المسبوكات الفولاذية المقاومة للحرارة ومعالجتها الحرارية

المسبوكات الفولاذية المقاومة للحرارة هي أجزاء مصبوبة من سبائك الفولاذ المقاومة للحرارة كمواد خام. في ظل ظروف درجات الحرارة المرتفعة، يسمى الفولاذ المقاوم للأكسدة والقوة الكافية لدرجات الحرارة العالية والمقاومة الجيدة للحرارة بالفولاذ المقاوم للحرارة. يمكن تقسيم الفولاذ المقاوم للحرارة إلى نوعين: الفولاذ المقاوم للأكسدة والفولاذ المقاوم للحرارة حسب خصائصه. يُشار أيضًا إلى الفولاذ المضاد للأكسدة بالفولاذ غير المغطى بالجلد. يشير الفولاذ ذو القوة الساخنة إلى الفولاذ الذي يتمتع بمقاومة جيدة للأكسدة في درجات حرارة عالية وقوة عالية في درجات الحرارة العالية. في حالة نفس التركيب الكيميائي، تتمتع حالة الصب بقوة حرارية أعلى من الحالة المدرفلة. تحتل الأجزاء الفولاذية المقاومة للحرارة المصبوبة نسبة كبيرة في مجال الفولاذ المقاوم للحرارة.

يصعب معالجة وتشويه بعض أنواع الفولاذ عالي المقاومة للحرارة. إن إنتاج المسبوكات ليس فقط أكثر فعالية من حيث التكلفة من المنتجات المدرفلة، ولكن المسبوكات تتمتع أيضًا بقوة تحمل أعلى. لذلك، يحتل الفولاذ المصبوب المقاوم للحرارة نسبة كبيرة من الفولاذ المقاوم للحرارة. بالإضافة إلى صب الرمل، يمكن أيضًا استخدام تقنيات الصب الدقيق للحصول على منتجات ذات أسطح ناعمة وأبعاد دقيقة. غالبًا ما يتم استخدام الصب بالطرد المركزي لأنابيب الفرن ذات درجة الحرارة العالية لتكسير الأمونيا الاصطناعية والإيثيلين

وفقًا للهيكل المعدني في الحالة الطبيعية، يمكن تقسيم الفولاذ المصبوب المقاوم للحرارة إلى أربع فئات: الفولاذ المقاوم للحرارة البرليت، والفولاذ المقاوم للحرارة المارتنسيتية، والفولاذ المقاوم للحرارة من الحديديك، والفولاذ المقاوم للحرارة الأوستنيتي.

 

1. الفولاذ المصبوب البرليتي المقاوم للحرارة

تتكون عناصر صناعة السبائك من الفولاذ المصبوب المقاوم للحرارة من البرليت بشكل أساسي من الكروم والموليبدينوم، ولا تتجاوز الكمية الإجمالية بشكل عام 5٪. بالإضافة إلى البيرليت والفريت، يحتوي هيكلها أيضًا على بينيت. يتمتع هذا النوع من الفولاذ بقوة جيدة في درجات الحرارة العالية وأداء عملية عند 500-600 درجة مئوية. يتم استخدامها على نطاق واسع لتصنيع الأجزاء المقاومة للحرارة أقل من 600 درجة مئوية، مثل أنابيب الصلب للغلايات، ودفاعات التوربينات البخارية، والدوارات، والمثبتات، وأوعية الضغط العالي، وخطوط الأنابيب، وما إلى ذلك. الدرجات النموذجية هي: 16Mo، 15CrMo، 12Cr1MoV، 12Cr2MoWVTiB، 10Cr2Mo1 ، 25Cr2Mo1V، 20Cr3MoWV، إلخ.

تتم المعالجة الحرارية للمسبوكات الفولاذية المقاومة للحرارة من البيرلايت بشكل أساسي أو يتم إخمادها وتلطيفها من أجل الحصول على هيكل مستقر وخصائص ميكانيكية شاملة جيدة والقوة المطلوبة في ظل ظروف درجات الحرارة المرتفعة.

 

2. الفولاذ المصبوب المقاوم للحرارة

يتراوح محتوى الكروم في الفولاذ المصبوب المقاوم للحرارة من المارتنسيت بشكل عام بين 7 و13%. إنها تتمتع بقوة أعلى لدرجات الحرارة العالية، ومقاومة للأكسدة ومقاومة للتآكل بخار الماء أقل من 650 درجة مئوية، ولكن قابليتها للحام ضعيفة. 1Cr13، 2Cr13 التي تحتوي على حوالي 12% من الكروم، ودرجات الفولاذ المطورة على هذا الأساس مثل 1Cr11MoV، 1Cr12WMoV، 2Cr12WMoNbVB وسبائك أخرى تستخدم عادة لصنع شفرات التوربينات البخارية، والأقراص، والأعمدة، والمثبتات، وما إلى ذلك. بالإضافة إلى ذلك، 4Cr9Si2، 4Cr10Si2Mo، إلخ، وتستخدم في صناعة صمامات العادم لمحركات الاحتراق الداخلي هي أيضًا فولاذ مقاوم للحرارة من مادة المارتنسيت.

عملية المعالجة الحرارية الشائعة للمسبوكات الفولاذية المقاومة للحرارة من المارتنسيت هي التطبيع + التقسية.

 

3. الفولاذ المصبوب المقاوم للحرارة من الحديديك

يحتوي الفولاذ المصبوب المقاوم للحرارة من الحديد على المزيد من الكروم والألمنيوم والسيليكون وعناصر أخرى، مما يشكل هيكل فريت أحادي الطور، والذي يتمتع بمقاومة جيدة للأكسدة ومقاومة للتآكل الغازي بدرجة الحرارة العالية، ولكن قوتها في درجات الحرارة العالية تكون منخفضة، في درجة حرارة الغرفة الهشاشة أكبر وقابلية اللحام سيئة. مثل 1Cr13SiAl، 1Cr25Si2، إلخ. يتم استخدام الفولاذ المصبوب المقاوم للحرارة من الحديد بشكل عام لتصنيع الأجزاء التي تتحمل حمولة منخفضة وتتطلب مقاومة الأكسدة بدرجة حرارة عالية.

تعتمد المعالجة الحرارية للمسبوكات الفولاذية المقاومة للحرارة من الحديد بشكل عام التلدين من أجل تخفيف الضغط، ثم التبريد السريع (من أجل المرور بسرعة عبر المنطقة الهشة التي تبلغ 400-500 درجة مئوية).

 

4. الفولاذ المصبوب الأوستنيتي المقاوم للحرارة

يحتوي الفولاذ المصبوب المقاوم للحرارة الأوستنيتي على المزيد من العناصر المكونة للأوستينيت مثل النيكل والمنغنيز والنيتروجين وما إلى ذلك، عند درجات حرارة أعلى من 600 درجة مئوية، ويتميز بقوة جيدة في درجات الحرارة العالية واستقرار هيكلي وأداء لحام جيد. تستخدم عادة كمادة مقاومة للحرارة تعمل فوق 600 درجة مئوية. الدرجات النموذجية هي 1Cr18Ni9Ti (321)، 1Cr23Ni13 (309)، 0Cr25Ni20 (310S)، 1Cr25Ni20Si2 (314)، 2Cr20Mn9Ni2Si2N، 4Cr14Ni14W2Mo، إلخ.

يمكن معالجة الفولاذ الأوستنيتي المضاد للأكسدة بالمعالجة الحرارية بمحلول درجة حرارة عالية للحصول على تشوه بارد جيد. يتم أولاً معالجة الفولاذ الأوستنيتي ذو القوة الساخنة بمحلول ذو درجة حرارة عالية، ومن ثم يتم إجراء معالجة التعتيق عند درجة حرارة أعلى من درجة حرارة الاستخدام بـ 60-100 درجة مئوية لتثبيت الهيكل وترسيب المرحلة الثانية لتقوية المصفوفة.

 

استخدامات المسبوكات الفولاذية المقاومة للحرارة

غالبًا ما يستخدم الفولاذ المقاوم للحرارة لتصنيع الأجزاء والمكونات التي تعمل في درجات حرارة عالية في القطاعات الصناعية مثل الغلايات والتوربينات البخارية وآلات الطاقة والأفران الصناعية وصناعات الطيران والبتروكيماويات. بالإضافة إلى القوة في درجات الحرارة العالية والأكسدة في درجات الحرارة العالية ومقاومة التآكل، فإن هذه الأجزاء تتطلب أيضًا صلابة كافية وقابلية تشغيل جيدة وقابلية لحام ودرجة معينة من الاستقرار الهيكلي وفقًا للاستخدامات المختلفة.

 

بعض درجات سبائك الصلب المقاومة للحرارة وتطبيقاتها
درجة الصلب	درجة الحرارة والتطبيقات القابلة للتطبيق
00Cr12	درجة حرارة مضادة للأكسدة 600 ~ 700 درجة مئوية، تستخدم كدرجة حرارة عالية، جسم صمام الضغط العالي، الموقد
0Cr13Al	نطاق درجة الحرارة المطبق 700~800 درجة مئوية، شفرة ضاغط توربين الغاز
1Cr17	مضاد للأكسدة عند درجات حرارة أقل من 900 درجة مئوية، يستخدم كأجزاء وفوهات للأفران ذات درجة حرارة عالية
1Cr12	مقاومة الأكسدة وقوة درجات الحرارة العالية في نطاق درجة الحرارة من 600 إلى 700 درجة مئوية وتستخدم لأجزاء درجة الحرارة المرتفعة من شفرات التوربينات البخارية والفوهات وصمامات شعلة الغلاية.
1Cr13	درجة حرارة مقاومة الأكسدة هي 700 ~ 800 درجة مئوية، واستخدامها هو نفس استخدام الفولاذ 1Cr12
0Cr18Ni9،1Cr18Ni9Ti	درجة حرارة مضادة للأكسدة أقل من 870 درجة مئوية، يمكن استخدامها كأنبوب لسطح تسخين الغلاية، أجزاء فرن التسخين، مبادل حراري، فرن دثر، محول، فوهة
0Cr18Ni10Ti، 0Cr18Ni11Nb	إنها مقاومة للتآكل بدرجة الحرارة العالية والأكسدة في نطاق درجة الحرارة من 400 إلى 900 درجة مئوية، ويمكن استخدامها لتجهيزات الأنابيب التي تكون درجة حرارة عملها أقل من 850 درجة مئوية.
0Cr23Ni13	درجة حرارة مضادة للأكسدة تصل إلى 980 درجة مئوية، تستخدم لأنبوب نار الموقد، وشفرة التوربينات البخارية، وجسم فرن التسخين، وجهاز تحويل الميثان، وجهاز فصل درجة الحرارة العالية.
0Cr25Ni20	درجة حرارة مضادة للأكسدة تصل إلى 1035 درجة مئوية، تستخدم لتسخين أجزاء الفرن؛ أجزاء نظام نقل الغاز مع درجة حرارة عمل أقل من 950 درجة مئوية
0Cr17Ni12Mo2، 0Cr19Ni13Mo2	درجة حرارة مقاومة الأكسدة لا تقل عن 870 درجة مئوية، ودرجة حرارة العمل هي 600 ~ 750 درجة مئوية، وأنابيب المبادل الحراري وتجهيزات الفرن للصناعة الكيميائية وتكرير النفط.
0Cr17Ni7Al	الأجزاء الحاملة لدرجة الحرارة العالية مع درجة حرارة العمل أقل من 550 درجة مئوية