ریخته گری های فولادی مقاوم در برابر حرارت و عملیات حرارتی آنها

ریخته‌گری‌های فولادی مقاوم در برابر حرارت قطعاتی هستند که از فولاد آلیاژی مقاوم در برابر حرارت به عنوان مواد خام ساخته می‌شوند. در شرایط دمای بالا، فولادی با مقاومت اکسیداسیون، استحکام کافی در دمای بالا و مقاومت حرارتی خوب، فولاد مقاوم در برابر حرارت نامیده می شود. فولاد مقاوم در برابر حرارت را می توان با توجه به خواص خود به دو نوع فولاد مقاوم در برابر اکسیداسیون و فولاد مقاوم در برابر حرارت تقسیم کرد. فولاد ضد اکسیداسیون به فولاد بدون پوست نیز گفته می شود. فولاد استحکام گرم به فولادی اطلاق می شود که دارای مقاومت اکسیداسیون خوب در دماهای بالا و استحکام در دمای بالا باشد. در مورد ترکیب شیمیایی یکسان، حالت ریختگی استحکام حرارتی بالاتری نسبت به حالت نورد شده دارد. قطعات فولادی مقاوم در برابر حرارت ریخته گری سهم زیادی در زمینه فولاد مقاوم در برابر حرارت دارند.

فرآوری و تغییر شکل برخی از فولادهای مقاوم در برابر حرارت با آلیاژ بالا دشوار است. تولید ریخته گری نه تنها مقرون به صرفه تر از محصولات نورد است، بلکه ریخته گری از استقامت بالاتری نیز برخوردار است. بنابراین، فولاد ریخته گری مقاوم در برابر حرارت، نسبت قابل توجهی از فولاد مقاوم در برابر حرارت را اشغال می کند. علاوه بر ریخته گری شن و ماسه، از تکنیک های ریخته گری دقیق نیز می توان برای به دست آوردن محصولاتی با سطوح صاف و ابعاد دقیق استفاده کرد. ریخته گری گریز از مرکز اغلب برای لوله های کوره با دمای بالا برای شکستن آمونیاک مصنوعی و اتیلن استفاده می شود.

با توجه به ساختار متالوگرافی در حالت نرمال، فولاد ریخته گری مقاوم در برابر حرارت را می توان به چهار دسته تقسیم کرد: فولاد مقاوم در برابر حرارت پرلیت، فولاد مقاوم در برابر حرارت مارتنزیتی، فولاد مقاوم در برابر حرارت فریتی و فولاد مقاوم در برابر حرارت آستنیتی.

 

1. فولاد ریخته گری مقاوم در برابر حرارت پرلیت

عناصر آلیاژی فولاد ریخته گری مقاوم در برابر حرارت پرلیت عمدتاً کروم و مولیبدن هستند و مقدار کل معمولاً از 5٪ تجاوز نمی کند. ساختار آن علاوه بر پرلیت و فریت دارای بینیت نیز می باشد. این نوع فولاد دارای استحکام در دمای بالا و عملکرد فرآیند در دمای 500-600 درجه سانتیگراد است. آنها به طور گسترده ای برای ساخت قطعات مقاوم در برابر حرارت زیر 600 درجه سانتیگراد، مانند لوله های فولادی بویلر، پروانه های توربین بخار، روتورها، اتصال دهنده ها، مخازن فشار قوی، خطوط لوله و غیره استفاده می شوند. ، 25Cr2Mo1V، 20Cr3MoWV، و غیره.

عملیات حرارتی ریخته‌گری‌های فولادی مقاوم در برابر حرارت پرلیت عمدتاً نرمال شده یا خاموش و تمپر می‌شود تا ساختاری پایدار، خواص مکانیکی جامع خوب و استحکام مورد نیاز در شرایط دمای بالا به دست آید.

 

2. فولاد ریخته گری مارتنزیتی مقاوم در برابر حرارت

محتوای کروم فولاد ریخته گری مقاوم در برابر حرارت مارتنزیتی به طور کلی 7-13٪ است. این استحکام در دمای بالا، مقاومت در برابر اکسیداسیون و مقاومت در برابر خوردگی بخار آب کمتر از 650 درجه سانتیگراد دارد، اما جوش پذیری آن ضعیف است. 1Cr13، 2Cr13 حاوی حدود 12 درصد کروم، و گریدهای فولادی که بر این اساس توسعه یافته اند مانند 1Cr11MoV، 1Cr12WMoV، 2Cr12WMoNbVB و آلیاژهای دیگر معمولاً برای ساخت پره های توربین بخار، دیسک ها، شفت ها، بست ها، و غیره استفاده می شوند. 4Cr10Si2Mo و غیره مورد استفاده در ساخت سوپاپ های اگزوز موتورهای احتراق داخلی نیز از فولادهای مقاوم در برابر حرارت مارتنزیتی هستند.

فرآیند معمول عملیات حرارتی برای ریخته‌گری‌های فولادی مقاوم در برابر حرارت مارتنزیتی، نرمال‌سازی + تمپرینگ است.

 

3. فولاد ریخته گری مقاوم در برابر حرارت فریتی

فولاد ریخته گری مقاوم در برابر حرارت فریتی حاوی کروم، آلومینیوم، سیلیکون و عناصر دیگر است که یک ساختار فریت تک فاز را تشکیل می دهد که دارای مقاومت اکسیداسیون خوب و مقاومت در برابر خوردگی گاز در دمای بالا است، اما استحکام دمای بالا آنها کم است، در دمای اتاق شکنندگی بیشتر است و جوش پذیری ضعیف است. مانند 1Cr13SiAl، 1Cr25Si2 و غیره. فولاد ریخته گری مقاوم در برابر حرارت فریتی عموماً برای ساخت قطعاتی که بار کم را تحمل می کنند و به مقاومت در برابر اکسیداسیون در دمای بالا نیاز دارند، استفاده می شود.

عملیات حرارتی ریخته‌گری‌های فولادی مقاوم در برابر حرارت فریتی معمولاً از بازپخت برای کاهش استرس و سپس خنک‌سازی سریع (به منظور عبور سریع از منطقه شکننده 400-500 درجه سانتیگراد) استفاده می‌کند.

 

4. فولاد ریخته گری آستنیتی مقاوم در برابر حرارت

فولاد ریخته گری مقاوم در برابر حرارت آستنیتی حاوی عناصر تشکیل دهنده آستنیت بیشتری مانند نیکل، منگنز، نیتروژن و غیره است، در دمای بالاتر از 600 درجه سانتیگراد، استحکام و پایداری ساختاری خوبی در دمای بالا دارد و عملکرد جوش خوبی دارد. معمولاً به عنوان ماده ای با مقاومت حرارتی که بالای 600 درجه سانتیگراد کار می کند استفاده می شود. نمرات معمولی عبارتند از: 1Cr18Ni9Ti (321)، 1Cr23Ni13 (309)، 0Cr25Ni20 (310S)، 1Cr25Ni20Si2 (314)، 2Cr20Mn9Ni2Si2N، 4Cr14N، و غیره.

فولاد ضد اکسیداسیون آستنیتی را می توان با عملیات حرارتی محلول در دمای بالا برای به دست آوردن تغییر شکل سرد خوب درمان کرد. فولاد با مقاومت گرم آستنیتی ابتدا با محلول با دمای بالا درمان می شود و سپس عملیات پیری در دمای 60-100 درجه سانتیگراد بالاتر از دمای استفاده برای تثبیت ساختار و رسوب فاز دوم برای تقویت ماتریس انجام می شود.

 

موارد استفاده از ریخته گری های فولادی مقاوم در برابر حرارت

فولاد مقاوم در برابر حرارت اغلب برای تولید قطعات و اجزایی که در دماهای بالا در بخش‌های صنعتی مانند دیگ‌های بخار، توربین‌های بخار، ماشین‌آلات نیرو، کوره‌های صنعتی و صنایع هوانوردی و پتروشیمی کار می‌کنند، استفاده می‌شود. این قطعات علاوه بر استحکام در دمای بالا و مقاومت در برابر اکسیداسیون و خوردگی در دمای بالا، به چقرمگی کافی، کارایی و جوش پذیری خوب و درجه خاصی از پایداری ساختاری با توجه به کاربردهای مختلف نیاز دارند.

 

برخی از درجات فولاد آلیاژی مقاوم در برابر حرارت و کاربردهای آنها
درجه فولاد	دمای قابل اجرا و کاربردها
00Cr12	دمای ضد اکسیداسیون 600 ~ 700 ℃، به عنوان دمای بالا، بدنه شیر فشار بالا، مشعل استفاده می شود
0Cr13Al	محدوده دمایی قابل اجرا 700 ~ 800 ℃، تیغه کمپرسور توربین گاز
1Cr17	ضد اکسیداسیون در دمای زیر 900 درجه سانتیگراد، به عنوان قطعات با دمای بالا و نازل برای کوره ها استفاده می شود.
1Cr12	مقاومت در برابر اکسیداسیون و استحکام دمای بالا در محدوده دمایی 600 ~ 700 ℃ و برای قطعات با دمای بالا پره های توربین بخار، نازل ها و دریچه های مشعل دیگ بخار استفاده می شود.
1Cr13	دمای مقاومت در برابر اکسیداسیون 700 ~ 800 ℃ است و استفاده از آن مانند فولاد 1Cr12 است.
0Cr18Ni9، 1Cr18Ni9Ti	دمای ضد اکسیداسیون زیر 870 ℃، می تواند به عنوان لوله سطح گرمایش دیگ بخار، قطعات کوره گرمایش، مبدل حرارتی، کوره صدا خفه کن، مبدل، نازل استفاده شود.
0Cr18Ni10Ti، 0Cr18Ni11Nb	در برابر خوردگی و اکسیداسیون دمای بالا در محدوده دمایی 400 ~ 900 ℃ مقاوم است و می تواند برای اتصالات لوله ای که دمای کاری آنها زیر 850 درجه سانتیگراد است استفاده شود.
0Cr23Ni13	دمای ضد اکسیداسیون تا 980 ℃، برای لوله آتش سوزی مشعل، تیغه توربین بخار، بدنه کوره گرمایش، دستگاه تبدیل متان، دستگاه جداسازی دمای بالا استفاده می شود.
0Cr25Ni20	دمای ضد اکسیداسیون تا 1035 ℃، برای گرم کردن قطعات کوره استفاده می شود. قطعات سیستم انتقال گاز با دمای کار زیر 950 درجه سانتیگراد
0Cr17Ni12Mo2، 0Cr19Ni13Mo2	دمای ضد اکسیداسیون کمتر از 870 درجه سانتیگراد نیست، دمای کار 600 ~ 750 ℃، لوله های مبدل حرارتی و اتصالات کوره برای صنایع شیمیایی و پالایش نفت است.
0Cr17Ni7Al	قطعات باربر با دمای بالا با دمای کار زیر 550 درجه سانتیگراد