Жаропрочная нержавеющая сталь: марки, характеристики, ГОСТы

Жаростойкость, или жаропрочность – качество стали, которое позволяет эксплуатировать металл в сложных условиях, а также в постоянном контакте с высокими температурами. Среди нержавейки также есть несколько марок, которые отличаются этим свойством – сегодня поговорим о них. 

Чем жаропрочные стали отличаются от обычных

Если конструкция эксплуатируется при температурах до 300 градусов, то можно использовать обычные стали, в том числе большинство марок нержавейки. Но если деталь будет подвергаться более интенсивному нагреву, даже кратковременному, то требуется специальная сталь – жаропрочная. Некоторые марки способны выдержать температуру до 1000 градусов. При температуре плавления жаропрочной нержавейки – около 1400-1500 °С. 

Перечислим основные характеристики жаростойких сплавов: 

• Прочность. Они выдерживают интенсивные нагрузки. Даже при высокой температуре стали не становятся мягкими и не меняют свою форму. То есть не подвергаются пластичным деформациям. 
• Коррозийная устойчивость. Конечно, все марки нержавеющей стали имеют высокую сопротивляемость окислению. Но жаропрочная нержавейка не покрывается коррозией даже в сложных условиях – при интенсивном воздействии водяного пара, перегретой воды, кислот и так далее. 
• Сложность при работе со сварочным оборудованием. Так как металл устойчив к высоким температурам, он слабо плавится даже при воздействии самой современной технологией сваривания. Нужно высокое мастерство для проведения сварочных работ с жаропрочной нержавейкой. 
• Высокое содержание хрома, никеля, марганца и других добавок, повышающих устойчивость к повышенным температурам. 
• Огнестойкость. Сталь хорошо задерживает распространение открытого огня. 
• Низкая скорость ползучести. Этот показатель отражает то, насколько быстро деформируется металл. Согласно нему, все марки жаропрочных сталей делятся на две категории: с длительной и кратковременной ползучестью. 

Нормативный документ для жаропрочной нержавеющей стали

Документом, который регламентирует все примеси в марках, процентное содержание легирующих компонентов, а также допуски и размеры нержавейки этого класса, является ГОСТ 5632-2014. В этом документе разводится несколько близких по значению, однако не тождественных понятий: 

• Жаростойкие, они же окалиностойкие сплавы. Поверхность стали не разрушается при работе в газовой среде, в том числе в кислороде, при температурах выше 550 градусов. При этом нагрузка на изделия или отсутствует, или небольшая. 
• Жаропрочные стали. Длительное время работающие при повышенной температуре сплавы. При интенсивной рабочей нагрузке они не разрушаются и не подвергаются пластической деформации. 

Однако в бытовом использовании чаще всего эти категории сталей нержавеющих взаимозаменяемые. Их можно называть жаропрочной нержавейкой или жаростойкой. 

Также в ГОСТе есть подробная таблица со всеми марками нержавейки. В ней указано, какие легирующие компоненты и в каких допустимых пределах добавлены в состав сплава. Важный момент – в международном ГОСТе указаны марки стали с отечественной маркировкой, например, ХН80ТБЮ, а не зарубежные аналоги – AISI. 

В приложении к ГОСТу можно также найти рекомендации по использованию той или иной жаропрочной нержавейки: как проводить металлообработку, а также температурную обработку, например, отжиг готовых деталей или закаливание. 

В целом, ГОСТ дает исчерпывающую информацию по жаропрочным сталям для производителей, поставщиков и конечных пользователей сплавов. 

Марки нержавеющей жаропрочной стали

Рассмотрим популярные марки жаростойкой нержавейки: 

• 20Х23Н18. Содержание углерода – 0,2%, кремния – 1%, марганца – 2%, хрома – от 22 до 25%, никеля – от 17 до 20%. Очень распространенный сплав для листового и трубного проката. Высокое содержание хрома и никеля делает сталь очень устойчивой к повышенным температурам. 
• 40Х13. Хромистая нержавейка с мартенситной структурой. Подходит для нагрева до 400°– 450° или для работы в коррозионной среде. Содержание углерода – 0.36-0.45%, а хрома – 12-14%.
• 30Х13 и 20Х13. Похожие на предыдущий сплав, но с меньшим содержанием углерода – около 0,3 и 0,2%, соответственно. 
• 15Х25Т1. Сталь отличается большим содержанием хрома и присадкой титана. Часто этот сплав заменяют маркой 12Х18Н10Т со сходными механическими и химическими характеристиками. 
• 08Х17Т950. Это ферритная жаропрочная нержавейка с высокой устойчивостью к кислотам. Поэтому ее часто применяют для изготовления емкостей и оборудования для химического или фармацевтического производства. 
• 08Х18Т1. Устойчивая к коррозии и повышенным температурам сталь. Используется в сложных средах, но без больших нагрузок на конструкции. 
• AISI 316Ti. Нержавеющая сталь, содержащая никель и молибден. Эти компоненты допускают эксплуатацию этой марки сплава даже в очень агрессивных средах. 
• AISI 310S. Аустенитный сплав с высоким содержанием хрома и никеля. Несмотря на высокую устойчивость к повышенным температурам, сталь имеет хорошую свариваемость. 
• AISI 409. Ферритная структура стали и содержание в составе сплава титана делают сплав очень прочным. Соответственно, конструкции из AISI 409 твердые, устойчивые к большим нагрузкам, износостойкие. 
• AISI 321. Хромоникелевая высоколегированная нержавейка имеет хорошую устойчивость к высоким температурам. Российский аналог – 08X18H10Т. Сталь химически нейтральна, подходит для пищевой промышленности. Из нее изготавливают посуду, медицинские инструменты. 

Это только основные марки жаропрочной нержавейки, которые используются для изготовления металлопроката. Но есть и другие стали, отличающиеся устойчивостью к коррозии и повышенным температурам, например, 11X11Н2В2МФ,  13X11Н2В2МФ, 13Х14НЗВ2ФР, 15Х11МФ, 16X11Н2В2МФ, 18X11МНФБ, 20Х12ВНМФ, 40Х9С2, 40X10С2М, 07Х12НМФБР, 12X13, 14Х17Н2, 15Х12ВНМФ, 18Х12ВМБФР, 08X13, 03X21Н32МЗБ, 03X21Н32МЗБУ, 08Х16Н11М3, 08Х16Н13М2Б, 09Х14Н19В2БР и так далее. Многие марки имеют как жаропрочность, так и жаростойкость и кислотостойкость. Подробнее о свойствах и составе каждой марки нержавейки можно узнать из приложений к ГОСТу 5632-2014. 

Формы выпуска жаропрочной нержавейки 

Металлурги выпускают жаропрочную нержавеющую сталь в виде листовок и сортового проката, заготовок и чушек для литья. 

Наибольшей популярностью пользуются:

• Листы. Прокат производится методом холодной или горячей прокатки. Производство листового проката из жаропрочной нержавейки регламентировано ГОСТ 5582-75. В нормативном документе прописана классификация листового проката, в том числе, по таким основаниям, как состояние кромок, прохождение процедуры нагартовки, прочность на разрыв и так далее. Кроме того, в ГОСТе указаны технические условия выпуска и сортамент – то есть размеры, толщины листов и марки нержавеющей стали, которые подвергаются прокатке. 
• Трубы. Создание трубопроводов для передачи перегретой воды, раскаленного водяного пара и других веществ в нагретом состоянии – это одна из ключевых задач жаропрочных нержавеющих труб. Они могут быть бесшовными и, реже, сварными; круглыми и с прямоугольным или квадратным сечением. 
• Нержавеющие заготовки. Их можно подготовить практически из любого сплава. Они подходят для последующей металлообработки не фрезерных или токарных станках. 

Так как жаропрочные марки стали отличаются высокой прочностью, их сложнее подвергать разным видам обработки: не только сварке, но и резке, гибке и проч. Поэтому мы рекомендуем обратиться к профессионалам и заказать металлообработку на качественном оборудовании. Например, наша компания может выполнить плазменную, лазерную, кислородную или гидроабразивную резку нержавейки – листов, труб, прутков, квадратов, швеллеров и прочего проката. 

Сферы применения жаропрочной нержавеющей стали 

У жаростойкой нержавейки очень широкая сфера использования. Ее применяют во многих отраслях промышленности, особенно там, где важен нагрев жидкостей, газов или твердых веществ. 

В частности, жаропрочная нержавейка используется: 

• Для создания печей и других нагревательных элементов – в любых производствах, в том числе пищевых, химических, фармацевтических, металлургических и так далее. 
• Для производства двигателей и выхлопных систем в машинах, летательных средствах, спецтехнике и другом транспорте. Все запасные части и основные элементы, в том числе газовые камеры, турбины, элементы двигателей внутреннего сгорания создаются из жаропрочных сталей. Также это касается газовых и метановых установок, когда заправка автомобиля происходит сжатым природным газом.
• Для создания камер по расщеплению нефти на составляющие – крекинг. То есть нержавейку задействуют для нефтегазового производства. При термическом крекинге в специальных емкостях без доступа кислорода происходит нагрев нефти с ее последующим распадом на составляющие. Жаропрочная нержавейка не подвергается окислению и разрушению даже в таких сложных условиях. 
• Для изготовления клапанов выпуска автомобильных, тракторных и дизельных моторов, труб рекуператоров, теплообменников, колосников, электродов свечей зажигания, чехлов термопар и так далее. 

Таким образом, жаропрочная нержавеющая сталь используется в таких отраслях, как машино-, автомобиле-, судо- и станкостроение, металлургия, добыча и переработка полезных ископаемых, в том числе газа и нефтепродуктов, авиакосмическая сфера, пищевая, химическая и фармацевтическая промышленность. 

Благодаря тому, что нержавейка также отличается прочностью и износостойкостью, ее используют в качестве армирующих элементов. А так как жаропрочная сталь имеет хорошую устойчивость к окислению, ее можно применять практически в любых условиях: в вакууме, при контакте с кислородом и другими газами, в воде, в том числе соленой, а также с кислотами и щелочами, маслами, спиртами и так далее. 

Все это расширяет сферу применения жаропрочной нержавеющей стали практически до бесконечности – ее можно использовать даже в быту, например, для изготовления кухонной утвари, посуды, бытовой техники для дома.