Хром против окалины: жаростойкие печи

4 Аустенитно-ферритные и аустенитные жаростойкие сплавы

Наибольшей востребованностью пользуются аустенитные стали, структура коих обеспечивается наличием никеля, а жаростойкость – наличием хрома. В подобных композициях иногда встречаются незначительные включения ниобия и титана, углерода в них очень мало. Аустенитные марки при температурах до 1000° успешно противостоят процессу появления окалины и при этом относятся к группе антикоррозионных сталей.

Сейчас чаще всего предприятия используют описываемые материалы, относимые к дисперсионно-твердеющей категории. Их делят на два вида в зависимости от варианта применяемого упрочнителя – интерметаллического либо карбидного. Именно процедура упрочнения придает аустенитным сталям особые свойства, так востребованные промышленностью. Известные сплавы данной группы:

  • дисперсионно-твердеющие: 0Х14Н28В3Т3ЮР, Х12Н20Т3Р, 4Х12Н8Г8МФБ, 4Х14Н14В2М (оптимальны для изготовления клапанов двигателей транспортных средств и деталей турбин);
  • гомогенные: 1Х14Н16Б, Х25Н20C2, Х23Н18, Х18Н10T, Х25Н16Г7АР, Х18Н12T, 1Х14Н18В2Б (указанные марки находят свое применение в сфере выпуска арматуры и труб, работающих при больших нагрузках, элементов выхлопных систем, агрегатов сверхвысокого давления).

Аустенитно-ферритные сплавы имеют очень высокую жаропрочность, которая намного больше обычных высокохромистых материалов. Достигается это за счет уникальной стабильности их строения. Такие марки стали нельзя применять для производства нагруженных компонентов из-за их повышенной хрупкости. Зато они прекрасно подходят для изготовления изделий, функционирующих при температурах близких к 1150 °С:

  • пирометрических трубок (марка – Х23Н13);
  • печных конвейеров, труб, емкостей для цементации (Х20Н14С2 и 0Х20Н14С2).

Виды, классификация и назначение

Огнеупорные материалы производят на минеральной основе, отличительной особенностью которых является способность сохранять свою нормальную функциональность при воздействии высоких температур (более 1580 градусов).

Существует несколько классификаций огнеупоров.

По размеру и форме

  • Фасонные огнеупорные материалы, выполняемые в виде крупных блоков, а также простых, сложных и особо сложных элементов;
  • Огнеупоры клиновидного и прямого профиля разнообразного размера;
  • Специальные огнеупорные материалы, созданные для использования в лабораторных и промышленных условиях.

По рабочему температурному режиму

Основные диапазоны подразделяются на:

  • 1580-1800 градусов;
  • 1800-2000 градусов;
  • 2000-3000 градусов;
  • Свыше 3000 градусов.

По методу формовки

  • Литые огнеупоры, создаваемые из жидкой шликерной основы;
  • Выполненные из пластичных масс. Изготавливаются способом первоначальной машинной формовки, с последующим прессованием;
  • В виде спилов природных горных материалов;
  • Огнеупоры, создаваемые методом электрического плавления;
  • Горячего прессования;
  • Термопластичного прессования;
  • Создаваемые из порошковой основы.

По структуре

  • Особой плотности (открытая пористость составляет менее 3%);
  • Высокой плотности (открытая пористость 3-10%);
  • Плотные (открытая пористость 10-16%);
  • Уплотненные (16-20%);
  • Средней плотности (20-30%);
  • Низкой плотности (общая пористость 30-45%);
  • Огнеупоры высокой пористости (45-75%);
  • Ультрапористые огнеупорные материалы (>75%).

По составу

По химическому составу огнеупорные материалы принято подразделять на 3 группы:

Нейтральные, изготавливаемые на основе оксидов алюминия и хрома. К ним относятся:

  • Углеродистые, применяемые для изготовления штучных печных элементов;
  • Графитовые. На их основе изготавливают тигели для плавления металлических изделий;
  • Хромитовые. Используются в качестве изолирующего слоя в огнеупорном пироге из кислых и основных изделий.

Кислые (на основе диоксида кремния). Материалы, которые относятся к этой группе:

  • Кварцевый песок, используемый при ремонте и наварке печных элементов;
  • Динасовый кирпич, который может применяться для печной кладки;
  • Кварцеглинистые материалы, применяемые для футеровки печных конструкций, работающих в сравнительно низком температурном режиме.

Основные (на оксиде магния и кальция):

  • Хромомагнезит, используется для кладки печных конструкций, работающих в режиме резкой смены температур;
  • Доломит (порошковый материал);
  • Магнезит (в форме кладочного кирпича или футеровочного порошка).

В отдельную классификационную категорию относят огнеупорные теплоизоляционные материалы.

Они позволяют значительно повысить эффективность работы печей, так как, благодаря высокой пористости, уменьшают потери тепла через стеновые элементы.

Огнеупорные теплоизоляционные плиты производятся 3-мя методами:

  • Химическим способом, при котором в огнеупорную основу вводится доломитовый порошок или известняк, растворяемые в серной кислоте. В ходе химической реакции образуется пена, которая застывая приобретает вид пористого материала.
  • Внедрением в огнеупорную основу углеродистых элементов (в основном мелких древесных материалов), которые при обжиге сгорают, тем самым образуя пустоты в исходном материале.
  • При помощи мыльных пенообразующих добавок.

Сплавы, основанные на добавлении никеля с железом

Никелевые сплавы (56% никеля) или никеле-железные стали(65%) считаются жаропрочными и имеют качественные жаростойкие качества. Основным элементом для легирования сталей подобной группы признается только хром, содержание которого равно 14-23%.

Что касается стойкости и стабильности, которые сохраняются даже при усиленных нагрузках и повышенной температуры, то обязательным элементом для смешивания металла — никель. Самые востребованные из  ХН60В, ХН67ВМТЮ, ХН70, ХН70МВТЮБ, ХН77ТЮ, ХН78Т, ХН78Т, ХН78МТЮ. Часть сплавов этих марок считаются жаропрочными, а другие – жаростойкими.

Базой мартенситного основания сплава считается перлит, меняющей состояние продукта, если количество хрома в составе увеличить. Перлитными считаются такие единицы жароустойчивых и жаростойких сталей, имеющих отношение к хромомолибденовым и хромокремнистым: Х6С, Х6СМ, Х7СМ, Х9С2, Х10С2М и Х13Н7С2. Для получения материал с сорбитной структурой, отличающегося особой твердостью, их вначале укрепляют при 950–1100°, а после подвергают отпуску. 

Металлические сплавы с ферритной структурой, имеющие отношение к жаростойкой стали для котлов, заключают в собственном хим. составе от 26 до 32% хрома, определяющем свойства. Для придания сталям тонкодисперсную структуру, фабрикаты подвергают обжиганию. Существуют такие марки сталей данной подгруппы 1Х12СЮ, Х17, 0Х17Т, Х18СЮ, Х25Т и Х28. Если эти стали нагреваются до 860° и выше, происходит быстрое укрепление зерна во внутренней структурной формуле, при этом очень сильно повышается ломкость и хрупкость металла, при которой он может быстро прийти в негодность.

Что такое сталь и с чем её едят?

Сталь
(от нем. Stahl) — сплав железа (не менее 45%) с углеродом (от 0,1 до 2,14 %) и другими элементами, сопутствующими железу в его сплавах (марганец, сера, фосфор). Углерод придаёт сплавам железа прочность и твёрдость, снижая пластичность и вязкость.

Добавление других элементов для изменения (улучшения) химических и физических свойств исходного сплава называется легирование
. Наряду с нанесением защитного покрытия (окраска изделий, хромирование, цинкование) легирование применяется для повышения коррозионной стойкости металла.

Таким образом, любая нержавеющая сталь
– легированная (улучшенная) сталь, устойчивая к коррозии. Вопрос в том, насколько?

Нержавеющие стали делят на три группы:

  • Коррозионностойкие стали — от них требуется стойкость к коррозии в несложных промышленных и бытовых условиях (бытовая нержавеющая посуда и тара, хирургические инструменты и др.).
  • Жаростойкие стали — от них требуетя жаростойкость (окалиностойкость)
    — то есть стойкость к коррозии при высоких температурах в сильно агрессивных средах (например, на химических заводах). Для повышения окалиностойкости сталь легируют элементами, которые изменяют состав и строение окалины.

  • Жаропрочные стали — от них требуется жаропрочность — то есть хорошая механическая прочность при высоких температурах.

Жаропрочный металл и жаростойкость

Ненагруженные конструкции, эксплуатируемые при температуре порядка 550°С в окислительной газовой атмосфере, изготавливаются обычно из жаростойкой стали. К данным изделиям часто относятся детали нагревательных печей. Сплавы на базе железа при температуре больше 550°С склонны активно окисляться, из-за чего на их поверхности образуется оксид железа. Соединение с элементарной кристаллической решеткой и нехватка атомов кислорода приводит к появлению окалины хрупкого типа.

Для улучшения жаростойкости стали в химический состав вводятся:

  • хром;
  • кремний;
  • алюминий.

Данные элементы, соединяясь с кислородом, способствуют формированию в металле надежных, плотных кристаллических структур, благодаря чему и улучшается способность металла спокойно переносить повышенную температуру.

Тип и количество легирующих элементов, вводимых в состав сплава на базе железа, зависит от температуры, в которой эксплуатируется изделие из него. Лучшая жаростойкость у сталей, легирование которых выполнялось на основе хрома. Наиболее известные марки этих сильхромов:

  • 15Х25Т;
  • 08Х17Т;
  • 36Х18Н25С2;
  • Х15Х6СЮ.

С повышением количества хрома в составе жаростойкость увеличивается. С хромом могут создаваться марки металлов, изделия из которых не утратят первоначальных характеристик и при долгом воздействии температуры больше 1000°С.

Особенности жаропрочных материалов

Жаропрочные сплав и стали успешно эксплуатируются при постоянном воздействии больших температур, причем склонность к ползучести не проявляется. Суть данного процесса, которому подвержены стали обыкновенных марок и прочие металлы, в том, что материал, испытывающий воздействие постоянной температуры и нагрузку, медленно деформируется, или ползет.

Ползучесть, которой стараются избежать при создании жаропрочных сталей и металлов другого типа, бывает:

  • длительной;
  • кратковременной.

Для определения параметров кратковременной ползучести материалы подвергаются испытаниям: помещаются в печь, нагретую до нужной температуры, а к ним на определенное время прикладывается растягивающая нагрузка. За короткое время проверить материал на склонность к длительной ползучести и выяснить, каков ее предел, не удастся. С этой целью испытуемое изделие в печи подвергается длительной нагрузке.

Важность предела ползучести в том, что он характеризует наибольшее напряжение, ведущее к разрушению разогретого образца после воздействия определенное время

Лучшие печи для русской бани 2021 года

5

TERMOFOR ДоброПар 14-18 плазма дверка

Популярная дровяная печь с системой двойного парообразования, которая дает много легкого пара.

Технические характеристики

  • Объем парной — 14-18 м3
  • Масса камней — 60 кг
  • Вес — 81 кг
  • Диаметр дымохода — 115 мм
  • Габариты (Ш/В/Г) — 503х845х750 мм

Имеет каминный экран из жаростойкой стеклокерамики диагональю 45 см, который придает модели особой декоративности. Корпус выполнен из конструкционной стали толщиной 4 мм. Самые уязвимые места произведены из стальных листов толщиной 8 мм.

Плюсы

  • Есть внутренняя каменка, в которую вода подается через заливную воронку;
  • Увеличенный ресурс (благодаря толщине применяемой стали);
  • Доступная цена.

Минусы

Нет возможности установки газовой горелки.

4

Теплодар Былина-Сетка 18 Ч Панорама

Продолжает ТОП печей для бани на дровах чугунная модель Теплодар Былина в древнерусском стиле с цельнолитой топкой.

Технические характеристики

  • Объем парной — 10-18 м3
  • Масса камней — 110 кг
  • Вес — 105 кг
  • Диаметр дымохода — 115 мм
  • Габариты (Ш/В/Г) — 665x575x622/860 мм

Толщина стенок топки составляет 10 мм, что гарантирует долговечность и надежность конструкции. В линейке производителя есть две конфигурации модели: с сеткой и в виде конвекционной печи.

Плюсы

  • Высокая мощность (в теории может использоваться для помещений объемом более 18 м3)
  • Возможность преобразования в печь с закрытой каменкой
  • Привлекательная цена

Минусы

В комплекте нет бака (нужно покупать отдельно)

3

НМК Сибирь-18 панорама

Модель с открытой каменкой, выполненная в строгом стиле.

Технические характеристики

  • Объем парной — 12-18 м3
  • Масса камней — 180 кг
  • Вес — 100 кг
  • Диаметр дымохода — 115 мм
  • Габариты (Ш/В/Г) — 490х710х760 мм

Имеет литую топку из чугуна и массивную сетку. Оснащается панорамной топочной дверцей.

Плюсы

  • Может работать на дровах и буром угле
  • Подходит для использования в коммерческих банях и саунах
  • Стоимость модели ниже, чем большинства аналогов при той же мощности

Минусы

Нет возможности установки газовой горелки

2

Везувий Легенда Ковка 16 (270)

Модель выполнена в классическом стиле, имеет красиво оформленную дверку из жаропрочного стекла.

Технические характеристики

  • Объем парной — 16 м3
  • Масса камней — 120 кг
  • Вес — 92 кг
  • Диаметр дымохода — 115 мм
  • Габариты (Ш/В/Г) — 560х620х760 мм

Почетное второе место в нашем рейтинге дровяных печей для бани занимает устройство с мощной чугунной топкой и конвекционно-вентилируемым кожухом «Ковка» из металлической текстурированной полосы.

Плюсы

  • Вмещает много камней
  • Оснащается выносным топливным каналом, через который удобно загружать дрова
  • Топка абсолютно герметична

Минусы

В комплекте нет теплообменника

1

TMF Гейзер 2014 Inox витра антрацит

Лучшая печка для бани в нашем рейтинге. Модель из жаростойкой нержавеющей стали с открытой каменкой, на которой удобно запаривать веник.

Технические характеристики

  • Объем парной — 18 м3
  • Масса камней — 63 кг
  • Вес — 71,4 кг
  • Диаметр дымохода — 115 мм
  • Габариты (Ш/В/Г) — 500х900х840 мм

Для более комфортной эксплуатации в комплекте имеется воронка с клапаном-дозатором. Производитель предлагает конфигурации со встроенным теплообменником и без него.

Плюсы

  • Система двойного парообразования для выработки качественного легкого пара
  • Привлекательный внешний вид — выгодно отличается от большинства моделей банных печей
  • Дымоход расположен в центре, что упрощает монтаж конструкции
  • Возможность топки газом с помощью газогорелочного устройства

Минусы

Нет

Все модели из ТОП лучших печей для бани уже не один год представлены на рынке и зарекомендовали себя в качестве надежных устройств с высоким КПД. Любая из этих печей позволит создать в парилке атмосферу настоящей русской бани.

Обзор подготовлен специалистами компании «Форнакс».

Легированная сталь для бани

Под бытовым названием «нержавейка» скрывается целый ряд сплавов. Они условно делятся на:

  • Аустенитные. Такой металл не магнитится. Идеально подходит для банных печей, но редко встречаются и очень дорог. Отлично выдерживает всевозможные воздействия — химические и температурные.
  • Ферритные. Стали с высоким содержанием хрома хорошо выдерживают нагрузки и могут применяться для печей и дымоходов.

Важно! Стали с низким содержанием присадок ржавеют и не годятся для печей. Банная печь из нержавейки долговечнее и легче, чем из простой углеродистой стали

Но это характерно только для печей из аустенитной или высоколегированной ферритной стали

Банная печь из нержавейки долговечнее и легче, чем из простой углеродистой стали. Но это характерно только для печей из аустенитной или высоколегированной ферритной стали.

Общие сведения

На самом деле цвет не играет особой роли — главным условием является наличие в составе сплава модифицирующих добавок в виде хрома, никеля, молибдена или вольфрама, которые и придают металлу несвойственные ему изначально качества.

Также обязательным условием при приобретении изделий из нержавейки является достаточно высокая цена – сказывается стоимость легирующих добавок и сложность технического процесса. Независимо от того, какое изделие вы будете приобретать — в любом случае нержавейка обойдется вам на порядок дороже чугунных или стальных аналогов. Рассмотрим свойства данного материала на примере конкретных изделий.

Оптимальная толщина металла для печи в баню

При определении толщины металла, учитывают две основные характеристики, влияющие на рабочие параметры банной печи:

  • Прогорание стали – если для топки использовать тонкостенный лист обычного металла, спустя буквально полгода топки, придется ремонтировать печь. Обычная сталь толщиной 4 мм, обеспечит быстрый прогрев парной, но прослужит недолго. По этой причине, производители делают топочную камеру из AISI 430, жаростойкой хромистой нержавеющей стали толщиной 4-6 мм.

Теплопроводность – температура нагрева печи напрямую зависит от толщины стенок топки. Кажется, что проще было сделать топочную камеру из металла 10 мм и больше, и так предотвратить прогорание, но такой подход нецелесообразен по нескольким причинам.Чем толще металл, тем больше требуется тепловой энергии и времени, чтобы прогреть его и поддерживать необходимую температуру. Печное оборудование становится экономически невыгодным. Оптимальная толщина металла у банной печи, должна быть 6-8 мм.

Минимальная толщина стали в топочной камере 4 мм, допустима только при условии применения AISI 430 и 08Х17Т. В других случаях, нужна толщина металла не менее 6 мм. Большинство мастеров рекомендуют при самостоятельном изготовлении печи, использовать конструкционную сталь толщиной 8 мм.

Какими электродами надо варить банную печь

Чтобы сварить печь, потребуются электроды, выбираемые, в зависимости от используемой при производстве стали. Нержавейку варят методом аргонодуговой сварки. Подойдут электроды марки ЦЛ 11 и Д4.

После проведения сварочных работ, обязательно удаление окалин и протравка. Так можно избежать коррозии в месте сварного шва.

Электроды для сварки банных печей, изготовленных из конструкционной стали НИАТ-5, ЭА-112/15, ЭА-981/15 и ЭА-981/15. Толщина выбирается, в зависимости от плотности металла и температуры его прогрева.

Изготовить печь для бани своими руками, при наличии специальных навыков, грамотном выборе комплектующих и расходных материалов, не сложно.

Источник статьи: http://avtonomnoeteplo.ru/pechi-kaminy/417-iz-kakogo-metalla-varit-bannuyu-pech.html

Применение жаропрочных нержавеющих сталей

Использование жаропрочных сплавов той или иной марки обусловлено особенностями среды эксплуатации, нагрузками:

  • 20Х20Н14С2 (AISI 309) – из стали этой марки производят детали и узлы термических печей, конвейеров, ящиков для цементации;
  • 20Х23Н18 (AISI 310) используется для изготовления деталей конвейерных лент транспортеров печей, установок термической обработки, камер сжигания топлива (включая двигатели внутреннего сгорания), моторов, газовых турбин, дверей;
  • 10Х23Н18 (AISI 310S) применяют в основном в механизмах, установках и агрегатах для транспортировки горячих газов – турбины, аппараты для конверсии метана, выхлопные системы, газопроводы высокого давления, нагревательные элементы;
  • 20Х25Н20С2 (AISI 314) находит применение в области строительства печей – металлопродукция из нержавеющей жаропрочной стали этой марки используется для изготовления печных экранов, роликов, котельных подвесок.

Марки жаростойких сталей, их классификация и описание

Структуры таких жаростойких сталей подразделяются на:

  • перлитные;
  • мартенситно-ферритные;
  • мартенситные;
  • аустенитные.

Существует и подразделение жаропрочных сплавов на аустенитно-ферритные (мартенситные) и ферритные.

Производится такие марки мартенситных сплавов:

  • 4Х9С2 и 3Х13Н7С2 (такая марка стали используется в основном в клапанах автодвигателей, где температура поднимается до 850–950°С);
  • Х6СМ, Х5М, 1Х8ВФ, 1Х12H2ВМФ, Х5ВФ (такой сплав подойдёт для производства деталей и узлов, которые должны работать 1000–10000 часов в границах температур 500 — 600°С);
  • Х5 (такая марка используется для производства труб, которые будут работать при температуре ограниченной 650°С);
  • 1Х8ВФ (такой вид сплавов используют при изготовлении деталей паровых турбин, которые могут работать 10000 часов без потерь при температуре, которая не будет превышать 500°С).

При добавлении хрома в перлитные сплавы получаются мартенситные марки сплавов. К перлитным материалам можно отнести жаропрочные сплавы с маркировкой: Х7СМ, Х10С2М, Х9С2, Х6С. Производится их закалка при 950–1100°С, а затем при 8100°С производят отпуск стали, что позволяет создавать твёрдые конструкции со структурой сорбита. Ферритные сплавы обладают мелкозернистой структурой, которую они получают после термообработки и обжига. В таких композициях, как правило, присутствует хром в процентном соотношении от двадцати пяти до тридцати трёх. Такие жаропрочные стали применяют производства теплообменников и пиролизного оборудования.

К ферритным сплавам относят такие маркировки материалов: 1Х12СЮ, Х28, Х17, Х18СЮ, 0Х17Т, Х25Т. Но их нельзя нагревать больше чем сто восемьдесят градусов иначе материал станет хрупким из-за своей крупнозернистой структуры.

Мартенситно-ферритные материалы отлично подходят для производства машиностроительных деталей, работа которых будет производиться при температуре в шестьсот градусов, причём длительное время.

Виды стеновой негорючей продукции

К негорючей стеновой продукции относят термостойкие штукатурки и растворы, предназначенные для укладки термостойкой керамической плитки:

  • терракотовой;
  • майолики;
  • клинкерной плитки;
  • шамотной плитки.

Рецептур штукатурки и раствора для кладки керамики множество.

Пример камина с топкой закрытой остеклённой дверкой. Наличие остеклённых дверок с одной стороны предохраняет интерьер от загрязнения продуктами сгорания, с другой – позволяет любоваться огнём.

СКЛ изделия

СКЛ – силикатно-кальциевый лист – экологически чистый материал. Не содержит вредных веществ и канцерогенов. Сохраняет механические свойства – прочность и твёрдость при нагревании. Содержит:

  • бумажной массы — 10%;
  • порошка кварца 45%;
  • цемента – 40%;
  • добавки, повышающие механические свойства материала – 5%.

На лицевую сторону СК листа наносится декоративный слой с ультрафиолетовой покраской. Уровни огне- и влагостойкости, допускают применение СКЛ как во внешней отделке зданий, так и во внутренней. Хорош этот материал при отделке помещений с повышенной влажностью – бытовых комнат, бань, ванных. Способность противостоять огню позволяет применять СКЛ для отделки стен и потолка помещений вблизи горячих поверхностей печи и камина.

СМЛ изделия

СМЛ – стекломагниевый лист  — сравнительно новый материал, обладающий прочностью, гибкостью, влаго- и термостойкостью.  В его состав входит:

  • оксида магния – 40%;
  • хлорида магния – 35%;
  • древесной стружки мелкой фракции – 15%;
  • экструдированного перлита – 5%;
  • добавок – 4%
  • стеклоткани – 1%.

СМЛ не оказывает вредного влияния на организм человека, поэтому используется во внутренней отделке помещений. Высокая – до 1000°С огнестойкость позволяет применять его в качестве пожаробезопасных панелей для внутренней отделки стен вблизи источников нагрева и открытого огня.

ГКЛО изделия

ГКЛО – гипсокартонный лист огнестойкий. Согласно ГОСТ 32614-2012, разработанному совместно с фирмой Кнауф, и введённому в действие на территории Российской Федерации в 2015г., этот материала обозначается буквой F – «огнестойкие плиты». Его огнестойкость должна составлять не менее 20 минут при воздействии открытого огня.

Термостойкость ГКЛО достигается введением в гипс специальных добавок, повышающих стойкость материала к высоким температурам и препятствующих задымлению при пожаре. Для облегчения распознавания, поверхность ГКЛО окрашивают в светло-розовый цвет, а маркировка выполняется красным цветом. Кнауф Файерборд – самое огнестойкое изделие фирмы Кнауф – имеет дополнительный усиливающий слой из стеклохолста. Применяется в качестве пожаростойкой облицовки стен и потолка.

Жаропрочность и жаростойкость металла

Жаростойкость, которой обладают стали и другие металлические сплавы отдельной категории, имеет еще одно название – «окалиностойкость». Это свойство, которым отдельные металлы наделяют в процессе производства, заключается в их способности длительное время в условиях повышенных температур активно противостоять такому негативному явлению, как газовая коррозия. В отличие от жаростойких, жаропрочные стали и металлы другого типа обладают способностью не разрушаться и не деформироваться под длительным воздействием высоких температур.

Металлы, которые отличаются жаростойкостью, применяют преимущественно для изготовления ненагруженных конструкций, эксплуатируемых в условиях постоянного воздействия на них газовой окислительной среды и температуры, не превышающей 550°. К таким конструкциям, в частности, относятся элементы нагревательных печей.

Сплавы, выполненные на основе железа, даже если их отличает жаростойкость, при таких условиях эксплуатации и при воздействии температуры, превышающей 550°, начинают активно окисляться, что приводит к появлению на их поверхности пленки, состоящей из оксида железа. Формирующееся на поверхности такого металла химическое соединение железа и кислорода – это, по сути, окалина хрупкого типа. Ее характеризует элементарная кристаллическая решетка, содержащая недостаточное количество атомов второго вещества.


Свойства оксидов элементов, увеличивающих жаростойкость железа

Чтобы улучшить такое свойство стали, как жаростойкость, в ее химический состав вводят хром, алюминий и кремний. Соединяясь с кислородом, эти элементы способствуют формированию в структуре металла плотных и надежных кристаллических структур, что и улучшает его способность безболезненно переносить воздействие повышенных температур.

Лучшую жаростойкость демонстрируют стали, легирование которых выполнено на основе такого металла, как хром. К наиболее известным маркам таких сталей, которые называют сильхромами, относятся:

  • 08Х17Т;
  • 15Х25Т;
  • 15Х6СЮ;
  • 36Х18Н25С2.


Химический состав жаропрочных сталей марок 13Х11Н2В2МФ, 15Х11МФ, 20Х13, 20Х12ВНМФ

Что характерно, жаростойкость стали повышается с увеличением в ее химическом составе количества хрома. Используя данный металл в качестве легирующего элемента, можно создавать марки сталей, изделия из которых не будут утрачивать своих первоначальных характеристик даже при длительном воздействии на них температуры, превышающей 1000 градусов.

Химический состав

При выборе химического состава коррозионностойкого сплава руководствуются так называемым правилом N 8 {\displaystyle {\frac {N}{8}}} : если к металлу, неустойчивому к коррозии (например, к железу) добавлять металл, образующий с ним твердый раствор и устойчивый против коррозии (к примеру хром), то защитное действие проявляется скачкообразно при введении 1 8 , 2 8 , 3 8 . . . N 8 {\displaystyle {\frac {1}{8}},{\frac {2}{8}},{\frac {3}{8}}…{\frac {N}{8}}} моль второго металла (коррозионная стойкость возрастает не пропорционально количеству легирующего компонента, а скачкообразно). Основной легирующий элемент нержавеющей стали — хром Cr (12-20 %); помимо хрома, нержавеющая сталь содержит элементы, сопутствующие железу в его сплавах (, , , , ), а также элементы, вводимые в сталь для придания ей необходимых физико-механических свойств и коррозионной стойкости (, , , , , ).

Сопротивление нержавеющей стали к коррозии напрямую зависит от содержания хрома: при его содержании 13 % и выше сплавы являются нержавеющими в обычных условиях и в слабоагрессивных средах, более 17 % — коррозионностойкими и в более агрессивных окислительных и других средах, в частности, в азотной кислоте крепостью до 50 %.

Причина коррозионной стойкости нержавеющей стали объясняется, главным образом, тем, что на поверхности хромсодержащей детали, контактирующей с агрессивной средой, образуется тонкая плёнка нерастворимых окислов, при этом большое значение имеет состояние поверхности материала, отсутствие внутренних напряжений и кристаллических дефектов.

В сильных кислотах (серной, соляной, фосфорной и их смесях) применяют сложнолегированные сплавы с высоким содержанием и присадками , , .

Повышенная атмосферная коррозионностойкость стали достигается, как правило, целенаправленным изменением её химического состава. Считается, что наиболее эффективно повышают сопротивление строительных сталей атмосферной коррозии небольшие добавки никеля, хрома и, особенно, фосфора и меди. Так, легирование медью в пределах 0,2-0,4 % повышает на 20-30 % стойкость против коррозии открытых конструкций в промышленной атмосфере.

Стали и металлы, отличающиеся тугоплавкостью

Стальные сплавы, основу которых составляют тугоплавкие металлы, используют для производства изделий, эксплуатируемых при 1000–2000°.

Тугоплавкие металлы, входящие в химический состав таких сталей, характеризуются следующими температурами плавления (см. таблицу).

Температура плавления тугоплавких металлов

За счет того, что тугоплавкие стали данной категории характеризуются высокой температурой перехода в хрупкое состояние, при значительном нагреве они деформируются. Чтобы повысить жаропрочность таких сталей, в их химический состав водятся специальные добавки, а для увеличения жаростойкости их легируют такими элементами, как титан, молибден, тантал и др.

Наиболее распространенными соотношениями химических элементов в составе тугоплавких сплавов являются:

  • основа – вольфрам и 30% рения;
  • 60% ванадия и 40% ниобия;
  • основа – 48% железа, 15% ниобия, 5% молибдена и 1% циркония;
  • 10% вольфрама и тантал.

Свойства жаростойких и жаропрочных сплавов

Для повышения жаростойкости используются легирующие добавки, которые также улучшают прочность металлов. Благодаря легированию на поверхности сплавов образуется защитная пленка, снижающая скорость окисления изделий. Основные легирующие элементы: никель, хром, алюминий, кремний. В процессе нагрева образуются защитные оксидные пленки (Cr,Fe)2O3, (Al,Fe)2О. При содержании 5–8 % хрома жаростойкость стали увеличивается до 700–750 градусов по Цельсию, 17 % хрома – до 1000 градусов, при 25 % хрома – до 1100 градусов.

Жаропрочные марки металлов – сплавы на основе железа, никеля, титана, кобальта, упрочненные выделениями избыточных фаз (карбидов, карбонитридов и др.). Жаропрочностью обладают хромоникелевые и хромоникелевомарганцевые стали. Под воздействием высоких температур они не склонны к ползучести (медленная деформация при наличии постоянных нагрузок). Температура плавления жаропрочной стали составляет 1400-1500 °С.

Варианты защиты с помощью огнеупорных материалов

Упрощенная классификация огнеупорных материалов позволяет разделить весь ассортимент огнестойких средств:

  • Тугоплавкие огнеупоры;
  • Материалы с повышенной стойкостью к воздействию высоких температур.

Последние в обиходе чаще известны, как огнеупорные листовые материалы, но по сути, это эффективные негорючие теплоизоляторы, способные выдержать кратковременный контакт с раскаленной поверхностью или открытым пламенем. Их используют для защиты легковоспламеняющихся веществ и конструкций от случайного непродолжительного контакта с источником огня. Для облегчения монтажа чаще всего их изготавливают в листовой или рулонной форме. В отличие от печных огнеупоров в виде блоков и кирпичей, огнеупорные материалы в виде плоских листов не предназначены для восприятия нагрузки, их основная задача — экранировать и отражать мощные потоки тепла, излучаемые раскаленными стенами топки.

Первая категория используется в качестве материалов для печей и каминов. Огнеупорный материал представляет собой спеченные из тугоплавких химических соединений керамические, композитные блоки и плиты, способные выдерживать длительный контакт с открытым пламенем, температурой более полутора тысяч градусов, без потери несущей способности и прочности.

Плитные, листовые и рулонные огнеупорные материалы

Плитная и листовая форма очень удобна для облицовки стен помещения, в котором находится печь, камин или чугунный котел отопления. Самыми популярными защитными материалами, используемыми для облицовки стен, являются:

  1. Огнеупорные плиты и картоны на основе прессованного асбестового и стеклянного волокна. Наиболее дешевый и доступный материал способен выдерживать нагрев до 700оС. Средний показатель огнезащиты составляет 30 мин открытого пламени;
  2. Вермикулитные плиты обладают термостойкостью до 800-900оС, но при этом являются химически инертными, не разлагаются под действием влаги и органических растворителей. Вермикулитовым картоном или плитой можно выполнить защиту для бани;
  3. Минеритные огнеупорные плиты и листы пользуются популярностью из-за удачного сочетания огнестойких и механических качеств. В качестве матрицы огнеупорного материала используется белый цемент;
  4. Магнезитовые листы характеризуются высокой стойкостью к высокой температуре и агрессивным веществам;
  5. Рулонные материалы из огнестойкого базальтового волокна, с напыленным теплоотражающим покрытием из алюминия, выдерживают нагрев до 900оС. Легкое и гибкое огнеупорное полотно идеально подойдет для экранирования квартирных дровяных каминов и печей;
  6. Керамогранитные и терракотовые плитки. Обладают неплохими огнеупорными качествами, хорошо пропускают водяные пары. Плиты легко моются, чистятся от сажи и загрязнений, не стареют на протяжении десятков лет интенсивного нагрева, поэтому нередко используются в качестве термозащиты стен и полов для бани и котельной.

К сведению! Несмотря на то, что листовой металл формально не относится к огнеупорным материалам, из нержавеющей или плакированной стали изготавливают наиболее эффективное огнезащитное покрытие для стен и пола, примыкающих к каминам и печам.

Из всех перечисленных средств сталь обладает наиболее высоким коэффициентом отражения тепла и не боится перепадов температур, поэтому часто применяется в качестве тепловых экранов печей, каминов, котлов.

Не все огнеупорные материалы одинаково подходят для облицовки стен помещения. Например, нельзя использовать теплоизоляционные плиты из прессованного базальтового волокна. При производстве отдельных марок базальтовых плит используются формальдегидные смолы. Под воздействием теплового излучения поверхность огнеупорной облицовки способна нагреваться до 300оС, что приводит к интенсивному выделению токсичных и ядовитых веществ.

Поделитесь в социальных сетях:FacebookXВКонтакте
Напишите комментарий