Окалиностійкість хромоалюмінієвих сталей в агресивних середовищах

Шрифт:
30

https://doi.org/10.15407/steelcast2021.01.032

Met. litʹe Ukr., 2021, Tom 29, №1, P. 32-37

М.М. Ямшинський1, д-р техн. наук, доц., e-mail: yamshinskiy@iff.kpi.ua, https://orcid.org/0000-0002-2293-2939, Web of Science ResearcherID: I-4267-2017
Г.Є. Федоров2, канд. техн. наук, доц., e-mail: radaiff@iff.kpi.ua, https://orcid.org/0000-0001-8254-9643, Web of Science ResearcherID: I-9027-2017

1Національний технічний університет України «КПІ ім. Ігоря Сікорського» (Київ, Україна)
2Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України (Київ, Україна

Надійшла 04.01.2021

УДК 621.745.55

Аналізом умов експлуатації високотемпературних деталей паливоспалювальних пристроїв котлоагрегатів теплових електростанцій (ТЕС) встановлено, що їх робоча температура досягає 1100–1250 °С. Оскільки насадки таких пристроїв піддаються інтенсивній абразивній дії вугільного пилу та інших складових палива й швидко зношуються в результаті ерозійних процесів, то й в цьому разі можна використовувати хромоалюмінієві сталі з оптимальним вмістом вуглецю. З економічної точки зору слід зазначити, що нікель, вміст якого в марках сталей досягає 20 %, відноситься до дорогих і дефіцитних металів. Отже використання його в таких кількостях для легування жаростійких сталей невиправдано й недоцільно і виникає можливість заміни дорогих жаростійких хромонікелевих сталей дешевими ливарними матеріалами, наприклад, сплавами на основі заліза з високим вмістом хрому.
Вибір сплаву з високою окалиностійкістю є необхідним, але недостатнім критерієм для забезпечення надійності й довговічності його експлуатації. Це пов’язано з тим, що в процесі роботи вироби піддаються періодичному нагріванню та охолодженню, тобто теплозмінам. При цьому в об’ємі металу виникає нерівномірне температурне поле, яке сприяє накопиченню термічних напружень. Такі напруження можуть перевищити допустимі за даних умов, внаслідок чого в металі розвивається пластична деформація, яка згодом призводить до його руйнування.
Для досягнення поставленої мети в роботі досліджено вплив легувальних елементів хрому та алюмінію на жаростійкість сплавів на основі заліза в перегрітому повітрі із додаванням водяної пари та вуглекислого газу. Головним хімічним елементом у сталях цього класу є вуглець, який справляє негативний вплив на окалиностійкість, тому цей факт необхідно враховувати під час вибору жаростійкої сталі для виготовлення виробів, що працюють в умовах високих температур і агресивних середовищ.
Зниження швидкості окиснення сплавів за високих температур досягається внаслідок утворення на їх поверхнях щільного захисного оксидного шару, в якому значно ускладнені процеси дифузійного переносу іонів металу й кисню. Це досягається додаванням у сталь відповідної кількості хрому та алюмінію.
За вмісту в сталі понад 4 % алюмінію швидкість його вигоряння практично стала, а середній вміст алюмінію в сталі в будь-який момент часу випробування підпорядковується лінійній залежності.

Ключові слова:  окалиностійкість, водяна пара, перегріте повітря, сталь, умови експлуатації, питома поверхня виробу, швидкість окиснення.

Література

1. Федоров Г.Е., Ямшинский М.М., Платонов Е.А., Лютый Р.В. Стальное литье: Монография. К.: НТУУ «КПИ», ПАО «Випол», 2013. 896 с.
2. Гудремон Э. Специальные стали. В 2-х томах, 2-е изд. М.: Металлургия. 1966. Т. 1. 736 с.
3. Бенар Ж. Окисление металлов. Теоретические основы. М.: Металлургия, 1968. 499 с.
4. Кофстад П. Высокотемпературное окисление металлов. М.: Мир, 1969. 392 с.
5. Кубашевский О., Гопкинс Б. Окисление металлов и сплавов. М.: Металлургия, 1965. 315 с.
6. Жук Н.П. Курс теории коррозии и защиты металлов. М.: Металлургия, 1976. 472 с.
7. Ямшинський М.М., Федоров Г.Є. Окалиностійкість середньовуглецевих сталей в агресивних середовищах залежно від вмісту в них хрому та алюмінію. Метал та лиття України. 2020. № 2 (28). С. 49–55. DOI: https://doi.org/10.15407/steelcast2020.02.049
8. Гаврилюк В.П., Марковский Е.А. Литые железохромистые сплавы. К.: Процессы литья при участии МП «Информлитье», 2001. 260 с