การหล่อเหล็กทนความร้อนและการบำบัดความร้อน

การหล่อเหล็กทนความร้อนเป็นชิ้นส่วนที่หล่อจากเหล็กโลหะผสมทนความร้อนเป็นวัตถุดิบ ภายใต้สภาวะที่มีอุณหภูมิสูง เหล็กที่มีความต้านทานการเกิดออกซิเดชัน มีความแข็งแรงที่อุณหภูมิสูงเพียงพอ และทนความร้อนได้ดีเรียกว่าเหล็กทนความร้อน เหล็กทนความร้อนสามารถแบ่งออกได้เป็น 2 ประเภท คือ เหล็กทนความร้อนออกซิเดชัน และเหล็กทนความร้อนตามคุณสมบัติของมัน เหล็กป้องกันการเกิดออกซิเดชันเรียกอีกอย่างว่าเหล็กที่ไม่มีผิวหนัง เหล็กกำลังร้อนหมายถึงเหล็กที่มีความต้านทานการเกิดออกซิเดชันที่ดีที่อุณหภูมิสูงและมีความแข็งแรงสูงที่อุณหภูมิสูง ในกรณีที่มีองค์ประกอบทางเคมีเหมือนกัน สถานะหล่อจะมีความแข็งแรงทางความร้อนสูงกว่าสถานะรีด ชิ้นส่วนเหล็กทนความร้อนแบบหล่อมีสัดส่วนขนาดใหญ่ในด้านเหล็กทนความร้อน

เหล็กกล้าทนความร้อนอัลลอยด์สูงบางชนิดนั้นแปรรูปและทำให้เสียรูปได้ยาก การผลิตการหล่อไม่เพียงแต่คุ้มค่ากว่าผลิตภัณฑ์รีดเท่านั้น แต่ยังมีการหล่อที่มีความทนทานสูงกว่าอีกด้วย ดังนั้นเหล็กหล่อทนความร้อนจึงมีสัดส่วนของเหล็กทนความร้อนค่อนข้างมาก นอกจากการหล่อทรายแล้ว ยังสามารถใช้เทคนิคการหล่อแบบแม่นยำเพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ที่มีพื้นผิวเรียบและขนาดที่แม่นยำ การหล่อแบบแรงเหวี่ยงมักใช้กับท่อเตาเผาที่มีอุณหภูมิสูงสำหรับการแตกร้าวของแอมโมเนียสังเคราะห์และเอทิลีน

ตามโครงสร้างทางโลหะวิทยาในสถานะปกติ เหล็กหล่อทนความร้อนสามารถแบ่งออกเป็นสี่ประเภท: เหล็กทนความร้อนเพิร์ลไลต์ เหล็กทนความร้อนมาร์เทนซิติก เหล็กทนความร้อนเฟอร์ริติก และเหล็กทนความร้อนออสเทนนิติก

 

1. เหล็กหล่อทนความร้อน Pearlitic

องค์ประกอบการผสมของเหล็กหล่อทนความร้อนของเพิร์ลไลต์ส่วนใหญ่เป็นโครเมียมและโมลิบดีนัม และโดยทั่วไปปริมาณรวมจะไม่เกิน 5% นอกจากเพิร์ลไลต์และเฟอร์ไรต์แล้ว โครงสร้างของมันยังมีเบนไนต์อีกด้วย เหล็กชนิดนี้มีความแข็งแรงที่อุณหภูมิสูงและประสิทธิภาพกระบวนการที่ดีที่ 500-600 ℃ มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตชิ้นส่วนทนความร้อนที่อุณหภูมิต่ำกว่า 600°C เช่น ท่อเหล็กหม้อต้ม ใบพัดกังหันไอน้ำ โรเตอร์ ตัวยึด ถังแรงดันสูง ท่อ ฯลฯ เกรดทั่วไปได้แก่: 16Mo, 15CrMo, 12Cr1MoV, 12Cr2MoWVTiB, 10Cr2Mo1 , 25Cr2Mo1V, 20Cr3MoWV ฯลฯ

การรักษาความร้อนของการหล่อเหล็กทนความร้อนของเพิร์ลไลต์นั้นส่วนใหญ่จะทำให้เป็นมาตรฐานหรือดับและอบคืนตัวเพื่อให้ได้โครงสร้างที่มั่นคง คุณสมบัติทางกลที่ครอบคลุมดี และความแข็งแรงที่ต้องการภายใต้สภาวะที่มีอุณหภูมิสูง

 

2. เหล็กหล่อทนความร้อนมาร์เทนซิติก

ปริมาณโครเมียมของเหล็กหล่อทนความร้อนมาร์เทนซิติกโดยทั่วไปอยู่ที่ 7-13% มีความแข็งแรงที่อุณหภูมิสูง ทนต่อการเกิดออกซิเดชัน และทนต่อการกัดกร่อนของไอน้ำต่ำกว่า 650 ℃ แต่ความสามารถในการเชื่อมไม่ดี 1Cr13, 2Cr13 ที่มีโครเมียมประมาณ 12% และเกรดเหล็กที่พัฒนาบนพื้นฐานนี้ เช่น 1Cr11MoV, 1Cr12WMoV, 2Cr12WMoNbVB และโลหะผสมอื่นๆ มักจะใช้ในการผลิตใบพัดกังหันไอน้ำ จาน เพลา ตัวยึด ฯลฯ นอกจากนี้ 4Cr9Si2, 4Cr10Si2Mo, ฯลฯ ใช้ในการผลิตวาล์วไอเสียสำหรับภายใน เครื่องยนต์สันดาปยังเป็นเหล็กทนความร้อนมาร์เทนซิติกอีกด้วย

กระบวนการบำบัดความร้อนทั่วไปสำหรับการหล่อเหล็กทนความร้อนมาร์เทนซิติกคือการทำให้เป็นมาตรฐาน + การแบ่งเบาบรรเทา

 

3. เหล็กหล่อทนความร้อนเฟอริติก

เหล็กหล่อทนความร้อนเฟอริติกประกอบด้วยโครเมียม อลูมิเนียม ซิลิคอน และองค์ประกอบอื่น ๆ มากขึ้น สร้างโครงสร้างเฟอร์ไรต์เฟสเดียวซึ่งมีความต้านทานการเกิดออกซิเดชันที่ดีและทนต่อการกัดกร่อนของก๊าซที่อุณหภูมิสูง แต่ความแข็งแรงที่อุณหภูมิสูงจะต่ำที่อุณหภูมิห้อง ความเปราะบาง มีค่ามากกว่าและความสามารถในการเชื่อมไม่ดี เช่น 1Cr13SiAl, 1Cr25Si2 เป็นต้น โดยทั่วไปแล้วเหล็กหล่อทนความร้อนเฟอริติกจะใช้ในการผลิตชิ้นส่วนที่รับภาระต่ำและต้องการความต้านทานการเกิดออกซิเดชันที่อุณหภูมิสูง

การรักษาความร้อนของการหล่อเหล็กทนความร้อนเฟอร์ริติกโดยทั่วไปจะใช้การหลอมเพื่อลดความเครียด จากนั้นจึงทำให้เย็นลงอย่างรวดเร็ว (เพื่อให้ผ่านโซนเปราะที่ 400-500 ℃ ได้อย่างรวดเร็ว)

 

4. เหล็กหล่อทนความร้อนออสเทนนิติก

เหล็กหล่อทนความร้อนออสเทนนิติกมีองค์ประกอบที่ขึ้นรูปออสเทนไนต์มากขึ้น เช่น นิกเกิล แมงกานีส ไนโตรเจน ฯลฯ ที่อุณหภูมิสูงกว่า 600°C มีความแข็งแรงที่อุณหภูมิสูงและเสถียรภาพทางโครงสร้างที่ดี และประสิทธิภาพการเชื่อมที่ดี มักใช้เป็นวัสดุทนความร้อนซึ่งทำงานได้สูงกว่า 600°C เกรดทั่วไป ได้แก่ 1Cr18Ni9Ti (321), 1Cr23Ni13 (309), 0Cr25Ni20 (310S), 1Cr25Ni20Si2 (314), 2Cr20Mn9Ni2Si2N, 4Cr14Ni14W2Mo เป็นต้น

เหล็กกล้าป้องกันออกซิเดชันออสเทนนิติกสามารถผ่านกรรมวิธีทางความร้อนด้วยสารละลายอุณหภูมิสูงเพื่อให้ได้การเปลี่ยนรูปเย็นที่ดี เหล็กกล้ากำลังร้อนออสเทนนิติกได้รับการบำบัดครั้งแรกด้วยการบำบัดด้วยสารละลายอุณหภูมิสูง จากนั้นการบำบัดความชราจะดำเนินการที่สูงกว่าอุณหภูมิการใช้งาน 60-100 ℃ เพื่อรักษาเสถียรภาพของโครงสร้างและตกตะกอนในระยะที่สองเพื่อเสริมความแข็งแกร่งให้กับเมทริกซ์

 

การใช้การหล่อเหล็กทนความร้อน

เหล็กทนความร้อนมักใช้ในการผลิตชิ้นส่วนและส่วนประกอบที่ทำงานที่อุณหภูมิสูงในภาคอุตสาหกรรม เช่น หม้อไอน้ำ กังหันไอน้ำ เครื่องจักรกำลัง เตาเผาอุตสาหกรรม และอุตสาหกรรมการบินและปิโตรเคมี นอกเหนือจากความแข็งแรงที่อุณหภูมิสูงและความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชันและการกัดกร่อนที่อุณหภูมิสูง ชิ้นส่วนเหล่านี้ยังต้องการความเหนียวที่เพียงพอ ความสามารถในการทำงานและการเชื่อมที่ดี และความเสถียรของโครงสร้างในระดับหนึ่งตามการใช้งานที่แตกต่างกัน

 

เหล็กโลหะผสมทนความร้อนบางเกรดและการใช้งาน
เกรดเหล็ก	อุณหภูมิที่ใช้งานได้และการใช้งาน
00Cr12	อุณหภูมิป้องกันการเกิดออกซิเดชัน 600 ~ 700 ℃ ใช้เป็นอุณหภูมิสูง ตัววาล์วแรงดันสูง เตา
0Cr13Al	ช่วงอุณหภูมิที่ใช้บังคับ 700 ~ 800 ℃ ใบพัดคอมเพรสเซอร์กังหันก๊าซ
1Cr17	ป้องกันการเกิดออกซิเดชันที่อุณหภูมิต่ำกว่า 900°C ใช้เป็นชิ้นส่วนที่มีอุณหภูมิสูงและหัวฉีดสำหรับเตาเผา
1Cr12	ทนต่อการเกิดออกซิเดชันและความแข็งแรงที่อุณหภูมิสูงในช่วงอุณหภูมิ 600~700°C และใช้สำหรับชิ้นส่วนที่มีอุณหภูมิสูงของใบพัดกังหันไอน้ำ หัวฉีด และวาล์วหัวเผาหม้อไอน้ำ
1Cr13	อุณหภูมิต้านทานการเกิดออกซิเดชันคือ 700~800℃ และการใช้งานเหมือนกับเหล็ก 1Cr12
0Cr18Ni9,1Cr18Ni9Ti	อุณหภูมิป้องกันการเกิดออกซิเดชันต่ำกว่า 870 ℃ สามารถใช้เป็นท่อพื้นผิวทำความร้อนหม้อไอน้ำ ชิ้นส่วนเตาทำความร้อน เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน เตาเผา ตัวแปลง หัวฉีด
0Cr18Ni10Ti, 0Cr18Ni11Nb	ทนต่อการกัดกร่อนที่อุณหภูมิสูงและออกซิเดชั่นในช่วงอุณหภูมิ 400~900°C และสามารถใช้กับข้อต่อท่อที่มีอุณหภูมิในการทำงานต่ำกว่า 850°C
0Cr23Ni13	อุณหภูมิป้องกันการเกิดออกซิเดชันสูงถึง 980 ℃ ใช้สำหรับท่อดับเพลิงของเตา, ใบพัดกังหันไอน้ำ, ตัวเตาทำความร้อน, อุปกรณ์แปลงมีเทน, อุปกรณ์แยกอุณหภูมิสูง
0Cr25Ni20	อุณหภูมิป้องกันการเกิดออกซิเดชันสูงถึง 1,035 ℃ ใช้สำหรับทำความร้อนชิ้นส่วนเตา ชิ้นส่วนระบบส่งก๊าซที่มีอุณหภูมิในการทำงานต่ำกว่า 950 ℃
0Cr17Ni12Mo2, 0Cr19Ni13Mo2	อุณหภูมิป้องกันการเกิดออกซิเดชันไม่ต่ำกว่า 870 ℃ อุณหภูมิในการทำงานคือ 600 ~ 750 ℃ ​​ท่อแลกเปลี่ยนความร้อนและอุปกรณ์เตาหลอมสำหรับอุตสาหกรรมเคมีและการกลั่นน้ำมัน
0Cr17Ni7Al	ชิ้นส่วนรับน้ำหนักอุณหภูมิสูงที่มีอุณหภูมิในการทำงานต่ำกว่า 550 ℃