Lämmönkestävä teräs tarkoittaa terästä, jolla on lämpöstabiilisuus ja lämpölujuus korkeissa lämpötiloissa. Lämpöstabiilisuus tarkoittaa teräksen kemiallista stabiilisuutta (korroosionkestävyys, hapettumisenesto) korkeissa lämpötiloissa. Terminen lujuus tarkoittaa teräksen riittävää lujuutta korkeissa lämpötiloissa. Lämmönkestävyys taataan pääasiassa seosaineilla, kuten kromilla, molybdeenillä, vanadiinilla, titaanilla ja niobiumilla, joten hitsausmateriaalien valinta tulee määrittää perusmetallin seosainepitoisuuden mukaan. Lämmönkestävää terästä käytetään laajalti öljy- ja petrokemianteollisuuden asennusrakennuksissa. Voimme usein joutua kosketuksiin perliitti-lämmönkestävän teräksen kanssa, jonka seospitoisuus on alhainen, kuten 15CrMo, 1Cr5Mo ja niin edelleen.
Yleensä alle 50 prosentin seosainepitoisuutta kutsutaan lämmönkestäväksi teräkseksi. Japanilainen lämmönkestävä terässtandardi JIS G4311, G4312, useiden SUH-sarjan standardien lisäksi. Alkuvaiheen erilaisen mikrorakenteen mukaan lämmönkestävä teräs voidaan jakaa ferriittiseen lämmönkestävään teräkseen, martensiittiseen lämmönkestävään teräkseen, austeniittiseen lämmönkestävään teräkseen ja sakkakarkaisuun lämmönkestävään teräkseen. JIS G5122 sisältää SUH-sarjan lämmönkestävän valuteräksen, mutta ei luokittele teräslaatua kantafaasirakenteen mukaan, ja sekoittaa keskenään ferriittistä lämmönkestävää terästä, martensiittista lämmönkestävää terästä ja austeniittista lämmönkestävää terästä.
Ferriittistä lämmönkestävää terästä
Edustava ferriittistä lämmönkestävää terästä on laajalti käytetty SUS430, jonka C-17 prosenttia Cr. Cr on elementti, joka voi parantaa teräksen korroosionkestävyyttä korkeissa lämpötiloissa ja on välttämätön elementti lämmönkestävässä teräksessä. SUS430:lla on hyvä hapettumisenkestävyys. SUS430 on halvempi, koska teräksessä ei ole muita elementtejä. SUS430 ei kuitenkaan kovettu korkean lämpötilan sammutuksen jälkeen, ja sen lujuus korkeassa lämpötilassa on alhainen, joten sitä voidaan käyttää vain osissa, jotka eivät vaadi paljon lujuutta. Toisaalta, koska SUS430:n lämpölaajenemiskerroin on pieni ja austeniittisen lämmönkestävän teräksen lämpölaajenemiskerroin on suuri, joten toistuville lämpötilamuutoksille on helppo valmistaa lämpöväsymisosia, SUS430 on parempi. Lisäksi, kun SUS430:ta käytetään pitkään noin 500 asteen kulmassa, tapahtuu haurastumista johtuen hauraan faasin saostumisesta, mihin tulee kiinnittää huomiota. Lisäksi Al on myös alkuaine, joka parantaa antioksidanttikapasiteettia. Korkeassa lämpötilassa Al muodostaa oksidilevyn pinnalle Al2O3:a, josta tulee vahva suojakalvo ja jolla on rooli hapettumisenkestävyyden parantamisessa. Tätä Al:n vaikutusta käyttävä lämmönkestävä teräs on FCH1. FCH1 on lämmönkestävä teräs, johon on lisätty 5 % Al 25 % Cr-teräksessä. Sillä on hyvä hapettumiskestävyys alle 1200 astetta.
Martensiittista lämmönkestävää terästä
Tyypillisiä martensiittisia lämmönkestäviä teräksiä ovat 12 prosentin Cr-teräkset SUS403 ja SUS410J1, joiden hiilipitoisuus on noin 0,1 prosenttia. Nämä lämmönkestävät teräkset kovetetaan korkeassa lämpötilassa ja sitten karkaistaan M23C6:n saostamiseksi perusfaasin martensiitille säilyttäen korkea lujuus 500-600 asteessa. Jos Mo:ta lisätään parantamaan temper-pehmennysvastusta, korkea lujuus voidaan säilyttää edelleen. Martensiittisen lämmönkestävä teräs pehmenee korkeassa lämpötilassa yli 500-600 asteen, mikä johtaa voimakkaaseen heikkenemiseen. Siksi martensiittisen lämmönkestävä teräs soveltuu alle 500-600 asteen käyttölämpötilaan, mikä vaatii korkeita lämpötiloja kestäviä komponentteja. Lisäksi, koska martensiittisen lämmönkestävän teräksen kromipitoisuus on pienempi (12 prosenttia) ja osa kromista on edelleen karbidissa, ei voida taata kromipitoisuutta lähtöfaasissa, joten martensiittisen lämmönkestävän teräksen hapettumiskestävyys. on usein pienempi kuin ferriittisen lämmönkestävän teräksen ja austeniittisen lämmönkestävän teräksen. Si ja Al voivat myös muodostaa suojakalvon martensiittisen lämmönkestävän teräksen oksidilevylle. SUH3 ja SUH11 martensiittiset lämmönkestävät teräkset, joihin on lisätty Si parantaa niiden hapettumisenkestävyyttä. Näitä lämmönkestäviä teräksiä käytetään moottorin imuventtiileissä ja lämmönkestävissä pulteissa.
Austeniittista lämmönkestävää terästä
Cr:n lisäämiseen teräkseen liittyy austeniittista stabiloivaa elementtiä Ni, joka tekee teräksestä vakaan austeniittirakenteen kaikissa lämpötiloissa. Tavallisia austeniittisia rakenneteräksiä ovat SUS304 ja SUS310. Kuten me kaikki tiedämme, SUS304 on korroosionkestävää ruostumatonta terästä, mutta SUS304:ää voidaan käyttää myös lämmönkestävänä teräksenä. Alle 600 asteen austeniittisen lämmönkestävän teräksen lujuus on martensiittisen lämmönkestävän teräksen ja ferriittisen lämmönkestävän teräksen välillä, ja yli 600 asteen lujuus on suurempi kuin martensiittisen lämmönkestävän teräksen. Lisäksi SUS304 alle 800 astetta, SUS310 alle 1000 astetta, toistuva lämmitys-jäähdytys, on hyvä hapettumisenkestävyys. Kuitenkin, kun sitä käytetään pitkään 700-900 asteessa, muodostuu hauras faasisaostuminen, jolloin materiaali haurastuu. Lisäksi, koska SUS304:n ja SUS310:n lämpölaajenemiskerroin on suurempi kuin martensiittisten ja ferriittisten lämmönkestävien terästen lämpölaajenemiskerroin, lämpöväsymisvaurioita on helppo syntyä, ja näihin kahteen kohtaan on kiinnitettävä huomiota.
Kun vaaditaan lujuutta korkeissa lämpötiloissa, austeniittisen lämmönkestävän teräksen lujuutta voidaan edelleen parantaa sade- ja liuosvahvistuksella. Moottorin pakoventtiilissä käytetty austeniittista lämmönkestävää terästä on SUH35. SUH35:n korkean lämpötilan lujuutta parannettiin karbidisaostusvahvistuksella ja kiinteäliuosvahvistuksella lisäämällä teräkseen C:tä. Austeniittirakenne voidaan saada vaikka Ni-pitoisuus olisi 4 prosenttia lisäämällä Mn-pitoisuutta. Kuumuutta kestäviin pultteihin ja jousiin käytetty SUH660 on vahvistunut 'faasin (Ni3 (Al, Ti)) saostumisesta Al:n ja Ti:n lisäyksen vuoksi.
Sakkavahvistettu lämmönkestävä teräs
Martensiittisen lämmönkestävän teräksen edustava merkki on SUS630. Vanhentamisen jälkeen 500 asteessa ε-faasi (Cu-faasi) saostuu SUS630:n matalan C-martensiitin perusfaasissa teräksen lujuuden parantamiseksi. Kuitenkin kun lämpötila ylittää 500 astetta, e-faasi karkeutuu ja martensiittirakenne muuttuu, mikä johtaa teräksen lujuuden heikkenemiseen. Siksi SUS630:tä käytetään pääasiassa alle 500 asteen turbiinikomponentteihin. SUS630-teräksen pääkomponentti on 17Cr-4Ni-4Cu, Ni-pitoisuus ei ole liian korkea, ja ottaen huomioon austeniitin stabiilisuuden, Ni-pitoisuutta ei voida vähentää, joten se ei ole resurssi. säästää kehitysterästä.
