Varmebestandig stål refererer til stål med termisk stabilitet og termisk styrke under høye temperaturforhold. Termisk stabilitet refererer til den kjemiske stabiliteten (korrosjonsbestandighet, ikke-oksidasjon) av stål under høye temperaturforhold. Termisk styrke refererer til tilstrekkelig styrke av stål under høye temperaturforhold. Varmemotstanden er hovedsakelig garantert av legeringselementer som krom, molybden, vanadium, titan og niob, så valget av sveisematerialer bør bestemmes i henhold til legeringselementinnholdet i basismetallet. Varmebestandig stål er mye brukt i installasjonskonstruksjonen av petroleums- og petrokjemisk industri. Vi kan ofte komme i kontakt med perlitt varmebestandig stål med lavt legeringsinnhold, som 15CrMo, 1Cr5Mo og så videre.
Generelt kalles legeringselementinnholdet på mindre enn 50 prosent varmebestandig stål. Japansk varmebestandig stålstandard JIS G4311, G4312, i tillegg til flere SUH-seriestandarder. I henhold til den forskjellige mikrostrukturen til moderfasen, kan det varmebestandige stålet deles inn i ferritisk varmebestandig stål, martensittisk varmebestandig stål, austenittisk varmebestandig stål og utfellingsherdende varmebestandig stål. JIS G5122 sørger for varmebestandig støpestål i SUH-serien, men klassifiserer ikke stålkvaliteten i henhold til hovedfasestrukturen, og blander ferritisk varmebestandig stål, martensittisk varmebestandig stål og austenittisk varmebestandig stål sammen.
Ferritisk varmebestandig stål
Det representative ferritiske varmebestandige stålet som er mye brukt er SUS430 med lav C-17 prosent Cr. Cr er elementet som kan forbedre høytemperaturkorrosjonsmotstanden til stål og er et uunnværlig element i varmebestandig stål. SUS430 har god oksidasjonsmotstand. SUS430 er billigere fordi det ikke er andre elementer i stålet. SUS430 stivner imidlertid ikke etter bråkjøling ved høy temperatur, og dens høytemperaturstyrke er lav, så den kan kun brukes til deler som ikke krever mye styrke. På den annen side, fordi den termiske ekspansjonskoeffisienten til SUS430 er liten, og den termiske ekspansjonskoeffisienten til austenittisk varmebestandig stål er stor, så for temperaturendringer gjentatte ganger, lett å produsere termiske tretthetsdeler, er SUS430 bedre. I tillegg, når SUS430 brukes i lang tid ved ca. 500 grader, vil sprøhet oppstå på grunn av utfelling av sprø fase, noe som bør tas hensyn til. I tillegg er Al også et element som øker antioksidantkapasiteten. Ved høy temperatur danner Al Al2O3 på overflaten av oksidplaten, som blir en sterk beskyttende film og spiller en rolle i å forbedre oksidasjonsmotstanden. Det varmebestandige stålet som bruker denne effekten av Al er FCH1. FCH1 er et varmebestandig stål med 5 prosent Al tilsatt i 25 prosent Cr-stål. Den har god oksidasjonsmotstand under 1200 grader.
Martensittisk varmebestandig stål
Typiske martensittiske varmebestandige stål er 12 prosent Cr-stål SUS403 og SUS410J1 med omtrent 0,1 prosent karboninnhold. Disse varmebestandige stålene er herdet ved bråkjøling ved høy temperatur og deretter temperert for å utfelle M23C6 på martensitten til moderfasen, og opprettholde høy styrke ved 500-600 grad . Hvis Mo tilsettes for å forbedre tempereringsmykningsmotstanden, kan den høye styrken opprettholdes ytterligere. Martensittisk varmebestandig stål mykner ved høye temperaturer over 500-600 grader, noe som resulterer i en kraftig nedgang i styrke. Derfor er martensittisk varmebestandig stål egnet for arbeidstemperaturer under 500-600 grader, og krever komponenter med høy temperaturstyrke. I tillegg, fordi krominnholdet i martensittisk varmebestandig stål er mindre (12 prosent), og en del av kromet fortsatt er i karbiden, kan ikke garantere krominnholdet i moderfasen, så oksidasjonsmotstanden til martensittisk varmebestandig stål er ofte mindre enn for ferritisk varmebestandig stål og austenittisk varmebestandig stål. Si og Al kan også danne beskyttende film på oksidplaten av martensittisk varmebestandig stål. SUH3 og SUH11 martensittiske varmebestandige stål med Si tilsatt for å forbedre oksidasjonsmotstanden. Disse varmebestandige stålene brukes til motorinntaksventiler og varmebestandige bolter.
Austenittisk varmebestandig stål
Tilsetning av Cr til stål er ledsaget av tilsetning av austenittstabiliserende element Ni, som gjør stålet stabil austenittstruktur ved alle temperaturer. Vanlige austenittiske strukturstål er SUS304 og SUS310. Som vi alle vet er SUS304 korrosjonsbestandig rustfritt stål, men SUS304 kan også brukes som varmebestandig stål. Under 600 grader er styrken til austenittisk varmebestandig stål mellom martensittisk varmebestandig stål og ferritisk varmebestandig stål, og over 600 grader er styrken større enn martensittisk varmebestandig stål. I tillegg har SUS304 under 800 grader, SUS310 under 1000 grader, gjentatt oppvarming - kjøling, god oksidasjonsmotstand. Men når den brukes over lengre tid ved 700-900 grad , vil det bli sprø faseutfelling, slik at materialet blir sprøtt. I tillegg, fordi den termiske ekspansjonskoeffisienten til SUS304 og SUS310 er større enn for martensittiske og ferritiske varmebestandige stål, er termisk utmattelsesskade lett å oppstå, og det bør tas hensyn til disse to punktene.
Når høytemperaturstyrke er nødvendig, kan styrken til austenittisk varmebestandig stål forsterkes ytterligere ved nedbørsstyrking og løsningsforsterkning. Det austenittiske varmebestandige stålet som brukes til motorens eksosventil er SUH35. Høytemperaturstyrken til SUH35 ble forbedret ved forsterkning av karbidutfelling og forsterkning av fast løsning ved å tilsette C til stål. Austenittstrukturen kan oppnås selv om innholdet av Ni er 4 prosent ved å øke innholdet av Mn. SUH660 som brukes til varmebestandige bolter og fjærer har blitt styrket av utfellingen av 'fase (Ni3 (Al, Ti)) på grunn av tilsetningen av Al og Ti.
Utfellingsarmert varmebestandig stål
Det representative merket for martensittisk varmebestandig stål er SUS630. Etter aldring ved 500 grader, utfelles ε-fase (Cu-fase) i lav-C martensitt-moderfase til SUS630 for å forbedre styrken til stål. Men når temperaturen overstiger 500 grader, blir ε-fasen grovere og martensittstrukturen endres, noe som resulterer i reduksjon av stålstyrken. Derfor brukes SUS630 hovedsakelig for turbinkomponenter under 500 grader. Hovedkomponenten i SUS630 stål er 17Cr-4Ni-4Cu, Ni-innholdet er ikke for høyt, og med tanke på austenittstabiliteten kan ikke Ni-innholdet reduseres, så det er ikke en ressurs- sparer utviklingsstål.
