Физические свойства жаропрочной стали
Очевидно, что наиболее заметной особенностью жаропрочной стали является высокая термостойкость, которая позволяет поддерживать нормальную форму заготовки и требования к рабочим характеристикам в условиях высокотемпературной рабочей среды. Итак, каковы же, помимо стойкости к высоким температурам, основные физические свойства жаропрочной стали? Сейчас мы перечислим их по порядку.
Устойчивость к высокотемпературной коррозии жаропрочной стали
Жаропрочная сталь часто работает в высокотемпературной сложной агрессивной среде. Устойчивость к высокотемпературной коррозии является очень важным требованием к жаропрочной стали. Высокотемпературная коррозия – это реакция материалов с различными газовыми средами при высоких температурах. Основными формами высокотемпературной газовой коррозии являются: высокотемпературное окисление, вулканизация, азотирование, карбонизация и другие формы. Кроме того, существует высокотемпературная одежда из расплавленной соли, высокотемпературная коррозия жидкого металла.
Физические свойства жаропрочной стали устойчивы к высокотемпературному окислению.
Когда сродство между металлом и кислородом велико, а растворимость кислорода в кристалле хрома достигает насыщения, на поверхности металла образуются нитриды. После образования оксидной пленки продолжение процесса окисления будет зависеть от двух факторов: (а) скорости реакции на границе раздела фаз, включая скорость реакции на границе раздела металл/оксид и границу раздела оксид/газ; б) скорость диффузии вещества, участвующего в реакции, через оксидную пленку. В общем, когда поверхность металла первоначально реагирует с кислородом с образованием чрезвычайно тонкой оксидной пленки, ведущую роль играет интерфейсная реакция, то есть интерфейсная реакция является контролирующим фактором образования оксидной пленки. Однако по мере роста оксидной пленки процесс диффузии постепенно будет играть все более важную роль как фактор контроля продолжающегося окисления. Оксидная пленка, образующаяся на поверхности металла, обычно твердая, но в зависимости от природы оксидной пленки при более высоких температурах некоторые оксиды металлов являются жидкими, а некоторые газообразными.
В жаропрочную сталь добавляются хром, алюминий, кремний и редкоземельные элементы, образующие с кислородом сплошную и плотную защитную оксидную пленку. Нанесение покрытия на поверхность металла также является важным методом повышения стойкости к высокотемпературному окислению. Например, алюминирование, силицирование или хромалюминий, хромсилицирование на поверхности жаропрочной стали оказывают значительное антиоксидантное действие.
Физические свойства жаропрочных сталей, устойчивых к высокотемпературной вулканизации
Высокотемпературная вулканизация является более серьезной формой высокотемпературной коррозии, чем чистое окисление, поскольку сульфидная пленка имеет большую концентрацию дефектов, чем оксидная пленка, и более склонна к растрескиванию и растрескиванию, особенно из-за низкой температуры плавления сульфида, высокого содержания пара. давление и низкая точка эвтектики большинства сульфидов. Во время вулканизации форма существования серы влияет на скорость высокотемпературной вулканизации. Сера в паровой фазе может находиться в форме паров серы, диоксида серы, триоксида серы, сероводорода и органического сульфида. При одновременном присутствии серы и кислорода на поверхности металла часто образуется смешанный слой ржавчины из оксидов и сульфидов, который является более защитным, чем сульфиды, образующиеся в H2S или органической сере и парах серы.
Поскольку вулканизация аналогична окислению, к вулканизации применимы основная теория окисления и основные меры окисления текстиля. Добавление в сталь хрома, алюминия, кремния и других легирующих элементов может в определенной степени предотвратить или замедлить высокотемпературную вулканизацию.
Физические свойства жаропрочных сталей к высокотемпературному азотированию
Азотирование отличается от окисления и вулканизации, и форма его разрушения также различна. При азотировании конечным продуктом могут быть все слои нитрида, однако коррозионная стойкость слоя в водном растворе плохая, или пластичность металла снижается из-за диффузии азота в металл, и когда сплошной нитридный слой не может образовываться на поверхности металла, слой очень зеленый. Поэтому защитного действия на базовом практически нет. Следовательно, как только на поверхности металла образуется азотирование, общие характеристики металлического материала значительно снизятся.
Железо, хром, алюминий, титан и другие элементы легко образуют нитриды; Никель, медь и другие элементы не образуют устойчивых нитридов даже при высоких температурах. Поэтому никель, медь и другие элементы оказывают ингибирующее азотирование воздействие. В смешанной атмосфере (например, в атмосфере, содержащей серу) никель не может ингибировать азотирование из-за его легкой вулканизации. Однако в практической инженерии материал с высоким содержанием никеля и хрома по-прежнему остается лучшим материалом, устойчивым к высокотемпературному азотированию. Предварительное окисление материала оказывает определенное влияние на повышение его стойкости к окислению, особенно для нержавеющей жаропрочной стали.
