Własności rur żaroodpornych
Rury żaroodporne to rury ze stali o
strukturze austenitycznej, ferrytyczno - austenitycznej i ferrytycznej. Do
podstawowych stopów żaroodpornych należą stopy ferrytyczne (Fe-Cr), które podczas
długotrwałego użytkowania w wysokiej temperaturze są jednak podatne na
przemiany strukturalne. W takich warunkach eksploatacji zdecydowanie wyższą
stabilność strukturalną wykazują stale austenityczne.
Za odporność
temperaturową rur austenitycznych odpowiada głównie zawartość chromu
(Cr) i niklu (Ni), które to pierwiastki tworzą zgorzelinę na powierzchni i
chronią przed szkodliwym działaniem temperatury w atmosferze utleniającej. Zawartość tych pierwiastków w
podwyższonych ilościach - w porównaniu do rur
kwasoodpornych - powoduje ich żaroodporność, ale również nadaje im właściwości kwasoodporne.
Rury żaroodporne wykazują skuteczną
odporność na utlenianie i działanie gorących gazów oraz spalin w temperaturze
wyższej niż 550°C.
Odpowiednio zrównoważony skład chemiczny oraz dodatki aluminium i krzemu
powodują, że stal w atmosferze utleniającej chrom tworzy na powierzchni
ochronną warstwę tlenków. Ponadto warstwa tlenków chroni przed niekorzystnym
oddziaływaniem siarki zawartej w atmosferze eksploatacji. W atmosferach
redukujących, gdzie nie powstaje tlenek, wysokie stężenie niklu przeciwdziała
nawęgleniu i naazotowaniu stali, ale zwiększa podatność na szkodliwe działanie
siarki – stąd w atmosferach zasiarczonych i silnie zasiarczonych właściwym jest
stosować gatunki nie zawierające niklu tj. H25T lub H24JS H18JS, czyli stale o
strukturze ferrytycznej.
Struktura ferrytyczna rur jest strukturą kruchą i twardą.
Obróbka mechaniczna i plastyczna tych rur jest utrudniona, a w celu zginania oraz
spawania wymagane jest podgrzewanie do ok. 300°C.
Żaroodporność tych rur -
ściśle związana ze skłonnością stali do tworzenia zgorzeliny w wysokiej
temperaturze - może
być polepszona przez dodatek pierwiastków ziem rzadkich takich jak cer (Ce),
który powoduje, że ochronna warstwa tlenków jest mniej podatna na złuszczanie
się, powodujące ubytek materiału podczas użytkowania: przykładem może być
gatunek 1.4835 – 253MA.
Żaroodporność i związana z nią maksymalna temperatura
pracy rur żaroodpornych zależy w dużym
stopniu od warunków oddziaływania środowiska. Podczas zastosowania w gorącym
powietrzu można ją przyjmować jako maksymalną temperaturę pracy, lecz nie w sytuacji, gdy atmosfera pracy
będzie inna niż gorące powietrze. W takim przypadku szybkość utleniania się
stali może być znacznie większa, zależnie od jej składu chemicznego i w
rezultacie może doprowadzić do obniżenia maksymalnej temperatury pracy nawet o
200°C. Kolejne niebezpieczeństwo jest związane z eksploatacją rur w zakresie
temperatur 600 -950°C, gdzie występuje ryzyko wydzielania się fazy sigma i węglików, co
powoduje zubożenie w chrom i przyczynia się do kruchości stali oraz
zmniejszenia jej żaroodporności.
Na kruchość rur w podwyższonych temperaturach wpływa m.in.
zawartość siarki . Typowymi przykładami gatunków stali o obniżonej zawartości
siarki są H23N18 / 1.4845 / AISI 310S oraz H20N13 / 1.4833 / AISI 309S – rury w
tych gatunkach charakteryzują się zwiększoną odpornością na kruche pękanie w
podwyższonych temperaturach, ich udarność jest wyższa niż w przypadku stali
zawierających siarkę, takich jak H25N20S2/1.4841/AISI314 czy
H20N12S2/1.4828/AISI309.
Rury żaroodporne ze stali o strukturze ferrytycznej są szczególnie podatne na
kruchość związaną z wydzieleniem węglików w zakresie temperatury 350 - 550°C.
Żarowytrzymałość - zdolność do wytrzymywania obciążeń mechanicznych w wysokiej
temperaturze powyżej 550°C - jest ściśle
związana z odpornością na pełzanie stali. Żarowytrzymałość podwyższają
pierwiastki stopowe takie jak Mo, W, V, Co, a także Ti, Cr i Si. Może być ona ponadto zwiększana w wyniku umocnienia
zgniotowego oraz utwardzania wydzieleniowego stali.
Przykładem typowych gatunków rur żaroodpornych o strukturze austenitycznej są
gatunki: 1.4841 1.4828 1.4845 1.4833 1.4878 1.4948 H25N20S2 H20N12S2 H23N18
H23N13 AISI 310 AISI 310S AISI 309 AISI 309S AISI 321H AISI 304H.
Autor:
inż. Marcin Kasprzyk właściciel PPHU MALVINOX
