مانند نیروگاه‌ها، بویلرها، توربین‌های گاز، موتورهای احتراق داخلی و موتورهای هوا دارد. با توجه به دما و تنش های مختلف مورد استفاده در ماشین ها و دستگاه های مختلف و همچنین محیط های مختلف، انواع فولادهای مورد استفاده نیز متفاوت است.
درجه معادل فولاد ضد زنگ | |||||||||
| گروه ها | AISI | W-stoff | DIN | BS | SS | AFNOR | UNE / IHA | JIS | UNI |
| فولاد ضد زنگ مارتنزیتی و فریتی | 420 درجه سانتیگراد | 1,4034 | X43Cr16 | ||||||
| 440 B/1 | 1,4112 | X90 Cr Mo V18 | |||||||
| - | 1.2083 | X42 Cr 13 | - | 2314 | Z 40 C 14 | F.5263 | SUS 420 J1 | - | |
| 403 | 1.4000 | X6Cr13 | 403 S 17 | 2301 | Z 6 C 13 | F.3110 | SUS 403 | X6Cr13 | |
| (410S) | 1.4001 | X7 Cr 14 | (403 S17) | 2301 | Z 8 C 13 | F.3110 | SUS 410 S | X6Cr13 | |
| 405 | 1.4002 | X6 CrAl 13 | 405 S 17 | - | Z 8 CA 12 | F.3111 | SUS 405 | X6 CrAl 13 | |
| 416 | 1.4005 | X12 CrS 13 | 416 S 21 | 2380 | Z 11 CF 13 | F.3411 | SUS 416 | X12CrS13 | |
| 410 | 1.4006 | X 10 Cr 13 | 410 S21 | 2302 | Z 10 C 14 | F.3401 | SUS 410 | X12Cr13 | |
| 430 | 1.4016 | X6 Cr 17 | 430 S 17 | 2320 | Z 8 C 17 | F.3113 | SUS 430 | X8Cr17 | |
| 420 | 1.4021 | X20 Cr 13 | 420 S 37 | 2303 | Z 20 C 13 | F.3402 | SUS 420 J1 | X20Cr13 | |
| 420 فارنهایت | 1.4028 | X30 Cr 13 | 420 S 45 | (2304) | Z 30 C 13 | F.3403 | SUS 420 J2 | X30Cr13 | |
| (420) | 1.4031 | X39Cr13 | 420 S 45 | (2304) | Z 40 C 14 | F.3404 | (SUS 420 J1) | - | |
| 431 | 1.4057 | X20 CrNi 17 2 | 431 S 29 | 2321 | Z 15 CNi 16.02 | F.3427 | SUS 431 | X16CrNi16 | |
| 430F | 1.4104 | X12 CrMoS 17 | - | 2383 | Z 10 CF 17 | F.3117 | SUS 430 F | X10CrS17 | |
| 434 | 1.4113 | X6 CrMo 17 | 434 S 17 | 2325 | Z 8 CD 17.01 | - | SUS 434 | X8CrMo17 | |
| 430 Ti | 1.4510 | X6 CrTi 17 | - | - | Z 4 CT 17 | - | SUS 430 LX | X6CrTi17 | |
| 409 | 1.4512 | X5 CrTi 12 | 409 S 17 | - | Z 6 CT 12 | - | SUH 409 | X6CrTi12 | |
| فولاد ضد زنگ آستنیتی | 304 | 1.4301 | X5 CrNi 18 9 | 304 S 15 | 2332 | Z 6 CN 18.09 | F.3551 | SUS 304 | X5CrNi18 10 |
| 305 | 1.4303 | X5 CrNi 18 12 | 305 S 19 | - | Z 8 CN 18.12 | - | SUS 305 | X8CrNi19 10 | |
| 303 | 1.4305 | X12 CrNiS 18 8 | 303 S 21 | 2346 | Z 10 CNF 18.09 | F.3508 | SUS 303 | X10CrNiS 18 09 | |
| 304 لیتر | 1.4306 | X2 CrNiS 18 9 | 304 S 12 | 2352 | Z 2 CN 18.10 | F.3503 | SUS 304L | X2CrNi18 11 | |
| 301 | 1.4310 | X12 CrNi 17 7 | - | 2331 | Z 12 CN 17.07 | F.3517 | SUS 301 | X12CrNi17 07 | |
| 304 | 1.4350 | X5 CrNi 18 9 | 304 S 31 | 2332 | Z 6 CN 18.09 | F.3551 | SUS 304 | X5CrNi18 10 | |
| 304 | 1.4350 | X5 CrNi 18 9 | 304 S 31 | 2333 | Z 6 CN 18.09 | F.3551 | SUS 304 | X5CrNi18 10 | |
| 304LN | 1.4311 | X2 CrNiN 18 10 | 304 S 62 | 2371 | Z 2 CN 18.10 | - | SUS 304 LN | - | |
| 316 | 1.4401 | X5 CrNiMo 18 10 | 316 S 16 | 2347 | Z 6 CND 17.11 | F.3543 | SUS 316 | X5CrNiMo17 12 | |
| 316 لیتر | 1.4404 | - | 316 S 12/13/14/22/24 | 2348 | Z 2 CND 17.13 | SUS316L | X2CrNiMo17 12 | ||
| 316LN | 1.4429 | X2 CrNiMoN 18 13 | - | 2375 | Z 2 CND 17.13 | - | SUS 316 LN | - | |
| 316 لیتر | 1.4435 | X2 CrNiMo 18 12 | 316 S 12/13/14/22/24 | 2353 | Z 2 CND 17.13 | - | SUS316L | X2CrNiMo17 12 | |
| 316 | 1.4436 | - | 316 S 33 | 2343 | Z 6 CND18-12-03 | - | - | X8CrNiMo 17 13 | |
| 317 لیتر | 1.4438 | X2 CrNiMo 18 16 | 317 S 12 | 2367 | Z 2 CND 19.15 | - | SUS 317 L | X2CrNiMo18 16 | |
| 329 | 1.4460 | X3 CrNiMoN 27 5 2 | - | 2324 | Z5 CND 27.05.Az | F.3309 | SUS 329 J1 | - | |
| 321 | 1.4541 | X10 CrNiTi 18 9 | 321 S 12 | 2337 | Z 6 CND 18.10 | F.3553 | SUS 321 | X6CrNiTi18 11 | |
| 347 | 1.4550 | X10 CrNiNb 18 9 | 347 S 17 | 2338 | Z 6 CNNb 18.10 | F.3552 | SUS 347 | X6CrNiNb18 11 | |
| 316 Ti | 1.4571 | X10 CrNiMoTi 18 10 | 320 S 17 | 2350 | Z 6 CNDT 17.12 | F.3535 | - | X6CrNiMoTi 17 12 | |
| 309 | 1.4828 | X15 CrNiSi 20 12 | 309 S 24 | - | Z 15 CNS 20.12 | - | SUH 309 | X16 CrNi 24 14 | |
| 330 | 1.4864 | X12 NiCrSi 36 16 | - | - | Z 12 NCS 35.16 | - | SUH 330 | - | |
| فولاد ضد زنگ دوبلکس | S32750 | 1.4410 | X 2 CrNiMoN 25 7 4 | - | 2328 | Z3 CND 25.06 Az | - | - | - |
| S31500 | 1.4417 | X 2 CrNiMoSi 19 5 | - | 2376 | Z2 CND 18.05.03 | - | - | - | |
| S31803 | 1.4462 | X 2 CrNiMoN 22 5 3 | - | 2377 | Z 3 CND 22.05 (Az) | - | - | - | |
| S32760 | 1.4501 | X 3 CrNiMoN 25 7 | - | - | Z 3 CND 25.06 Az | - | - | - | |
| 630 | 1.4542 | X5CrNiCNb16-4 | - | - | - | - | - | - | |
| A564/630 | - | - | - | - | - | - | - | - | |
استانداردهای فولاد ریخته گری مقاوم در برابر حرارت در کشورهای مختلف
1) استاندارد چینی
GB/T 8492-2002 "شرایط فنی برای ریخته گری فولاد مقاوم در برابر حرارت" درجه ها و خواص مکانیکی دمای اتاق فولادهای مختلف ریخته گری مقاوم در برابر حرارت را مشخص می کند.
2) استاندارد اروپا
استانداردهای فولاد ریخته گری مقاوم در برابر حرارت EN 10295-2002 شامل فولاد ضد زنگ آستنیتی مقاوم در برابر حرارت، فولاد ضد زنگ مقاوم در برابر حرارت فریتی و فولاد ضد زنگ دوبلکس آستنیتی-فریتی و همچنین آلیاژهای مبتنی بر نیکل و آلیاژهای مبتنی بر کبالت است.
3) استانداردهای آمریکایی
ترکیب شیمیایی مشخص‌شده در ANSI/ASTM 297-2008 «ریخته‌گری‌های فولادی مقاوم در برابر حرارت، آهن-کروم، آهن-کروم- نیکل صنعتی عمومی» مبنای پذیرش است و آزمایش عملکرد مکانیکی تنها زمانی انجام می‌شود که خریدار آن را درخواست کند. زمان سفارش سایر استانداردهای آمریکایی در مورد فولاد ریخته گری مقاوم در برابر حرارت عبارتند از ASTM A447/A447M-2003 و ASTM A560/560M-2005.
4) استاندارد آلمان
در DIN 17465 "شرایط فنی برای ریخته گری های فولادی مقاوم در برابر حرارت"، ترکیب شیمیایی، خواص مکانیکی در دمای اتاق، و خواص مکانیکی دمای بالا انواع فولادهای ریخته گری مقاوم در برابر حرارت به طور جداگانه مشخص شده است.
5) استاندارد ژاپنی
نمرات در JISG5122-2003 "ریخته گری های فولادی مقاوم در برابر حرارت" اساساً با استاندارد ASTM آمریکا یکسان است.
6) استاندارد روسی
در GOST 977-1988 19 گرید فولاد ریخته گری مقاوم در برابر حرارت مشخص شده است، از جمله فولادهای مقاوم در برابر حرارت با کروم متوسط و کروم بالا.
تاثیر ترکیب شیمیایی بر عمر مفید فولاد مقاوم در برابر حرارت
عناصر شیمیایی بسیار متنوعی وجود دارد که می تواند عمر مفید فولاد مقاوم در برابر حرارت را تحت تأثیر قرار دهد. این اثرات در افزایش پایداری سازه، جلوگیری از اکسیداسیون، تشکیل و تثبیت آستنیت و جلوگیری از خوردگی آشکار می شود. به عنوان مثال، عناصر خاکی کمیاب، که عناصر کمیاب در فولاد مقاوم در برابر حرارت هستند، می توانند به طور قابل توجهی مقاومت اکسیداسیون فولاد را بهبود بخشند و ترموپلاستی را تغییر دهند. مواد اولیه فولاد و آلیاژهای مقاوم در برابر حرارت عموماً فلزات و آلیاژهایی با نقطه ذوب نسبتاً بالا، انرژی فعال سازی خود انتشار بالا یا انرژی خطای انباشتگی کم را انتخاب می کنند. فولادهای مختلف مقاوم در برابر حرارت و آلیاژهای با درجه حرارت بالا نیازهای بسیار بالایی در فرآیند ذوب دارند، زیرا وجود آخالها یا عیوب متالورژیکی خاص در فولاد محدودیت استقامتی ماده را کاهش می دهد.
تأثیر فناوری پیشرفته مانند درمان محلول بر عمر مفید فولاد مقاوم در برابر حرارت
برای مواد فلزی، استفاده از فرآیندهای مختلف عملیات حرارتی بر ساختار و اندازه دانه تأثیر می گذارد و در نتیجه درجه سختی فعال سازی حرارتی را تغییر می دهد. در تجزیه و تحلیل شکست ریخته گری، عوامل زیادی منجر به شکست می شوند، عمدتاً خستگی حرارتی منجر به شروع و توسعه ترک می شود. به همین ترتیب، یک سری عوامل وجود دارد که بر شروع و انتشار ترک ها تأثیر می گذارد. در میان آنها، محتوای گوگرد بسیار مهم است، زیرا ترک ها بیشتر در امتداد سولفیدها ایجاد می شوند. محتوای گوگرد تحت تأثیر کیفیت مواد خام و ذوب آنها است. برای ریخته‌گری‌هایی که تحت اتمسفر محافظ هیدروژن کار می‌کنند، اگر سولفید هیدروژن در هیدروژن موجود باشد، قطعات ریخته‌گری سولفوره می‌شوند. ثانیا، کفایت درمان محلول بر استحکام و چقرمگی ریخته گری تأثیر می گذارد.
