Toplotno odporno jeklo se nanaša na jeklo z visoko temperaturno odpornostjo proti oksidaciji in visoko temperaturno trdnostjo. Odpornost proti oksidaciji pri visokih temperaturah je pomemben pogoj za zagotovitev, da obdelovanec dolgo deluje pri visoki temperaturi. V oksidativnem okolju, kot je zrak pri visoki temperaturi, kisik kemično reagira z jekleno površino in tvori različne plasti železovega oksida. Oksidna plast je zelo ohlapna, izgubi prvotne lastnosti jekla in zlahka odpade. Da bi izboljšali visokotemperaturno odpornost jekla na oksidacijo, jeklu dodamo legirne elemente, da spremenimo strukturo oksida. Običajno uporabljeni legirni elementi so krom, nikelj, krom, silicij, aluminij itd. Visokotemperaturna oksidacijska odpornost jekla je povezana le s kemično sestavo.
Visokotemperaturna trdnost se nanaša na sposobnost jekla, da dolgo časa vzdržuje mehanske obremenitve pri visokih temperaturah. Obstajata dva glavna učinka jekla pod mehansko obremenitvijo pri visoki temperaturi. Ena je mehčanje, to je, da se trdnost zmanjšuje z naraščajočo temperaturo. Drugi je lezenje, to je, da se pod delovanjem stalne napetosti količina plastične deformacije s časom počasi povečuje. Plastična deformacija jekla pri visoki temperaturi je posledica intragranularnega zdrsa in zdrsa na meji zrn. Za izboljšanje visokotemperaturne trdnosti jekla se običajno uporabljajo metode legiranja. To pomeni, da se jeklu dodajo legirni elementi, da izboljšajo vezno silo med atomi in tvorijo ugodno strukturo. Dodajanje kroma, molibdena, volframa, vanadija, titana itd. lahko okrepi jekleno matrico, poveča temperaturo rekristalizacije in lahko tvori tudi karbide ojačitvene faze ali intermetalne spojine, kot so Cr23C6, VC, TiC itd. Te ojačitvene faze so stabilni pri visokih temperaturah, se ne raztopijo, ne agregirajo zaradi rasti in ohranjajo svojo trdoto. Nikelj dodajamo predvsem za pridobivanjeavstenit. Atomi v avstenitu so razporejeni tesneje kot v feritu, vezna sila med atomi je močnejša in difuzija atomov je težja. Zato je visokotemperaturna trdnost avstenita boljša. Vidimo lahko, da visokotemperaturna trdnost toplotno odpornega jekla ni povezana le s kemično sestavo, ampak tudi z mikrostrukturo.
Visoko legirana toplotno odpornajekleni ulitkise pogosto uporabljajo v primerih, ko delovna temperatura presega 650 ℃. Toplotno odporni jekleni ulitki se nanašajo na jekla, ki delujejo pri visokih temperaturah. Razvoj toplotno odpornih jeklenih ulitkov je tesno povezan s tehnološkim napredkom različnih industrijskih sektorjev, kot so elektrarne, kotli, plinske turbine, motorji z notranjim zgorevanjem in letalski motorji. Zaradi različnih temperatur in napetosti, ki jih uporabljajo različni stroji in naprave ter različnih okolij, so tudi vrste uporabljenega jekla različne.
Enakovreden razred nerjavečega jekla | |||||||||
| SKUPINE | AISI | W-stoff | DIN | BS | SS | AFNOR | UNE / IHA | JIS | UNI |
| Martenzitno in feritno nerjavno jeklo | 420 C | 1,4034 | X43Cr16 | ||||||
| 440 B/1 | 1,4112 | X90 Cr Mo V18 | |||||||
| - | 1,2083 | X42 Cr 13 | - | 2314 | Z 40 C 14 | F.5263 | SUS 420 J1 | - | |
| 403 | 1,4000 | X6Cr13 | 403 S 17 | 2301 | Z 6 C 13 | F.3110 | SUS 403 | X6Cr13 | |
| (410S) | 1,4001 | X7 Cr 14 | (403 S17) | 2301 | Z 8 C 13 | F.3110 | SUS 410 S | X6Cr13 | |
| 405 | 1,4002 | X6 CrAl 13 | 405 S 17 | - | Z 8 CA 12 | F.3111 | SUS 405 | X6 CrAl 13 | |
| 416 | 1,4005 | X12 CrS 13 | 416 S 21 | 2380 | Z 11 CF 13 | F.3411 | SUS 416 | X12CrS13 | |
| 410 | 1,4006 | X 10 Cr 13 | 410 S21 | 2302 | Z 10 C 14 | F.3401 | SUS 410 | X12Cr13 | |
| 430 | 1,4016 | X6 Cr 17 | 430 S 17 | 2320 | Z 8 C 17 | F.3113 | SUS 430 | X8Cr17 | |
| 420 | 1,4021 | X20 Cr 13 | 420 S 37 | 2303 | Z 20 C 13 | F.3402 | SUS 420 J1 | X20Cr13 | |
| 420F | 1,4028 | X30 Cr 13 | 420 S 45 | (2304) | Z 30 C 13 | F.3403 | SUS 420 J2 | X30Cr13 | |
| (420) | 1,4031 | X39Cr13 | 420 S 45 | (2304) | Z 40 C 14 | F.3404 | (SUS 420 J1) | - | |
| 431 | 1,4057 | X20 CrNi 17 2 | 431 S 29 | 2321 | Z 15 CNi 16.02 | F.3427 | SUS 431 | X16CrNi16 | |
| 430F | 1,4104 | X12 CrMoS 17 | - | 2383 | Z 10 CF 17 | F.3117 | SUS 430 F | X10CrS17 | |
| 434 | 1,4113 | X6 CrMo 17 | 434 S 17 | 2325 | Z 8 CD 17.01 | - | SUS 434 | X8CrMo17 | |
| 430Ti | 1,4510 | X6 CrTi 17 | - | - | Z 4 CT 17 | - | SUS 430 LX | X6CrTi17 | |
| 409 | 1,4512 | X5 CrTi 12 | 409 S 17 | - | Z 6 CT 12 | - | SUH 409 | X6CrTi12 | |
| Avstenitno nerjaveče jeklo | 304 | 1,4301 | X5 CrNi 18 9 | 304 S 15 | 2332 | Z 6 CN 18.09 | F.3551 | SUS 304 | X5CrNi18 10 |
| 305 | 1,4303 | X5 CrNi 18 12 | 305 S 19 | - | Z 8 CN 18.12 | - | SUS 305 | X8CrNi19 10 | |
| 303 | 1,4305 | X12 CrNiS 18 8 | 303 S 21 | 2346 | Z 10 CNF 18.09 | F.3508 | SUS 303 | X10CrNiS 18 09 | |
| 304L | 1,4306 | X2 CrNiS 18 9 | 304 S 12 | 2352 | Z 2 CN 18.10 | F.3503 | SUS 304L | X2CrNi18 11 | |
| 301 | 1,4310 | X12 CrNi 17 7 | - | 2331 | Z 12 CN 17.07 | F.3517 | SUS 301 | X12CrNi17 07 | |
| 304 | 1,4350 | X5 CrNi 18 9 | 304 S 31 | 2332 | Z 6 CN 18.09 | F.3551 | SUS 304 | X5CrNi18 10 | |
| 304 | 1,4350 | X5 CrNi 18 9 | 304 S 31 | 2333 | Z 6 CN 18.09 | F.3551 | SUS 304 | X5CrNi18 10 | |
| 304LN | 1,4311 | X2 CrNiN 18 10 | 304 S 62 | 2371 | Z 2 CN 18.10 | - | SUS 304 LN | - | |
| 316 | 1,4401 | X5 CrNiMo 18 10 | 316 S 16 | 2347 | Z 6 CND 17.11 | F.3543 | SUS 316 | X5CrNiMo17 12 | |
| 316L | 1,4404 | - | 316 S 12/13/14/22/24 | 2348 | Z 2 CND 17.13 | SUS316L | X2CrNiMo17 12 | ||
| 316LN | 1,4429 | X2 CrNiMoN 18 13 | - | 2375 | Z 2 CND 17.13 | - | SUS 316 LN | - | |
| 316L | 1,4435 | X2 CrNiMo 18 12 | 316 S 12/13/14/22/24 | 2353 | Z 2 CND 17.13 | - | SUS316L | X2CrNiMo17 12 | |
| 316 | 1,4436 | - | 316 S 33 | 2343 | Z 6 CND18-12-03 | - | - | X8CrNiMo 17 13 | |
| 317L | 1,4438 | X2 CrNiMo 18 16 | 317 S 12 | 2367 | Z 2 CND 19.15 | - | SUS 317 L | X2CrNiMo18 16 | |
| 329 | 1,4460 | X3 CrNiMoN 27 5 2 | - | 2324 | Z5 CND 27.05.Az | F.3309 | SUS 329 J1 | - | |
| 321 | 1,4541 | X10 CrNiTi 18 9 | 321 S 12 | 2337 | Z 6 CND 18.10 | F.3553 | SUS 321 | X6CrNiTi18 11 | |
| 347 | 1,4550 | X10 CrNiNb 18 9 | 347 S 17 | 2338 | Z 6 CNNb 18.10 | F.3552 | SUS 347 | X6CrNiNb18 11 | |
| 316Ti | 1,4571 | X10 CrNiMoTi 18 10 | 320 S 17 | 2350 | Z 6 CNDT 17.12 | F.3535 | - | X6CrNiMoTi 17 12 | |
| 309 | 1,4828 | X15 CrNiSi 20 12 | 309 S 24 | - | Z 15 CNS 20.12 | - | SUH 309 | X16 CrNi 24 14 | |
| 330 | 1,4864 | X12 NiCrSi 36 16 | - | - | Z 12 NCS 35.16 | - | SUH 330 | - | |
| Dvostransko nerjaveče jeklo | S32750 | 1,4410 | X 2 CrNiMoN 25 7 4 | - | 2328 | Z3 CND 25.06 Az | - | - | - |
| S31500 | 1,4417 | X 2 CrNiMoSi 19 5 | - | 2376 | Z2 CND 18.05.03 | - | - | - | |
| S31803 | 1,4462 | X 2 CrNiMoN 22 5 3 | - | 2377 | Z 3 CND 22,05 (Az) | - | - | - | |
| S32760 | 1,4501 | X 3 CrNiMoN 25 7 | - | - | Z 3 CND 25,06 Az | - | - | - | |
| 630 | 1,4542 | X5CrNiCNb16-4 | - | - | - | - | - | - | |
| A564/630 | - | - | - | - | - | - | - | - | |
Standardi toplotno odpornega litega jekla v različnih državah
1) Kitajski standard
GB/T 8492-2002 "Tehnični pogoji za toplotno odporne jeklene ulitke" določa stopnje in mehanske lastnosti pri sobni temperaturi različnih toplotno odpornih jeklenih litin.
2) Evropski standard
Standardi EN 10295-2002 za toplotno odporno lito jeklo vključujejo avstenitno toplotno odporno nerjavno jeklo, feritno toplotno odporno nerjavno jeklo in avstenitno-feritno dvojno toplotno odporno nerjavno jeklo ter zlitine na osnovi niklja in zlitine na osnovi kobalta.
3) Ameriški standardi
Kemična sestava, določena v standardu ANSI/ASTM 297-2008 "Splošni industrijski železo-krom, železo-krom-nikelj toplotno odporne jeklene ulitke" je osnova za sprejem, preskus mehanske učinkovitosti pa se izvede le, če kupec to zahteva pri čas naročanja. Drugi ameriški standardi, ki vključujejo toplotno odporno lito jeklo, vključujejo ASTM A447/A447M-2003 in ASTM A560/560M-2005.
4) nemški standard
V DIN 17465 "Tehnični pogoji za toplotno odporne jeklene ulitke" so kemična sestava, mehanske lastnosti pri sobni temperaturi in visokotemperaturne mehanske lastnosti različnih toplotno odpornih jeklenih litin ločeno določene.
5) Japonski standard
Stopnje v JISG5122-2003 "Toplotno odporne jeklene litine" so v bistvu enake kot ameriški standard ASTM.
6) Ruski standard
V GOST 977-1988 je opredeljenih 19 vrst toplotno odpornega litega jekla, vključno s toplotno odpornimi jekli s srednjo in visoko vsebnostjo kroma.
Vpliv kemične sestave na življenjsko dobo toplotno odpornega jekla
Obstaja precej različnih kemičnih elementov, ki lahko vplivajo na življenjsko dobo toplotno odpornega jekla. Ti učinki se kažejo v povečanju stabilnosti strukture, preprečevanju oksidacije, tvorbi in stabilizaciji avstenita ter preprečevanju korozije. Na primer, elementi redkih zemelj, ki so elementi v sledovih v toplotno odpornem jeklu, lahko znatno izboljšajo oksidacijsko odpornost jekla in spremenijo termoplastičnost. Osnovni materiali toplotno odpornega jekla in zlitin na splošno izberejo kovine in zlitine z relativno visokim tališčem, visoko aktivacijsko energijo samodifuzije ali nizko energijo napake zlaganja. Različna toplotno odporna jekla in visokotemperaturne zlitine imajo zelo visoke zahteve glede postopka taljenja, saj bo prisotnost vključkov ali določenih metalurških napak v jeklu zmanjšala mejo vzdržljivosti materiala.
Vpliv napredne tehnologije, kot je obdelava z raztopino, na življenjsko dobo toplotno odpornega jekla
Pri kovinskih materialih bo uporaba različnih postopkov toplotne obdelave vplivala na strukturo in velikost zrn ter s tem spremenila stopnjo težavnosti termične aktivacije. Pri analizi okvare ulitka obstaja veliko dejavnikov, ki vodijo do okvare, predvsem toplotna utrujenost vodi do začetka in razvoja razpok. V skladu s tem obstaja vrsta dejavnikov, ki vplivajo na nastanek in širjenje razpok. Med njimi je izjemno pomembna vsebnost žvepla, saj se razpoke večinoma razvijajo vzdolž sulfidov. Na vsebnost žvepla vplivata kakovost surovin in njihovo taljenje. Pri ulitkih, ki delujejo v zaščitni atmosferi vodika, bodo ulitki žveplani, če vodikov sulfid vsebuje vodik. Drugič, ustreznost obdelave raztopine bo vplivala na trdnost in žilavost ulitka.
