Окалиностійкість середньовуглецевих сталей в агресивних середовищах залежно від вмісту в них хрому та алюмінію

Шрифт:
147

https://doi.org/10.15407/steelcast2020.02.049

Met. litʹe Ukr., 2020, Tom 28, №2, P. 49-55

М.М. Ямшинський, 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. Федоров, канд. техн. наук, доц., e-mail: radaiff@iff.kpi.ua, https://orcid.org/0000-0001-8254-9643, Web of Science ResearcherID: I-9027-2017

НТУУ «КПІ ім. Ігоря Сікорського» (Київ, Україна)

Надійшла 10.02.2020

УДК 621.745.55

Аналізом умов експлуатації жаростійких литих деталей установлено, що необхідною умовою зменшення витрат 
металу на утворення окалини на їх поверхнях є формування суцільної плівки з низькою електропровідністю та ви-
сокою пружністю дисоціації оксиду.
Сучасні теорії легування не дають повної відповіді на поставлені питання. Теорії окиснення, які існують на сьо-
годні, мають суттєві припущення та унеможливлюють створення всебічних обґрунтованих теорій жаростійкого 
легування. 
Для досягнення поставленої мети в роботі досліджено вплив основних 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 окалиностій-
кість, тому цей факт необхідно враховувати під час вибору жаростійкої сталі для виготовлення виробів, що пра-
цюють в умовах високих температур і агресивних середовищ.
Установлено, що додаткове легування хромистих сталей алюмінієм суттєво покращує їх окалиностійкість – ви-
трати металу на утворення окалини в умовах високих температур і перегрітого повітря суттєво зменшуються, 
але з часом поверхневий шар металу збіднюється алюмінієм, оскільки він витрачається на утворення власного 
оксиду.
Установлено, що підвищення вмісту пари в повітрі до 25 % (за об’ємом) майже втричі знижує окалиностійкість 
сталі з утворенням поруватої окалини, яка практично вся відшаровується від поверхні виробу внаслідок збільшен-
ня вмісту оксиду і закису заліза, що інтенсифікує процес утворення окалини й скорочує термін його експлуатації.
З підвищенням концентрації алюмінію в сталі до 6 % її окалиностійкість підвищується більше, ніж удвічі, а макси-
мальна швидкість «вигоряння» алюмінію відбувається за вмісту його в сталі до 3 % протягом інтенсивного форму-
вання захисної плівки спільно з хромом. 
Отже, окалиностійкість середньовуглецевих (0,25–0,35 % С) жаростійких сплавів на основі заліза визначається 
оптимальним для конкретних умов експлуатації виробів вмістом основних легувальних елементів та технологіч-
ними процесами їх виготовлення.

Ключові слова: хром, алюміній, легування, окалиностійкість, водяна пара, перегріте повітря, сталь, умови експлуатації.

Література

1. Жук Н.П. Курс теории коррозии и защиты металлов. М.: Металлургия, 1976. 472 с.
2. Федоров Г.Е., Ямшинский М.М., Платонов Е.А., Лютый Р.В. Стальное литье: Монография. К.: НТУУ «КПИ», ПАО 
«Випол», 2013. 896 с.
3. Гудремон Э. Специальные стали. В 2-х томах, 2-е изд. М.: Металлургия. 1966. Т. 1. 736 с.
4. Кубашевский О., Гопкинс Б. Окисление металлов и сплавов. М.: Металлургия, 1965. 315 с.
5. Бенар Ж. Окисление металлов. Теоретические основы. М.: Металлургия, 1968. 499 с.
6. Кофстад П. Высокотемпературное окисление металлов. М.: Мир, 1969. 392 с.
7. Макаревич О.П., Федоров Г.Є., Платонов Є.О. Виробництво виливків із спеціальних сталей. НТУУ «КПІ», 2005. 712 с.
8. Ващенко К.И., Ларин В.К. Влияние окисления жидкого металла на содержание неметаллических включений в отливке. 
Литейное производство. 1972. № 3. С. 23–25.
9. Ващенко К.И. Улучшение механических свойств литых хромоникелевых жаростойких сталей. Прогрессивная техно-
логия литейного производства, 1969. С. 288–292.
10. Ващенко К.И., Жук В.Я., Лютый В.А. Безникелевая жаростойкая сталь для отливок, работающих при переменных 
температурах до 1200 °С. Литейное производство. 1970. № 4. С. 28–32.
11. Самсонов Г.В. Тугоплавкие соединения. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Металлургия, 1976. 558 с.
12. Ващенко К.И. Литая безникелевая жаростойкая сталь для наконечников горелок котлов тепловых электростанций. 
Теплоэнергетика. 1969. № 7. С. 43–47.
13. Гаврилюк В.П., Марковский Е.А. Литые железохромистые сплавы. К.: Процессы литья при участии МП «Информли-
тье», 2001. 260 с.
14. Кубашевский О. Диаграммы состояния двойных систем на основе железа. М.: Металлургия, 1985. 184 с.
15. Ямшинський М.М., Федоров Г.Є. Окалиностійкість хромоалюмінієвих сталей залежно від вмісту хрому та алюмінію. 
Вісник Донбаської державної машинобудівної академії. 2016. № 1 (37). С. 101–110.
16. Ямшинський М.М., Федоров Г.Є. Окалиностійкість середньовуглецевих жаростійких хромоалюмінієвих сталей в ек-
стремальних умовах. Наукові вісті НТУУ «КПІ». 2017. № 5. С. 90–98. DOI: 10.20535/1810-0546.2017.5.97966.
17. Гольдштейн М.И., Грачев С.В., Векслер Ю.Г. Специальные стали. М.: МИСиС, 1999. 480 с.
18. Ямшинський М.М., Федоров Г.Є., Радченко К.С. Термостійкість жаростійких сталей для роботи в екстремальних умо-
вах. Вісник Донбаської державної машинобудівної академії. 2015. № 3 (36). С. 33–37.