Otelurile aliate cu destinatie speciala

Otelurile aliate cu destinatie speciala .

Aceste oteluri sunt aliaje Fe-C cu continuturi ridicate in elemente care confera proprietati deosebite ca, de exemplu : rezistenta mecanica la temperaturi inalte, rezistenta la coroziune, rezistenta si tenacitate la temperaturi scazute etc.

1.Oteluri rezistente mecanic la temperaturi inalte

Functie de compozitia chimica si structura apar urmatoarele categorii de oteluri termorezistente :

1.1. Oteluri aliate cu Mo, Cr-Mo, Cr-Mo-V din clasa perito-perlitica sau bainitica .

In stare de utilizare au o structura alcatuita din ferita, bainita, mici cantitati de perlita si carburi ( figura 1. ). Sunt intrebuintate la executia diverselor componente ale masinilor si agregatelor care lucreaza cu fluide calde ( aburi, hidrocarburi lichide, gaze de ardere, etc. ) : cazane, colectoare de abur, conducte pentru transportat abur, supraincalzitoare, piulite si buloane, etc.

Aceste elemente sunt exploatate la temperaturi de 400.580^oC si presiuni maxime de 150 daN/cm². Hotarator in asigurarea unor caracteristici maxime de fluaj la aceste oteluri este tratamentul termic de normalizare si revenire inalta care ii asigura o structura initiala ( F+B+P+carburi ) corespunzatoare unei bune comportari la temperaturi inalte.

Figura 1. Otel termorezistent din clasa ferito-bainito-perlitica. MOx500

1. 2. Otelurile aliate in principal cu Cr ( 5.30% ) din clasa ferito-martensitica .

Prezinta o structura constituita din ferita sau martensita, cu sau fara carburi. Sunt folosite la confectionarea paletelor de turbina, supapelor, scaunelor de supape, biele, rotoare, instalatii din industria chimica si termoenergetica, etc.

Pe langa propreitatile mecanice corespunzatoare la temperatura de utilizare, aceste oteluri trebuie sa aiba si o mare rezistenta la oxidare. In general, conditiile impuse acestei grupe de materiale sunt : tenacitate suficienta atat la temperatura ambianta, cat si la cea de exploatare, pentru evitarea ruperilor fragile premature; rezistenta mare la actiunea coroziva a agentilor energetici ( aburi, gaze ) care au temperaturi de 600^oC; limita ridicata de fluaj si oboseala la temperaturi inalte, pentru a nu se ajunge la dimensiuni prea mari ale pieselor, in care caz s-ar crea conditii de crestere a tensiunilor termice; punctele critice de transformare sa fie suficient de ridicate fata de temperatura maxima de utilizare.

Figura 2. Otel termorezistent din clasa ferito-martensitica. MOx500

Tratamentul termic al otelurilor ferito-martensitice consta in general dintr-o calire la temperaturi inalte ( 1000.1100^oC ), urmata de o revenire pentru precipitarea carburilor. In figura 2. se prezinta structura unui otel aliat cu 12% Cr si 0,1% C, dupa calire si revenire ( ferita + carburi ), recomandat pentru executia paletelor turbinelor cu aburi si gaze, rotorilor de compresor si turbina, cu o temperatura maxima de exploatare de 650^oC.

1. 3. Oteluri aliate cu Cr-Ni ( 18 / 8, 25 / 20 etc. ) din clasa austenitica .

Pe langa Cr si Ni aceste oteluri mai pot contine Mn, Mo, N, etc. Se folosesc la confectionarea unor organe de

 

Figura 3. Otel termorezistent din clasa austenitica. MOx500 .

masini cu o durata mare de exploatare ( temperatura de exploatare mai mica de 700^oC ), sau cu o durata mica de exploatare ( temperatura de exploatare, maxim de 800^oC ). Elementele de aliere gamagene ( Ni, Mn, N ) stabilizeaza structura austenitica la toate temperaturile si o durifica prin precipitarea unor carburi sau compusi intermetalici.

Tratamentul termic al acestor oteluri consta dintr-o calire de punere in solutie, de la temperaturi inalte ( 1050.1150^oC ), prin racirea in apa obtinandu-se o solutie solida suprasaturata de austenita metastabila ( figura 3. ), urmata de o revenire inalta in vederea durificarii prin precipitare ( figura 4. ) .

Figura 4. Austenita+carburi. MOx500

2. Oteluri folosite la temperaturi scazute ( oteluri criogenice ) .

Pentru scopuri criogenice, tehnologul are posibilitatea alegerii unor sorturi variate de aliaje, atat feroase cat si neferoase, functie de destinatie si complexitatea produsului ce urmeaza a fi realizat. Actualmente, pe plan mondial, o larga utilizare in aceste domenii o au fie otelurile aliate cu 0,5% Ni, fie otelurile austenitice Cr-Ni. Otelurile criogenice trebuie sa posede valori ridicate ale rezistentei la rupere, limitei de curgere, rezistentei la oboseala si bune caracteristici de ductibilitate si tenacitate pe intreg intervalul temperaturilor de exploatare ( +20.-269^oC ) .

2. 1.Oteluri aliate cu Ni .

Proprietatile acestor materiale sunt dependente de natura, cantitatea si marimea constituentilor structurali prezenti : ferita-perlita, bainita, martensita. Otelurile cu 3,5% Ni are in stare recoapta o structura ferito-perlitica ( figura 5. ) si se trateaza termic fie prin normalizare si revenire inalta, fie prin calire si revenire inalta.

Figura 5. Otel criogenic aliat cu 3, 5% Ni, recopt. MOx500

Dupa tratamentul termic de calire in apa de la 880^oC si revenire inalta la 590^oC, otelul cu 0,12% C si 3,5% Ni prezinta o structura alcatuita din ferita aliata cu Ni si carburi ( figura 6. ), rezistenta mecanic si cu o tenacitate suficienta pana la temperatura de exploatare de -100^oC. Otelul cu 9% Ni si 0,12% C, datorita unei calibilitati ridicate, chiar la racirii foarte lente permite obtinerea unor structuri baionito-martensitice ( figura 7. ). Dupa tratamentul termic de calire in apa de la

Figura 6. Otel criogenic aliat cu 3,5% Ni, calit si revenit. MOx500 .

810^oC si revenire inalta la 575^oC, structura este constituita din ferita aliata cu Ni, carburi si austenita reziduala ( sub 15% ), faza stabila chiar la temperatura azotului lichid ( figura 8. ). Prezenta unei cantitati mici de austenita in structura

Figura 7. Otel criogenic aliat cu 9% Ni, racit lent. MOx3000 .

Otelului favorizeaza obtinerea unor valori corespunzatoare pentru tenacitate, chiar la temperatura de exploatare de -196^oC. Alierea cu Ni provoaca finisarea accentuata a grauntilor, respectiv marirea rezistentei la rupere fragila.

Figura 8. Otel criogenic aliat cu 9% Ni, calit si revenit. MOx500

2. 2. Oteluri aliate cu Cr-Ni ( 18 / 8 sau 18 / 10 ) .

Aceste aliaje au o structura alcatuita din austenita si carburi ( figura 9. ), prezentand o siguranta mare in exploatare pentru intreaga gama de temperaturi criogenice ( -50.-269^oC ). Limitele lor de utilizare sunt determinate de pretul de cost foarte ridicat, sensibilitatea la coroziune intercristalina si valorile scazute ale limitei de curgere.

Figura 9. Otel criogenic 18-8, din clasa austenitica. MOx500 .

Otelurile criogenice cu baza de Ni sau Cr-Ni sunt destinate executarii recipientilor pentru transportul si stocajul gazelor lichefiate, echipamentelor aerospatiale, constructii navale, produse ale electrotehnicii.