Сплавы для нагревателей

Листать книгу

Страницы: ... ... ... ...

Окалина сплава с комплексом добавок при охлаждениях местами скалывалась практически до металла. Однако, как показали расчеты, местное разрушение окалины не приводило к интенсификации процесса окисления и увеличению константы окисления. На обнажавшихся участках в результате скалывания окалины нарастание нового окисного слоя происходило чрезвычайно медленно. Из этого следует, что остающийся на границе металл - окалина тонкий окисный слой обладает хорошими защитными свойствами. Исследования окисленных образцов на дерива-тографе показали, что окалина при охлаждении растрескивается и отслаивается в области температур 150 — 200°С.
...
Окалина сплава с иттрием имела прочное сцепление с металлом и не отслаивалась при охлаждениях в течение проведенного испытания. В слое подокалины наблюдали сетку включений, расположенную по границам зерен и состоящую из окислов иттрия (рис. 58).
...
Кинетика циклического окисления образцов диаметром 0,8 мм сплавов с комплексом добавок и иттрием практически не отличалась от кинетики окисления образцов диаметром 3,5 мм (рис 59). Общий привес для образцов сплава с присадкой титана за 1000 ч, при циклическом нагреве оказался в 1,5 раза большим, чем расчетный для случая непрерывного
...
Таблица 32. Увеличение массы образцов при непрерывном и циклическом окислении (длительность 1000 ч)
...
нагрева (см. табл. 32). Окалина после первого цикла почти полностью отслоилась в виде рыхлых хлопьев. В дальнейшем отслаивание уменьшилось, так что образцы со временем покрывались более плотной окалиной, у которой отслаивалась только наружная ее часть. На кривой окисляемое™ (см. рис. 57) такое изменение характера отслаивания окалины проязилось з том, что увеличение массы за второй цикл нагрева был лишь немного меньше, чем за перзый. В дальнейшем происходило постепенное снижение скорости окисления. Микроанализ показал, что граница металл - окалина имеет неровный профиль.
...
Кинетика окисления проволоки диаметром 0,8 мм из сплава с присадкой титана отличалась от таковой для проволоки диаметром 3,5 мм. Из рис. 59 видно, что скорость окисления со временем не снижалась. После трех циклов, как показал микроанализ, началось интенсивное продвижение фронта окисления внутрь металла, сопровождающееся образованием большого количества нитридов алюминия. Различная кинетика окисления образцоз этого сплава обусловлена тем, что на проволоке диаметром 0,8 мм не успевает сформироваться окалина с хорошими защитными свойствами и после третьего цикла металл сильно обедняется алюминием. Расчет на основании данных об увеличении массы показал, что в тонкой проволоке после третьего цикла остается около 1,4 % А1, что согласуется с экспериментальными данными (1,74 %). За такое же время проволока диаметром 3,5 мм обедняется алюминием лишь до 4,25 %. При этом градиент концентрации алюминия по сечению практически отсутствует.
...
Сплав с цирконием уже за первые 100 ч окисления имел увеличение массы в 6 раз больше, чем остальные сплавы. Несмотря на то, что окалина на образцах этого сплава была прочно сцеплена с металлом и не отслаивалась при охлаждениях (как и у сплава с иттрием), скорость окисления почти не снижалась по мере увеличения толщины окалины. После семи циклов образцы диаметром 3,5 мм окислились почти насквозь. Микроанализ показал, что сплав окислялся в основном за счет диффузии кислорода.
...
Приведенные данные показызают, что защитные свойства окиси алюминия могут в очень сильной степени изменяться в зависимости от микро-легирозания. Отметим, что использование микродобавок было одним из зажных факторов, позволивших внедрить отечественные Fe—Сг—А1 сплавы 0Х23Ю5А и0Х27Ю5А, разработанные Н.В.Семеновой и О.П.Елютиным. Влияние микродобавок изучалось во многих работах, в том
...
нагрева (см. табл. 32). Окалина после первого цикла почти полностью отслоилась в виде рыхлых хлопьев. В дальнейшем отслаивание уменьшилось, так что образцы со временем покрывались более плотной окалиной, у которой отслаивалась только наружная ее часть. На кривой окисляемое™ (см. рис. 57) такое изменение характера отслаивания окалины проязилось з том, что увеличение массы за второй цикл нагрева был лишь немного меньше, чем за перзый. В дальнейшем происходило постепенное снижение скорости окисления. Микроанализ показал, что граница металл - окалина имеет неровный профиль.
...
Рис. 59. Кривые окисляемости проволоки диаметром 0,8 мм: ,1 - 4 - номера плавок в табл. 31 (1200°С длительность циклов 96 ч)
...
числе при исследовании Fe—Сг—А1 сплавов, которые удобны для исследования, благодаря образованию на них однофазной окалины. Следует рассмотреть результаты работы [51], в которой исследовано влияние добавок иттрия и скандия на сцепление окалины со сплавом 25Сг-4А1 при непрерывном и циклическом окислении при 1200°С в течение 32 ч. При изучении структуры окалины авторы пришли к выводу, что отслаивание окалины при циклическом окислении (длительность циклов — 2 ч) происходит в результате образования микропор на границе металла с окалиной.
...
Полученные данные не согласуются с известными представлениями о механизме положительного влияния микродобавок (зубчатый фронт окисления, образование промежуточного слоя между окалиной и металлом, повышение пластичности окалины за счет присутствия в ней добавок). В результате проведенных исследований предположено, что улучшение адгезии окалины достигается при обеспечении стока вакансий в подокалине и реализуется в сплавах с иттрием и скандием в первую очередь благодаря наличию внутренних окислов. С целью проверки этой гипотезы в сплав Fe—Сг— А1 введены микроскопические частицы A1203 в количестве около двух объемных процентов. Окалина этого сплава не отслаивалась даже после 300 ч циклического окисления при 1200°С. При этом не обнаруживалось пор на границе металл — окалина. Это дает основание считать, что диспергированные в матрице частицы окисла действовали как центры предпочтительного стока вакансий. Подобные рассуждения, по мнению авторов [51], применимы и к окисным "языкам".
...
числе при исследовании Fe—Сг—А1 сплавов, которые удобны для исследования, благодаря образованию на них однофазной окалины. Следует рассмотреть результаты работы [51], в которой исследовано влияние добавок иттрия и скандия на сцепление окалины со сплавом 25Сг-4А1 при непрерывном и циклическом окислении при 1200°С в течение 32 ч. При изучении структуры окалины авторы пришли к выводу, что отслаивание окалины при циклическом окислении (длительность циклов — 2 ч) происходит в результате образования микропор на границе металла с окалиной.
...
Полученные данные не согласуются с известными представлениями о механизме положительного влияния микродобавок (зубчатый фронт окисления, образование промежуточного слоя между окалиной и металлом, повышение пластичности окалины за счет присутствия в ней добавок). В результате проведенных исследований предположено, что улучшение адгезии окалины достигается при обеспечении стока вакансий в подокалине и реализуется в сплавах с иттрием и скандием в первую очередь благодаря наличию внутренних окислов. С целью проверки этой гипотезы в сплав Fe—Сг— А1 введены микроскопические частицы A1203 в количестве около двух объемных процентов. Окалина этого сплава не отслаивалась даже после 300 ч циклического окисления при 1200°С. При этом не обнаруживалось пор на границе металл — окалина. Это дает основание считать, что диспергированные в матрице частицы окисла действовали как центры предпочтительного стока вакансий. Подобные рассуждения, по мнению авторов [51], применимы и к окисным "языкам".
...
числе при исследовании Fe—Сг—А1 сплавов, которые удобны для исследования, благодаря образованию на них однофазной окалины. Следует рассмотреть результаты работы [51], в которой исследовано влияние добавок иттрия и скандия на сцепление окалины со сплавом 25Сг-4А1 при непрерывном и циклическом окислении при 1200°С в течение 32 ч. При изучении структуры окалины авторы пришли к выводу, что отслаивание окалины при циклическом окислении (длительность циклов — 2 ч) происходит в результате образования микропор на границе металла с окалиной.
...
Полученные данные не согласуются с известными представлениями о механизме положительного влияния микродобавок (зубчатый фронт окисления, образование промежуточного слоя между окалиной и металлом, повышение пластичности окалины за счет присутствия в ней добавок). В результате проведенных исследований предположено, что улучшение адгезии окалины достигается при обеспечении стока вакансий в подокалине и реализуется в сплавах с иттрием и скандием в первую очередь благодаря наличию внутренних окислов. С целью проверки этой гипотезы в сплав Fe—Сг— А1 введены микроскопические частицы A1203 в количестве около двух объемных процентов. Окалина этого сплава не отслаивалась даже после 300 ч циклического окисления при 1200°С. При этом не обнаруживалось пор на границе металл — окалина. Это дает основание считать, что диспергированные в матрице частицы окисла действовали как центры предпочтительного стока вакансий. Подобные рассуждения, по мнению авторов [51], применимы и к окисным "языкам".
...
Рис. 60. Участок нагревательного элемента с высокотемпературной язвенной коррозией
...
нои, так как установлено, что частицы, диспергированные з матрице, дают положительный эффект не во всех случаях [ 44]. Можно продолжить рассмотрение работ под углом зрения возможностей достижения максимальной жаростойкости, однако решение этой задачи реально лишь при отсутствии высокотемпературной "язвенной" коррозии (я.к.), к которой склонны Fe—Сг—А1 сплавы (рис. 60). Это название вошло в практику применительно к сплавам для нагревателей. При описании конструкционных сплавов часто применяется термин локальная коррозия (или интенсивное локальное окисление).
...
Высокая жаростойкость Fe— Сг—А1 сплавов достижима лишь в том случае, когда вся поверхность сплава покрыта слоем окиси алюминия. Однако под влиянием ряда факторов нагреватели могут быть подвержены высокотемпературной я.к., которая представляет собой локальное интенсивное окисление металла с образованием преимущественно окислов железа Fe203 и Fe304. Окислы язвы состоят из двух частей — наружной, выступающей над поверхностью металла, и внутренней, находящейся в металле (рис. 61). Внешне язвы выглядят в виде бугорков, имеющих обычно черный цвет, иногда с бурым или серым оттенком, образуются также язвы большой протяженности — до нескольких десятков миллиметров.
...
Язвенная коррозия (я.к.) обнаружена давно, однако природа ее изучена недостаточно; до сих пор не выявлены все факторы, стимулирующие я.к.
...
Опыт испытания нагревателей из проволоки разного диаметра показывает, что вследствие локального характера развития язз нередки случаи, когда расстояния между ними достигают десятка метров. В таких случаях вероятность обнаружения я.к. снижается с уменьшением диаметра испытуемой проволоки и развернутой длины нагревателя. При знешнем нагреве, когда испытанию подвергают обычно образцы неболь-
...
нои, так как установлено, что частицы, диспергированные з матрице, дают положительный эффект не во всех случаях [ 44]. Можно продолжить рассмотрение работ под углом зрения возможностей достижения максимальной жаростойкости, однако решение этой задачи реально лишь при отсутствии высокотемпературной "язвенной" коррозии (я.к.), к которой склонны Fe—Сг—А1 сплавы (рис. 60). Это название вошло в практику применительно к сплавам для нагревателей. При описании конструкционных сплавов часто применяется термин локальная коррозия (или интенсивное локальное окисление).
...
Высокая жаростойкость Fe— Сг—А1 сплавов достижима лишь в том случае, когда вся поверхность сплава покрыта слоем окиси алюминия. Однако под влиянием ряда факторов нагреватели могут быть подвержены высокотемпературной я.к., которая представляет собой локальное интенсивное окисление металла с образованием преимущественно окислов железа Fe203 и Fe304. Окислы язвы состоят из двух частей — наружной, выступающей над поверхностью металла, и внутренней, находящейся в металле (рис. 61). Внешне язвы выглядят в виде бугорков, имеющих обычно черный цвет, иногда с бурым или серым оттенком, образуются также язвы большой протяженности — до нескольких десятков миллиметров.
...
Язвенная коррозия (я.к.) обнаружена давно, однако природа ее изучена недостаточно; до сих пор не выявлены все факторы, стимулирующие я.к.
...
Опыт испытания нагревателей из проволоки разного диаметра показывает, что вследствие локального характера развития язз нередки случаи, когда расстояния между ними достигают десятка метров. В таких случаях вероятность обнаружения я.к. снижается с уменьшением диаметра испытуемой проволоки и развернутой длины нагревателя. При знешнем нагреве, когда испытанию подвергают обычно образцы неболь-
...
Рис. 61. Наружная и внутренняя часть окисной "язвы". X 25
...
шого размера, правильная оценка склонности металла к я.к. также затруднена. К этому следует добавить, что скорость образования язв зависит от температуры. Как правило, с повышением температуры развитие я.к. ускоряется. Все сказанное затрудняет как исследование, так и описание я.к.
...
Для нагревателей я.к. особенно опасна, так как образование даже единичной "язвы" преждевременно выводит из строя нагреватель. Причина этого заключается в том, что образование "язвы" включает в себя не только интенсификацию диффузии катионов наружу, но так же и усиленный диффузионный поток кислорода и азота в металл. В результате ускоренного продвижения фронта окисления в металл и образования под язвой в подокалине большого количества нитридов алюминия (рис. 62) происходит локальное увеличение электрического сопротивления и температуры. Появление "горячего пятна" приводит к самоускорению процесса, который завершается местным расплавлением нагревателя. Таким образом, в случае токового нагрева я.к. развивается более интенсивно, чем при внешнем нагреве образцов.
...
Исследовано влияние химического состава (А1, Сг, С, Ti, Zr) на склонность сплавов к я.к., которую оценивали временем до появления язв и их количеством. Испытания нагревателей из проволоки диаметром 5,6 мм сплавов с 23 - 27 % Сг, 5,3 - 5,7 % А1, 0,03 - 0,04 % С, комплексом микродобавок и добавкой циркония или титана показали, что склонность к я.к. значительно снижается (табл. 33) в случае легирования титаном ( г — длительность контрольного срока испытаний). Изучение влияния нитридо- и карбидообразующих элементов важно, поскольку при промышленном производстве сплавов Fe—Сг—А1 необходимо использовать добавки, связывающие азот и углерод с целью предотвращения образования нитридов алюминия и карбидов хрома. На сплавах с 0,25 — 0,45 % Ti и 0,03 — 0,04 % С при оптимальном микролегировании оценено влияние концентрации хрома (14 - 2А %) и алюминия (4 - 6 %).
...
Испытания нагревателей из проволоки диаметром 5,6 мм показали, что при 5,5 — 5,8 % А1 я.к. развивается на сплавах, содержащих менее 21 % Сг. При 4,22 - 4,53 % А1 я.к. наблюдали и на сплавах с содержанием 20,8 - 24,2 % Сг ( г - время испытаний при 1200°С) (табл. 34).
...
Заметим, что на сплавах с 21 - 23 % Сг и 5,5 - 5,8 % А1 наблюдали образование единичных наростов коричневого цвета, состоящих, по данным рентгеновского анализа, из (Fe, Сг, А1)2Оэ и А1203. Микроанализ показал, что А1203 располагается в этих случаях в виде прослойки на границе со сплавом и блокирует продвижение фронта окисления в глубь металла.
...
При испытании нагревателей из проволоки диаметром 3,0 мм тех же сплавов я.к. не обнаружена даже при 1350°С. При внешнем нагреве образцов проволоки диаметром 5,6 и 3,0 мм развития я.к. также не наблюдали. Испытания проволоки диаметром 5,6 мм из металла промыш-
...
шого размера, правильная оценка склонности металла к я.к. также затруднена. К этому следует добавить, что скорость образования язв зависит от температуры. Как правило, с повышением температуры развитие я.к. ускоряется. Все сказанное затрудняет как исследование, так и описание я.к.
...
Для нагревателей я.к. особенно опасна, так как образование даже единичной "язвы" преждевременно выводит из строя нагреватель. Причина этого заключается в том, что образование "язвы" включает в себя не только интенсификацию диффузии катионов наружу, но так же и усиленный диффузионный поток кислорода и азота в металл. В результате ускоренного продвижения фронта окисления в металл и образования под язвой в подокалине большого количества нитридов алюминия (рис. 62) происходит локальное увеличение электрического сопротивления и температуры. Появление "горячего пятна" приводит к самоускорению процесса, который завершается местным расплавлением нагревателя. Таким образом, в случае токового нагрева я.к. развивается более интенсивно, чем при внешнем нагреве образцов.
...
Исследовано влияние химического состава (А1, Сг, С, Ti, Zr) на склонность сплавов к я.к., которую оценивали временем до появления язв и их количеством. Испытания нагревателей из проволоки диаметром 5,6 мм сплавов с 23 - 27 % Сг, 5,3 - 5,7 % А1, 0,03 - 0,04 % С, комплексом микродобавок и добавкой циркония или титана показали, что склонность к я.к. значительно снижается (табл. 33) в случае легирования титаном ( г — длительность контрольного срока испытаний). Изучение влияния нитридо- и карбидообразующих элементов важно, поскольку при промышленном производстве сплавов Fe—Сг—А1 необходимо использовать добавки, связывающие азот и углерод с целью предотвращения образования нитридов алюминия и карбидов хрома. На сплавах с 0,25 — 0,45 % Ti и 0,03 — 0,04 % С при оптимальном микролегировании оценено влияние концентрации хрома (14 - 2А %) и алюминия (4 - 6 %).
...
Испытания нагревателей из проволоки диаметром 5,6 мм показали, что при 5,5 — 5,8 % А1 я.к. развивается на сплавах, содержащих менее 21 % Сг. При 4,22 - 4,53 % А1 я.к. наблюдали и на сплавах с содержанием 20,8 - 24,2 % Сг ( г - время испытаний при 1200°С) (табл. 34).
...
Заметим, что на сплавах с 21 - 23 % Сг и 5,5 - 5,8 % А1 наблюдали образование единичных наростов коричневого цвета, состоящих, по данным рентгеновского анализа, из (Fe, Сг, А1)2Оэ и А1203. Микроанализ показал, что А1203 располагается в этих случаях в виде прослойки на границе со сплавом и блокирует продвижение фронта окисления в глубь металла.
...
Таблица 33. Влияние Ti и Zr иа склонность сплавов к я.к.
...
мое количество карбидообразующего элемента, при котором предотвращается образование более легкорастворимых карбидов хрома и железа. При меньшем количестве карбидообразующего элемента в сплаве сосуществуют легкорастворимые и труднорастворимые карбиды, количество которых также можно рассчитать.
...
В сплавах с 0,18 — 0,32 % Zr образуется преимущественно карбид Сг23 С6, температура растворения которого, по данным микроанализа, не превышает 1250°С при исследованных концентрациях углерода. Так как испытания нагревателей проводили при более высокой температуре и я.к. обнаруживалась при повышении концентрации углерода с 0,04 до 0,17 — 0,20 %, то есть основания считать, что отрицательное влияние углерода на развитие я.к. проявляется не только при наличии железо-хромистых карбидов, но и в случае присутствия углерода в твердом растворе. Сплавы с 13 — 18 % Сг в наибольшей степени подвержены я.к., поэтому на сплавах типа Х15Ю5 (14,10 - 14,70 % Сг; 5,2 - 5,7 % А1) было изучено влияние на склонность к я.к. примесей серы (0,036 — 0,086 %), фосфора (0,15 %), кислорода (0,066 %), углерода (0,091 -0,27 %), азота (0,03 - 0,04 %) меди (0,05 - 0,19 %), кремния (0,26 -0,6%) [57].
...
Спиральные нагреватели из проволоки диаметром 3,0 мм были подвергнуты контрольным испытаниям при 1150°С в течение 1000 ч с охлаждениями через каждые 96 ч. При испытании сплава с минимальным содержанием примесей (0,007 % С, 0,002 %> S, 0,002 % Р, 0,05 % Si, 0,01 % Си? 0,007 % О, 0,003 % N2) язв в течение контрольного срока не обнаружено. Не наблюдалось образования язв также на нагревателях из сплавов с примесями фосфора, кремния, серы, меди (до 0,05 %). На нагревателях из остальных сплавов язвы образовывались. Время до появления язв и интенсивности их роста были различными в зависимости от примеси и ее количества. Так, при содержании 0,19 %> Си язвы обнаружены спустя 96 ч, а при содержании 0,10 % Си — спустя 768 ч, причем в последнем случае образовалась всего одна язва.
...
При повышенном содержании кислорода язвы обнаружены в большом количестве также лишь после 768 ч работы. Примесь азота (0,03 %) привела к появлению нескольких язв уже через 96 ч, но язвы развивались медленно и перегорание произошло через 960 ч испытания. Повышенное содержание углерода (0,091; 0,137; 0,27 %), как и следовало ожидать, привело к массовому образованию язв после 96 — 288 ч испытания и быстрому перегоранию.
...
Особенно усиливается склонность к я.к. при наличии в металле нескольких вредных примесей, например азота (0,042 %) и углерода (0,014 %), углерода (0,028 %) и меди (0,12 %). В этих случаях наблюдали массовое образование крупных язв уже через 96 ч испытания. На участках, свободных от язв, нагреватели исследованных составов были покрыты окисью алюминия, верхний слой которой в ряде случаев имел вкрапления окиси железа и хрома.
...
В зависимости от введенного в сплав элемента в фазовом составе и морфологии язв имелись некоторые особенности. Так, зарождение мед-
...
мое количество карбидообразующего элемента, при котором предотвращается образование более легкорастворимых карбидов хрома и железа. При меньшем количестве карбидообразующего элемента в сплаве сосуществуют легкорастворимые и труднорастворимые карбиды, количество которых также можно рассчитать.
...
В сплавах с 0,18 — 0,32 % Zr образуется преимущественно карбид Сг23 С6, температура растворения которого, по данным микроанализа, не превышает 1250°С при исследованных концентрациях углерода. Так как испытания нагревателей проводили при более высокой температуре и я.к. обнаруживалась при повышении концентрации углерода с 0,04 до 0,17 — 0,20 %, то есть основания считать, что отрицательное влияние углерода на развитие я.к. проявляется не только при наличии железо-хромистых карбидов, но и в случае присутствия углерода в твердом растворе. Сплавы с 13 — 18 % Сг в наибольшей степени подвержены я.к., поэтому на сплавах типа Х15Ю5 (14,10 - 14,70 % Сг; 5,2 - 5,7 % А1) было изучено влияние на склонность к я.к. примесей серы (0,036 — 0,086 %), фосфора (0,15 %), кислорода (0,066 %), углерода (0,091 -0,27 %), азота (0,03 - 0,04 %) меди (0,05 - 0,19 %), кремния (0,26 -0,6%) [57].
...
Спиральные нагреватели из проволоки диаметром 3,0 мм были подвергнуты контрольным испытаниям при 1150°С в течение 1000 ч с охлаждениями через каждые 96 ч. При испытании сплава с минимальным содержанием примесей (0,007 % С, 0,002 %> S, 0,002 % Р, 0,05 % Si, 0,01 % Си? 0,007 % О, 0,003 % N2) язв в течение контрольного срока не обнаружено. Не наблюдалось образования язв также на нагревателях из сплавов с примесями фосфора, кремния, серы, меди (до 0,05 %). На нагревателях из остальных сплавов язвы образовывались. Время до появления язв и интенсивности их роста были различными в зависимости от примеси и ее количества. Так, при содержании 0,19 %> Си язвы обнаружены спустя 96 ч, а при содержании 0,10 % Си — спустя 768 ч, причем в последнем случае образовалась всего одна язва.
...
При повышенном содержании кислорода язвы обнаружены в большом количестве также лишь после 768 ч работы. Примесь азота (0,03 %) привела к появлению нескольких язв уже через 96 ч, но язвы развивались медленно и перегорание произошло через 960 ч испытания. Повышенное содержание углерода (0,091; 0,137; 0,27 %), как и следовало ожидать, привело к массовому образованию язв после 96 — 288 ч испытания и быстрому перегоранию.
...
Особенно усиливается склонность к я.к. при наличии в металле нескольких вредных примесей, например азота (0,042 %) и углерода (0,014 %), углерода (0,028 %) и меди (0,12 %). В этих случаях наблюдали массовое образование крупных язв уже через 96 ч испытания. На участках, свободных от язв, нагреватели исследованных составов были покрыты окисью алюминия, верхний слой которой в ряде случаев имел вкрапления окиси железа и хрома.
...
В зависимости от введенного в сплав элемента в фазовом составе и морфологии язв имелись некоторые особенности. Так, зарождение мед-
...
Рис. 63. Начальная стадия развития "язвы ' с замедленным ростом (1150°С, 96 Ч): а - изображение в поглощенных электро:ах, X 100; б — картина распределения
...
ленно развивающихся язв происходило в местах локального нарушения нормального механизма окисления, где окись алюминия образовывалась не только на поверхности проволоки, но и по границам зерен металла (рис. 63). По'мере диффузии кислорода шло постепенное превращение этих зерен в сплошные окисные массивы и углубление зоны избирательного окисления алюминия. Для этих язв характерно образование со временем тонкого слоя окиси алюминия, окантовывающего язву на границе с металлом. Этот слой в какой-то мере сдерживает не только их развитие, но и проникновение в металл азота.
...
В случае быстрого роста язв сплошной блокирующий слой из окиси алюминия не образовывался; в процессе зарождения язв на нагревателях из сплавов с повышенным содержанием углерода или кислорода не наблюдали также и образования окиси алюминия по границам зерен. Если такие язвы начинали развиваться после некоторого периода нормального окис-
...
*Рис. 64. Налилие остаточного слоя окиси алюминия на границе'наружной н внутренней частей "язвы", образовавшейся после 672 ч окисления при 1150°С, X 100: Ш
...
Рис. 63. Начальная стадия развития "язвы ' с замедленным ростом (1150°С, 96 Ч): а - изображение в поглощенных электро:ах, X 100; б — картина распределения
...
ленно развивающихся язв происходило в местах локального нарушения нормального механизма окисления, где окись алюминия образовывалась не только на поверхности проволоки, но и по границам зерен металла (рис. 63). По'мере диффузии кислорода шло постепенное превращение этих зерен в сплошные окисные массивы и углубление зоны избирательного окисления алюминия. Для этих язв характерно образование со временем тонкого слоя окиси алюминия, окантовывающего язву на границе с металлом. Этот слой в какой-то мере сдерживает не только их развитие, но и проникновение в металл азота.
...
В случае быстрого роста язв сплошной блокирующий слой из окиси алюминия не образовывался; в процессе зарождения язв на нагревателях из сплавов с повышенным содержанием углерода или кислорода не наблюдали также и образования окиси алюминия по границам зерен. Если такие язвы начинали развиваться после некоторого периода нормального окис-
...
*Рис. 64. Налилие остаточного слоя окиси алюминия на границе'наружной н внутренней частей "язвы", образовавшейся после 672 ч окисления при 1150°С, X 100: Ш
...
Рис. 63. Начальная стадия развития "язвы ' с замедленным ростом (1150°С, 96 Ч): а - изображение в поглощенных электро:ах, X 100; б — картина распределения
...
ления, на границе раздела верхней и нижней частей язв, состоящих из Fe203 и Fe304 частично оставалась прослойка из А1203 (рис 64).
...
Характерным является интенсивное проникновение азота через быстро растущие язвы. В случае образования этих язв область нитридов алюминия достигала центра проволоки за 96 ч, тогда как в случае образования язв, развивающихся медленно, распространение нитридов на ту же глубину происходило за 900 — 1000 ч. При этом, содержание алюминия в металле у края язв падало до следов и постепенно увеличивалось по мере удаления от них. В то же время в местах отсутствия язв, по данным микрорентгеноспектрального анализа, имело место равномерное обеднение алюминием всего сечения проволоки, что характерно для сплавов Fe-Cr-Al. Следует отметить, что к моменту образования язв концентрация алюминия в металле, как правило, оставалась еще довольно высокой (4,0 — 4,7 %). По-видимому, обеднение алюминием является не единственным фактором в механизме зарождения язв.
...
Изучено также влияние концентрации карбонитридообразующих элементов титана и ниобия при низком содержании углерода (до 0,006 %) и азота (до 0,004 %), а также при содержании углерода (0,07 - 0,106 %) и азота (0,01 - 0,018 %). В случае низкого содержания углерода и азота и концентрации 0,075 - 0,13 % Ti язв не обнаружено. При концентрациях 0,16 и 0,3 % Ti после 96 ч испытания имелись единичные наросты темно-коричневого цвета, плотно сцепленные с металлом. В течение 984 ч они очень мало увеличивались в размерах. Микроанализ показал, что развитие* таких наростов блокирует толстый слой окиси алюминия. Ниобий при содержании 0,38 и 0,80 % ускоряет процесс язвообразования. После 96 ч испытания на нагревателях из сплава с ниобием были обнаружены крупные язвы, которые значительно утонили сечение проволоки. Образование язв на проволоке из сплава с 0,38 % ниобия наблюдали даже в случае внешнего нагрева.
...
Изучение совместного влияния углерода, азота и титана подтвердило, что отрицательное влияние углерода и азота можно существенно уменьшить путем легирования титаном (табл. 35). Образование язв за контрольный период времени имело место только на нагревателе из сплава с Ti/(C + N) = 2,44. Проведены также испытания проволоки диаметром 0,8 мм из сплава типа Х15Ю5 на долговечность ( тд) и живучесть ( тж) при 1150°С. Ниже приведены данные, полученные при испытании проволоки из плавок с содержанием углерода 0,005 — 0,13 %:
...
Таблица 35- Результаты испытания проволоки из сплавов с различными значениями
...
с титаном, а не с алюминием, как это имеет место в сплавах без нигридо-образующих элементов. В сплавах, содержащих ниобий и цирконий (до 0,4 %), образуются как нитриды (карбонитриды) указанных элементов, так и нитриды алюминия. Содержание титана в твердом растворе можно определить по формуле: Tip = Ti0 - TiN - 4(С0 - ССг).
...
С целью упрощения анализа результатов проведенных испытаний можно построить номограмму зависимостей Tip и ССг от значений (Ti^ _ - TiN)/C0 для различных концентраций углерода (рис. 65). Учитывая
...
Рис. 65. Номограмма для определения количества углерода, связанного в хромистые карбиды ( а ) и концентрации титана в твердом растворе ( б) в зависимости от
...
значительное различие в растворимости карбидов (карбонитридов) титана и железо-хромистых карбидов можно предположить, что концентрация титана в твердом растворе и количество его карбонитридов будет мало меняться с температурой, а содержание растворенного при 1150°С углерода будет соответствовать его количеству, связанному в железо-хромистые карбиды.
...
Начнем рассмотрение данных серии плавок с содержанием не более 0,006 % С, 0,004 % N2 и 0,075 - 0,38 % Ti. Для этих плавок (Ti0 - TiN) /С0 более 5,5, следовательно, углерод связан только с титаном. Количество титана, расходуемое на образование карбонитридов, во всех плавках одинаково и составляет около 0,04 %. Таким образом, основное количе-
...
с титаном, а не с алюминием, как это имеет место в сплавах без нигридо-образующих элементов. В сплавах, содержащих ниобий и цирконий (до 0,4 %), образуются как нитриды (карбонитриды) указанных элементов, так и нитриды алюминия. Содержание титана в твердом растворе можно определить по формуле: Tip = Ti0 - TiN - 4(С0 - ССг).
...
С целью упрощения анализа результатов проведенных испытаний можно построить номограмму зависимостей Tip и ССг от значений (Ti^ _ - TiN)/C0 для различных концентраций углерода (рис. 65). Учитывая
...
Рис. 65. Номограмма для определения количества углерода, связанного в хромистые карбиды ( а ) и концентрации титана в твердом растворе ( б) в зависимости от
...
значительное различие в растворимости карбидов (карбонитридов) титана и железо-хромистых карбидов можно предположить, что концентрация титана в твердом растворе и количество его карбонитридов будет мало меняться с температурой, а содержание растворенного при 1150°С углерода будет соответствовать его количеству, связанному в железо-хромистые карбиды.
...
Рис. 65. Номограмма для определения количества углерода, связанного в хромистые карбиды ( а ) и концентрации титана в твердом растворе ( б) в зависимости от
...
ство титана в процессе испытания находится в твердом растворе. При этом между его содержанием в твердом растворе и живучестью, а также долговечностью имеется прямая связь (рис. 66). В наибольшей степени наблюдается положительное влияние титана на живучесть. С увеличением содержания растворенного с 0,035 до 0,26 % Ti живучесть возрастает в 12 раз. Следует отметить, что при содержании 0,1 % Ti и менее имеет место я.к., приводящая к большому разбросу результатов по живучести образцов (ПО — 258 ч). При более высоком содержании титана я.к. развивается только в результате истощения сплава алюминием.
...
Долговечность проволоки возрастает в 1,5 раза при повышении концентрации растворенного титана до 0,12 % и мало меняется сего дальнейшим увеличением. Отметим, что сильное влияние на живучесть (340 ч)
...
Рис. 66. Живучесть (1 ) и долговечность ( 2 ) сплавов в зависимости от концентрации титана в твердом растворе (суммарное содержание углерода и азота 0.01 %\
...
Рис. 67. Кривые изменения долговечности ( 1 ), живучести ( 2 ), а также растворенных в металле при 1150°С углерода С ( 3 ) и титана Ti- ( 4 ) в зависимости от величины TV
...
оказывает также 0,1 % Nb. Однако при дальнейшем повышении концентрации ниобия живучесть снижается в результате развития я.к. Таким образом, титан и ниобий заметно улучшают сопротивление окалины действию скалывающих напряжений.
...
В табл. 35 приведены результаты испытания проволоки диаметром 03 из плавок имеющих различное значение Ti0/^C + N), при содержании 0,07 - 0,106 % С и 0,01 - 0,018 % N1 .Кроме того, приведены определенные с помощью номограммы (рис. 65) расчетные количества углерода, связанного в железохромистые карбиды титана, находящегося в твердом растворе, а также связанного с азотом и углеродом. С увеличением Ti0/(C + N) растет долговечность и живучесть, уменьшается концентра-
...
ство титана в процессе испытания находится в твердом растворе. При этом между его содержанием в твердом растворе и живучестью, а также долговечностью имеется прямая связь (рис. 66). В наибольшей степени наблюдается положительное влияние титана на живучесть. С увеличением содержания растворенного с 0,035 до 0,26 % Ti живучесть возрастает в 12 раз. Следует отметить, что при содержании 0,1 % Ti и менее имеет место я.к., приводящая к большому разбросу результатов по живучести образцов (ПО — 258 ч). При более высоком содержании титана я.к. развивается только в результате истощения сплава алюминием.
...
Долговечность проволоки возрастает в 1,5 раза при повышении концентрации растворенного титана до 0,12 % и мало меняется сего дальнейшим увеличением. Отметим, что сильное влияние на живучесть (340 ч)
...
Рис. 66. Живучесть (1 ) и долговечность ( 2 ) сплавов в зависимости от концентрации титана в твердом растворе (суммарное содержание углерода и азота 0.01 %\
...
Рис. 67. Кривые изменения долговечности ( 1 ), живучести ( 2 ), а также растворенных в металле при 1150°С углерода С ( 3 ) и титана Ti- ( 4 ) в зависимости от величины TV
...
Рис. 66. Живучесть (1 ) и долговечность ( 2 ) сплавов в зависимости от концентрации титана в твердом растворе (суммарное содержание углерода и азота 0.01 %\
...
Анализ этих зависимостей не дает основания объяснить рост тд и тж лишь уменьшением Ср, так как действие этого фактора распространяется только до значений Ti0/(C + N) = 5,5. Подобие кривых рис. 67 (кривая /) рис.68 (кривая 2)
...
Следует отметить, что я.к. может развиваться в местах скоплений неметаллических включений, а также в результате загрязнения поверхности металла технологическими смазками (см. гл. VI). Таким образом я.к. зависит от ряда факторов, влияние которых в конечном счете сводится к локальному повышению активности железа или понижению активности алюминия. Именно с такой точки зрения можно рассматривать действие любого фактора.
...
Рис. 68. Долговечность ( 1 ) и живучесть ( 2 ) сплавов в зависимости от концентрации титана в твердом растворе (суммарное содержание углерода и азота 0,08 - 0,12 %)
...
Следует учитывать, что на начальной стадии эксплуатации нагревателей, в связи с относительно медленным резогревом электропечи, создаются, предпосылки для образования окислов железа в области средних температур. При дальнейшем повышении температуры эти окислы должны восстанавливаться. Однако под влиянием неблагоприятных факторов на отдельных участках поверхности окислы железа могут сохраниться, причем в этом случае они далеко не всегда подвергаются алюмотермичес-кому восстановлению даже при длительных выдержках в области высоких температур (выше 1100°С).
...
При сопоставлении результатов испытания на я.к. образцов из тонкой (0,8 мм) проволоки и нагревателей из толстой (3 мм) проволоки необходимо учитывать, что образцы тонкой проволоки в проводившихся экспериментах подвергались быстрому нагреву до заданной температуры (2 — 3 с). За счет этого создаются благоприятные условия для формирования окиси алюминия. Следует очень осторожно подходить к оценке склонности сплава к я.к. на основании результатов испытания проволоки диаметром 0,8 мм. Если при этом испытании я.к. обнаруживается, то ее с большей вероятностью следует ожидать при испытании нагревателей в печах, если она не обнаруживается, то это еще не может служить гарантией ее отсутствия на нагревателях.
...
При наличии на поверхности окислов железа встречаются два случая дальнейшего развития процесса окисления. В первом случае под ними образуется блокирующий слой окиси алюминия, для формирования
...
Рис. 68. Долговечность ( 1 ) и живучесть ( 2 ) сплавов в зависимости от концентрации титана в твердом растворе (суммарное содержание углерода и азота 0,08 - 0,12 %)
...
которого имеются все предпосылки. Во втором случае этот слой не успевает сформироваться и тогда развивается я.к. Так как наличие окислов железа является предпосылкой развития я.к., важно принимать меры для предотвращения их образования на начальной стадии окисления и обеспечения условий формирования сплошной пленки из окиси алюминия. Этого можно достичь, например, высокотемпературной обработкой в атмосфере водорода, окислительно-восстановительный потенциал которой гарантирует условия образования только окиси алюминия.
...
Проследим общие закономерности для случая безъязвенной коррозии при температуре испытания 1200°С с длительностью циклов 120 ч, на примере двух различающихся по скорости окисления сплавов: с комплексом добавок и доба»йой титана (табл. 31, 32). Образующаяся при нагреве окалина частично отслаивается при охлаждениях, начиная с первого цикла. Количество отслаивающейся окалины изменяется от цикла к циклу (рис. 69). Толщина остающейся на нагревателях окалины после первых трех циклов составляет 7-10
...
Рис. 69. Влияние различных добавок на количество окалины, отслаивающейся при охлаждении нагревателей из проволоки диаметром 3,5 мм; 1 - 4 - номера плавок табл. 31
...
На образцах сплава с комплексом добавок толщина окалины не превышала 20 мкм, вследствие систематического отслаивания ее (30 — 50 % поверхности) практически до металла. Фронт окисления был менее рельефным, но все же после 1500 ч окисления наблюдали отдельные участки окалины, углубленные в металл. Несмотря на меньшую толщину окалины и на то, что в течение длительного времени скалывается почти
...
которого имеются все предпосылки. Во втором случае этот слой не успевает сформироваться и тогда развивается я.к. Так как наличие окислов железа является предпосылкой развития я.к., важно принимать меры для предотвращения их образования на начальной стадии окисления и обеспечения условий формирования сплошной пленки из окиси алюминия. Этого можно достичь, например, высокотемпературной обработкой в атмосфере водорода, окислительно-восстановительный потенциал которой гарантирует условия образования только окиси алюминия.
...
Рис. 69. Влияние различных добавок на количество окалины, отслаивающейся при охлаждении нагревателей из проволоки диаметром 3,5 мм; 1 - 4 - номера плавок табл. 31
...
вся толща окалины, скорость окисления остается меньшей, чем у сплава с добавкой титана. Это приводит к заключению, что высокая стойкость сплава с комплексом добавок при циклическом окислении обусловлена не термостойкостью окалины, а свойствами тонкой окисной пленки на границе с металлом: либо эта пленка обладает хорошими защитными свойствами, либо эти свойства приобретает окалина, формирующаяся на ней при последующем нагреве.
...
Первый вариант более вероятен, если принять во внимание наблюдавшуюся особенность окисления сплава при циклическом и непрерывном нагреве. Особенность заключается в том, что при непрерывном нагреве в первые 100 ч скорость окисления тормозится весьма медленно, а после первого же охлаждения резко замедляется и остается почти постоянной от цикла к циклу. Имеются основания полагать, что в условиях проведенных экспериментов охлаждение окисленных образцов оказывало положительное влияние на структуру окалины. Этот эффект заслуживает внимания, тем более, что он был замечен ранее при исследовании Ni—Сг и Fe-Ni-Cr сплавов типа Х20Н80, Х23Н18 и Х25Н20С2, для которых в определенных температурных интервалах скорость окисления при циклическом нагреве меньше, чем при непрерывном [ 30].
...
Рис. 70. Наличие хрома в окалине на последней стадии окисления, X 470:2: а - электронное изображение; б, в - распределение элементов: б - КаМ, в -
...
вся толща окалины, скорость окисления остается меньшей, чем у сплава с добавкой титана. Это приводит к заключению, что высокая стойкость сплава с комплексом добавок при циклическом окислении обусловлена не термостойкостью окалины, а свойствами тонкой окисной пленки на границе с металлом: либо эта пленка обладает хорошими защитными свойствами, либо эти свойства приобретает окалина, формирующаяся на ней при последующем нагреве.
...
Первый вариант более вероятен, если принять во внимание наблюдавшуюся особенность окисления сплава при циклическом и непрерывном нагреве. Особенность заключается в том, что при непрерывном нагреве в первые 100 ч скорость окисления тормозится весьма медленно, а после первого же охлаждения резко замедляется и остается почти постоянной от цикла к циклу. Имеются основания полагать, что в условиях проведенных экспериментов охлаждение окисленных образцов оказывало положительное влияние на структуру окалины. Этот эффект заслуживает внимания, тем более, что он был замечен ранее при исследовании Ni—Сг и Fe-Ni-Cr сплавов типа Х20Н80, Х23Н18 и Х25Н20С2, для которых в определенных температурных интервалах скорость окисления при циклическом нагреве меньше, чем при непрерывном [ 30].
...
Рис. 70. Наличие хрома в окалине на последней стадии окисления, X 470:2: а - электронное изображение; б, в - распределение элементов: б - КаМ, в -
...
вся толща окалины, скорость окисления остается меньшей, чем у сплава с добавкой титана. Это приводит к заключению, что высокая стойкость сплава с комплексом добавок при циклическом окислении обусловлена не термостойкостью окалины, а свойствами тонкой окисной пленки на границе с металлом: либо эта пленка обладает хорошими защитными свойствами, либо эти свойства приобретает окалина, формирующаяся на ней при последующем нагреве.
...
Первый вариант более вероятен, если принять во внимание наблюдавшуюся особенность окисления сплава при циклическом и непрерывном нагреве. Особенность заключается в том, что при непрерывном нагреве в первые 100 ч скорость окисления тормозится весьма медленно, а после первого же охлаждения резко замедляется и остается почти постоянной от цикла к циклу. Имеются основания полагать, что в условиях проведенных экспериментов охлаждение окисленных образцов оказывало положительное влияние на структуру окалины. Этот эффект заслуживает внимания, тем более, что он был замечен ранее при исследовании Ni—Сг и Fe-Ni-Cr сплавов типа Х20Н80, Х23Н18 и Х25Н20С2, для которых в определенных температурных интервалах скорость окисления при циклическом нагреве меньше, чем при непрерывном [ 30].
...
Рис. 70. Наличие хрома в окалине на последней стадии окисления, X 470:2: а - электронное изображение; б, в - распределение элементов: б - КаМ, в -
...
Рис. 70. Наличие хрома в окалине на последней стадии окисления, X 470:2: а - электронное изображение; б, в - распределение элементов: б - К_аМ, в -
...
Следует подчеркнуть, что окалина высококачественных сплавов Fe— Сг-А1 длительное время надежно предотвращает проникновение кислорода и азота в металл. Однако сплав в процессе эксплуатации непрерывно истощается алюминием. Вследствие этого со временем в окалине увеличивается количество хрома и железа (рис. 70). На последней стадии окисления в отдельных местах обна--руживается интенсивное проникновение в металл азота, вызывающее образование в слое подокалины нитридов алюминия (рис. 71). Это приводит к резкому локальному обеднению металла алюминием, к образованию в окалине окислов железа.
...
Таким образом, выход из строя нагревателей в воздушной атмосфере происходит в конечном счете в результате проникновения в металл азота. Трудно точно установить механизм интенсивного проникновения в металл азота. Либо это происходит после образования участков железохромистых окислов, представляющих слабый барьер для азота. Либо проникновение азота начинается сквозь окись алюминия, содержащую значительное (более 20 %) количество ионов хрома и железа. Этот момент можно характеризовать критической концентрацией ионов алюминия в окиси алюминия или критической концентрацией алюминия на границе с окалиной. Авторы работы [61] в результате исследования электронагревателей из проволоки диаметром 5,5 мм пришли в выводу, что критическая концентрация алюминия составляет 1,2 %. По данным Л.Л.Жукова и др., для нагревателей из проволоки диаметром 3,5 мм критическая концент-
...
Рис. 72. Изменение электрического сопротивления проволоки диаметром 3,5 мм при 1200°С в процессе испытания на срок службы; 1 — 4 — номера плавок (табл. 31)
...
Следует подчеркнуть, что окалина высококачественных сплавов Fe— Сг-А1 длительное время надежно предотвращает проникновение кислорода и азота в металл. Однако сплав в процессе эксплуатации непрерывно истощается алюминием. Вследствие этого со временем в окалине увеличивается количество хрома и железа (рис. 70). На последней стадии окисления в отдельных местах обна--руживается интенсивное проникновение в металл азота, вызывающее образование в слое подокалины нитридов алюминия (рис. 71). Это приводит к резкому локальному обеднению металла алюминием, к образованию в окалине окислов железа.
...
Рис. 71. Нитриды алюминия в слое подокалины на последней стадии окисления Fe-Cr-Al сплавов. X 300
...
рация алюминия колеблется в пределах 1,8 — 2,4 %. С повышением температуры обеднение сплава алюминием может происходить очень быстро. По данным работы [ 62] после 100 ч окисления при 1350°С концентрация алюминия в сплаве с 30 % Сг падает с 5,0 до 3,9 %. Электрическое сопротивление нагревателей в процессе эксплуатации растет почти равномерно (рис. 72) и к моменту перегорания изменение "горячего" сопротивления составляет, как правило, не более 18 %.
...
Проведены испытания образцов из проволоки диаметром 0,8 мм на срок службы (с длительностью циклов 120 и 24 ч) и живучесть. Результаты испытаний представлены в табл. 34, где для сравнения приведены также данные по сроку службы нагревателей из проволоки диаметром 3,5 мм. Сравнение результатов испытаний при 1200°С для проволоки разного диаметра показывает, что наблюдается лишь качественная корреляция в уровне стойкости нагревателей. Следует отметить, что с уменьшением диаметра проволоки срок службы нагревателей из сплавов Fe—Сг— А1 сокращается более резко, чем из нихромов.
...
Сплавы для нагревателей традиционно разделяют на две группы: 1) нихромы и ферронихромы^имеющие аустенитную структуру; 2) Fe-Cr-Al сплавы (хромали, фехрали), имеющие ферритную структуру. Безникелевые сплавы заметно отличаются от никелевых по уровню свойств и особенностям поведения нагревателей в* эксплуатации, хотя области применения сплавов в определенной степени совпадают. Хромали превосходят нихромы по жаростойкости во многих атмосферах: воздушной, углеродсодержащих, серосодержащих, в водороде, вакууме. Особо следует отметить их нечувствительность к примесям в атмосфере серы и сернистых соединений, которые губительны для нихромов вследствие образования низкогшавкой эвтектики.
...
Fe-Cr-Al сплавы имеют, в сравнении с нихромами, ряд недостатков, которые ограничивают область их применения и усложняют их эксплуатацию. Среди этих недостатков, которые будут подробно рассмотрены ниже, необходимо отметить низкое сопротивление ползучести, обусловленное ферритной структурой и приводящее при температурах выше 1100°С к провисанию нагревателей под действием собственной массы.
...
К нихромам относятся следующие производимые в СССР сплавы марок Х20Н80-Н и ХН70Ю, к фехралямферронихромам: Х15Н60-Н, Х15Н60ЮЗА, ХН60ЮЗ, ХН20ЮС. К хромалям относятся сплавы марок: Х23Ю5 (0Х23Ю5А), Х23Ю5Т (0Х23Ю5ТА), Х27Ю5Т (0Х27Ю5А), 0Х24Ю5Т-ВИ с иттрием; к фехралям - сплав Х15Ю5, являющийся модификацией сплава Х13Ю4. В скобках приведена старая маркировка сплавов.
...
Сплавы для нагревателей традиционно разделяют на две группы: 1) нихромы и ферронихромы^имеющие аустенитную структуру; 2) Fe-Cr-Al сплавы (хромали, фехрали), имеющие ферритную структуру. Безникелевые сплавы заметно отличаются от никелевых по уровню свойств и особенностям поведения нагревателей в* эксплуатации, хотя области применения сплавов в определенной степени совпадают. Хромали превосходят нихромы по жаростойкости во многих атмосферах: воздушной, углеродсодержащих, серосодержащих, в водороде, вакууме. Особо следует отметить их нечувствительность к примесям в атмосфере серы и сернистых соединений, которые губительны для нихромов вследствие образования низкогшавкой эвтектики.
...
В водороде целесообразно использовать сплавы Х23Ю5Т, Х27Ю5Т до 1400°С, сплавы ХН70Ю, ХН60ЮЗ - до 1200°С; в вакууме Ю-1 - 10~2 Па сплавы Х23Ю5, Х23Ю5Т, Х27Ю5Т, 0Х24Ю5Т-ВИ с иттрием - до 1350°С, сплавы ХН70Ю, ХН60ЮЗ, Х15Н60ЮЗА - до 1150°С, в аргоне технической чистоты - сплавы Х23Ю5Т, Х27Ю5Т до 1300°С, сплав Х20Н80-Н - до 1200°С. В парах хлора и брома можно применять нагреватели из сплава Х20Н80-Н при температурах не выше 300°С.
...
Fe-Cr-Al сплавов должна состоять из окиси алюминия. Это подтверждает практика эксплуатации нагревателей из сплавов Х23Ю5Т и Х27Ю5Т в промышленных печах. Для Fe-Cr-Al сплавов атмосфера водорода является самой благоприятной из всех применяемых. То же самое относится к нихромам, легированным алюминием (ХН70Ю, ХН60ЮЗ).
...
Проведенный анализ показывает, что термообработка в водороде готовой продукции из Fe-Cr-Al сплавов может быть использована для предотвращения язвенной коррозии. Отметим, что металл перед термообработкой не должен иметь на поверхности окислы железа, так как оии на подложке из Fe-Cr—Al сплава восстанавливаются в водороде весьма медленно.
...
Fe-Cr-Al сплавов должна состоять из окиси алюминия. Это подтверждает практика эксплуатации нагревателей из сплавов Х23Ю5Т и Х27Ю5Т в промышленных печах. Для Fe-Cr-Al сплавов атмосфера водорода является самой благоприятной из всех применяемых. То же самое относится к нихромам, легированным алюминием (ХН70Ю, ХН60ЮЗ).
...
службы нихромов в цементационных средах. В каталогах фирмы Бултен - Кантал (Швеция) и VDM (ФРГ) даются рекомендации применять в углеродсодержащих атмосферах ферронихромы с 30 - 40 % № и 20 % Сг.
...
Гораздо более устойчивы к неуглероживанию Fe-Cr-Al сплавы. Испытания нагревателей из сплавов 0Х27Ю5А и 0Х23Ю5А (проволока диаметром 10 мм) при температуре около 1000°С в атмосфере с углеродным потенциалом 0,8 - 1,1 % С показали, что за 1600 ч эксплуатации науглероживания не произошло. Не было обнаружено также науглероживание проволочных образцов из сплавов 0Х23Ю5А, 0Х27Ю5АИ Х23Ю5Т, находившихся в этой печи при 950°С.
...
В то же время в этих условиях на образцах никель-хромовых сплавов марок Х20Н80-Н и ХН70Ю быстро образовывался цементационный слой, толщина которого возрастала с выдержкой (табл. 39).
...
Полученные результаты показывают, что окись алюминия, в отличие от окиси хрома, препятствует проникновению углерода в металл. С повышением температуры скорость науглероживания никель-хромовых сплавов резко возрастает. Защитные свойства окалины Fe-Cr-Al сплавов с повышением температуры также ухудшаются, в связи с чем предельная рекомендуемая температура их применения в углеродсодержащих атмосферах ниже, чем в
...
воздухной среде. Стойкость нагревателей Таблица зд_ Кииетика роста можно повысить путем предварительного цементационного слоя окисления в воздушной среде при 1050—
...
1150°С, что обеспечивает формирование окалины с лучшими защитными свойствами. Эту операцию полезно периодически повторять в процессе эксплуатации. При эксплуатации электротермического оборудования чрезвычайно важно предотвращать образование слоя сажи (аморфного углерода) на футеровке путем своевременного проведения нагревов печи с хорошим дос
...
службы нихромов в цементационных средах. В каталогах фирмы Бултен - Кантал (Швеция) и VDM (ФРГ) даются рекомендации применять в углеродсодержащих атмосферах ферронихромы с 30 - 40 % № и 20 % Сг.
...
Скорость обеднения хрома резко возрастает с температурой. За те же ПО ч при 1150°С содержание хрома падает до 8 - 9 %, а при 1200°С - до 7 %. При этом возрастает и глубина обедненного хромом слоя: при П00°С - 0,25 мм, при 1150°С -0,3 мм, при 1200°С - 0,4 мм. Снижение содержания хрома приводит к уменьшению электрического сопротивления нагревателей, а также к уменьшению длительной прочности в сравнении с длительной прочностью на воздухе (табл. 40).
...
Проведенное нами металлографическое исследование образцов из сплавов Х20Н80-Н, ХН60ЮЗ и Х23Ю5Т после 100 ч выдержки при 1165°С в вакууме с остаточным давлением 10"1 Па показало значительное развитие внутреннего окисления, как межкристаллитного, так и внутрикристаллитного. Глубина зоны внутреннего окисления больше, чем при окислении на воздухе. Более сильно развито внутреннее окисление у сплава Х20Н80-Н.
...
На образцах сплава Х23Ю5Т при аналогичных условиях испытания образование зоны внутреннего окисления не наблюдали. При исследовании Fe—Сг-А1 сплавов 0Х27Ю5А и 0Х23Ю5А (Ю-1 Па) наблюдали увеличение массы образцов в интервале 980 - 1040°С и уменьшение массы при более высоких температурах [70]. Причем в этих условиях поверхность образцов покрывается рыхлым, легко отслаивающимся, слоем окислов. Температурная зависимость скорости возгонки этих сплавов может быть выражена уравнением lgw = 9,682 - (25400/Г)
...
Таблица 40. Изменение предела длительной прочности некоторых сплавов в процессе испытания иа воздухе (числитель) и в вакууме (7 • 10"1 Па) знаменатель
...
содержание хрома в поверхностном слое снизилось до 10 % (на воздухе до 18 %), а при 1100°С за ПО ч до 13 % (на воздухе до 17 %).
...
Таблица 41. Влияние температуры на скорость возгонки
...
При 1300°С, по данным металлографического анализа, сильно развито окисление по границам зерен, в результате чего на поверхности образуется металлоокисная зона с большим числом частиц неокисленного металла. Наблюдается коагуляция нитридов титана в подокалинной зоне, при 1200°С межкристаллитное окисление развито значительно слабее.
...
Образующаяся при окислении окалина темно-серого цвета слабо сцеплена с металлом. На образцах после окисления при 1300°С, окалина содержит 40 - 65 % Alj03 и 35 - 60 % металла. После окисления при 1200°С окалина состоит из 25 -35 % А1г03, 15 - 40 % Cr203, 15 - 18 % РеСгаОд и 17-35
...
Таким образом, в слабоокислительной атмосфере, каковой является для исследованных сплавов технически чистый аргон, не образуется при высоких температурах плотная окисная пленка, в результате чего развивается сильное межкристаллитное окисление, обусловливающее срок службы нагревателя. Из проведенных экспериментов следует, что окалина, образующаяся на Fe-Cr-Al сплавах в воздушной атмосфере, существенно тормозит процесс ползучести, выполняя роль наружной арматуры.
...
Значения предельной рабочей температуры относятся только к нагревателям толстого сечения. Это в справочниках и каталогах обычно не указывается. В результате, как показывает практика, потребители часто не учитывают, что срок глужбы нагревателей резко снижается с уменьшением сечения проволоки или ленты. Рекомендуемые значения предельной температуры для разных сечений нагревателя приве-. дены в табл. 42. Срок службы нагревателей обусловливает большое число эксплуатационных факторов: сечение нагревателя, температура, конфигурация и способ крепления, примеси в атмосфере, режим нагревов и охлаждений и др. Поэтому для металлургической продукции срок службы не нормируется. Расчетные способы прогнозирования срока службы нагревателей даны в гл. VII.
...
Одним из важных факторов, обеспечивающих уровень эксплуатационной стойкости, является технология изготовления сплавов. Соблюдение технологии контролируется с помощью испытания на живучесть (ГОСТ 2419 - 78). Сущность метода заключается в циклическом нагреве электрическим током (нагрев 2 мин, охлаждение 2 мин) проволочных образцов диаметром 0,8 мм до заданной температуры.
...
В общем случае между величиной живучести и сроком службы нагревателей в электротермическом оборудовании нет прямой связи, поэтому повышенные значения живучести не являются гарантией повышенной работоспособности продукции.
...
Таблица 42. Оптимально допустимые рабочие температуры, °С, электронагревателей в воздушной атмосфере в зависимости от диаметра проволоки или толщины леиты
...
При 1300°С, по данным металлографического анализа, сильно развито окисление по границам зерен, в результате чего на поверхности образуется металлоокисная зона с большим числом частиц неокисленного металла. Наблюдается коагуляция нитридов титана в подокалинной зоне, при 1200°С межкристаллитное окисление развито значительно слабее.
...
Однако для нагревателей, работающих в условиях частых теплосмен, живучесть можно использовать как параметр, коррелирующий со сроком службы. Для подобных электронагревательных устройств выпускается проволока с повышенной живучестью. Температуры испытания и нормы живучести для различных сплавов регламентированы ГОСТ 12766.1 - 77 - 12766.5 - 77.
...
Важной характеристикой является электрическое сопротивление, которое необходимо для расчета электронагревателей и поэтому нормируется для всех видов продукции (табл. 43 и 44).
...
Следует заметить, что в технической документации приводятся данные для комнатной температуры в состоянии поставки. С повышением темпе-
...
Однако для нагревателей, работающих в условиях частых теплосмен, живучесть можно использовать как параметр, коррелирующий со сроком службы. Для подобных электронагревательных устройств выпускается проволока с повышенной живучестью. Температуры испытания и нормы живучести для различных сплавов регламентированы ГОСТ 12766.1 - 77 - 12766.5 - 77.
...
ратуры электрическое сопротивление сплавов изменяется по-разному (рис. 76), поэтому более точную сравнительную оценку сплавов правильно осуществлять с учетом рабочей температуры нагревателей. При расчете электрического сопротивления нагревателей пользуются поправочным коэффициентом Rt/R2Q
...
Так как при изготовлении продукции в промышленных условиях применяется быстрое охлаждение, то электросопротивление в состоянии
...
Таблица 45. Поправочные коэффициенты дли расчета электрического сопротивления нагревателей в зависимости от температуры
...
Таблица 45. Поправочные коэффициенты дли расчета электрического сопротивления нагревателей в зависимости от температуры
...
Пластичность ленты проверяют путем испытания на изгиб до параллельности сторон (ГОСТ 14019 - 68). В случае пониженной пластичности продукции потребителям рекомендуется проводить дополнительную термообработку по режиму: нагрев 740 - 760°С, охлаждение в воде - для сплавов Fe-Cr-Al; нагрев до 950 -1050°С, охлаждение на воздухе или в воде - для сплавов Ni-Cr.
...
Для предотвращения образования трещин в процессе изготовления нагревателей из сплавов марок Х23Ю5Т, Х27Ю5Т проволоку диаметром более 5 мм и ленту
...
Некоторые физические и механические свойства сплавов приведены в табл. 48 и 49. При высоких температурах железохромалюминиевые сплавы, как и другие сплавы ферритиого класса, имеют низкое сопротивление ползучести, что при темпе-
...
Таблица 49- Механические свойства некоторых сплавов при кратковременных испытаниях иа разрыв в зависимости от температуры
...
толщиной более 2 мм подогревают до 200 - 300°С, сортовой и калиброванный прокат - до 700 - 750°С.
...
ратурах выше 1100°С приводит к заметному провисанию нагревателей под действием собственной массы. Для уменьшения провисания рекомендуется располагать нагреватели на опорах по всей длине.
...
Температурный интервал рекристаллизации сплавов на Fe-Cr-Al основе после холодной деформации 650 - 850°С. При температурах выше 900°С происходит довольно быстрый рост зерен, часто приводящий к необратимому снижению пластичности при комнатной температуре.
...
В интервале 450 - 550°С в сплавах происходит расслоение твердого раствора по хрому с образованием когерентных, изоморфных выделений, концентрация хрома в которых при длительных выдержках достигает 75 - 85 % (рис. 77) [ 73 -75]. Процесс расслоения сопровождается повышением прочности, твердости, порога хладноломкости и понижением электрического сопротивления. Загрязнение сплавов
...
примесными элементами (кислородом, фосфором, углеродом, азотом), а также кремнием может приводить к более интенсивному охрупчиванию металла при комнатной температуре после выдержки при 475°С "хрупкость 475". Такое охрупчивание может наблюдаться в результате замедленного охлаждения ниже 550°С и устраняться в результате нагрева до температур выше 650°С и охлаждения в воде. Наличие "хрупкости 475" и рост зерен при высоких температурах а также присутствие по границам зерен карбидов, приводят к тому, что нагреватели могут стать хрупкими уже после первого нагрева до рабочих температур и охлаждения с печью. Вследствие этого они не выдерживают в холодном состоянии резких динамических нагрузок.
...
Сплавы на Ni-Cr основе. В сплаве Х20Н80-Н в интервале температур 400 -500°С происходит образование ближнего порядка, приводящее к повышению удельного электрического .сопротивления (так называемый "К" эффект) [ 76]. Поэтому электрическое сопротивление нагревателей после замедленного охлаждения с температур выше 350°С может быть больше, чем в исходном состоянии.
...
В нихромах, легированных алюминием (ХН70Ю, ХН60ЮЗ), при выдержке в области температур 400 - 500°С протекают более сложные структурные процессы, также приводящие к возрастанию удельного электросопротивления. При выдержках в области температур 700 - 850°С происходит образование -/-фазы (Ni3Al), снижающей электрическое сопротивление и пластичность (табл. 44). Следует отметить, что этот процесс заметно интенсифицируется под действием пластической деформации. При нагреве выше 900°С -/-фаза растворяется.
...
Сплавы Fe-Cr-Al склонны к химическому взаимодействию с окислами и металлами. Для них, в отличие от нихромов, ие пригодна керамика из шамота, содержащая значительное количество окислов железа. Для 1100 - 1400°С огнеупорная масса должна содержать не менее 75 % глинозема и минимальное количество окислов железа (менее 1 %), для 900 - 1100°С пригодна огнеупорная масса, содер-
...
ратурах выше 1100°С приводит к заметному провисанию нагревателей под действием собственной массы. Для уменьшения провисания рекомендуется располагать нагреватели на опорах по всей длине.
...
Разрушающее действие на окалину сплавов Fe-Cr-Al оказывают пары и брызги некоторых металлов - меди, цинка, алюминия, свинца. Недопустим контакт поверхности нагревателя с поваренной солью, шлаками, эмалями, асбестом и железной окалиной. Недопустимо также изготовлять нагреватели из ржавой проволоки и ленты. С целью предупреждения преждевременного выхода из строя нагревателей из Fe-Cr-Al сплавов следует избегать резкого изменения тепловой мощности, особенно в процессе разогрева печи. Для увеличения срока службы рекомендуется как можно реже охлаждать нагреватели высокотемпературных печей ниже 700 - 800°С. Следует учитывать, что нагреватели из сплавов Fe-Cr-Al имеют длительный срок службы лишь при условии высокой культуры их эксплуатации.
...
Нихромы проявляют значительно меньшую склонность к взаимодействию с керамикой, однако на них разрушающе действует контакт с асбестом при температурах выше 400°С.
...
Сварка. Рекомендуется применять аргоно-дуговую сварку, при которой состав свариваемых участков в месте шва практически не меняется. В порядке исключения можно использовать ручную электродуговую сварку.. В этом случае электродом для железохромалюминиевых сплавов служит стержень из свариваемого металла с защитным покрытием основного типа. Следует учитывать, что зона шва у железохромалюминиевых сплавов имеет повышенную хрупкость. В связи с этим места сварки следует конструктивно разгружать от напряжений изгиба.
...
Для повышения срока службы в вакууме, а также углеродсодержащих и азотсодержащих средах рекомендуется предварительное окисление проволоки из сплавов, содержащих алюминий, при 1100°С в течение 10 - 20 ч. Образующиеся при этом окислы алюминия тормозят возгонку металла, препятствуют проникновению в него углерода и азота. Окисная пленка, образующаяся на нихроме, легированном кремнием, проницаема для углерода, в результате чего в металле образуется значительное количество карбидов хрома. В печах с водородной атмосферой недопустимо использовать футеровочные материалы, содержащие фосфор. Образующиеся при высокой температуре пары атомарного фосфора быстро взаимодействуют с металлом, что приводит к появлению легкоплавкой фосфидной эвтектики и оплавлению нагревателей.
...
В табл. 50 приведены основные характеристики лучших сплавов, разработанных за рубежом. Фирма VDM (ФРГ) рекламирует наиболее высокие предельные рабочие температуры нихромов. По результатам стендовых испытаний нагревателей при 1200°С сплав Х20Н80-Н не уступает сплавам Кроникс 80 и Кроникс 70. Тем не менее тенденция к повышению предельной рабочей температуры никелевых сплавов не является случайной, так как температурный потолок промышленных нихромов еще не достигнут.
...
Предельная рабочая температура хромалей лишь на 100 - 125°С ниже температуры плавления, поэтому дальнейшее повышение рабочей тепературы трудно достижимо, тем более, что нагреватели из этих сплавов подвержены заметному провисанию под действием собственной массы. Развитие этих сплавов будет идти, вероятно, по пути увеличения сопротивления ползучести и срока службы нагревателей. В настоящее время сплав Х23Ю5Т превосходит сплав Кантал А-1 примерно в 1,2 раза при стендовых испытаниях нагревателей в интервале 1350 - 1400°С. Эти результаты следует рассматривать как приближенные, поскольку сравнительные испытания были проведены в небольшом объеме.
...
Зарубежные фирмы стремятся предложить потребителю металл с максимально возможной пластичностью в холодном состоянии. За счет меньшего количества примесей сплавы более однородны по пластичности, но менее жаропрочны, в результате нагреватели провисают под действием собственной массы в большей степени, чем нагреватели из отечественных сплавов.
...
Таблица 50- Основные свойства сплавов, разработанных за рубежом
...
Процесс выплавки является ответственным этапом в достижении высокого качества сплавов, при котором решается две наиболее важные технологические задачи: обеспечение пластичности металла и усвоение микродобавок. Ниже рассмотрена технология выплавки никелевых и безникелевых сплавов в печах с основной футеровкой.
...
В процессе выплавки в открытых дуговых печах происходит поглощение азота и углерода жидкой ванной в зоне электродов. В результате металл, выплавленный этим методом, содержит повышенное количество углерода и азота, а также нитридных и карбонитридных включений, что приводит к существенному снижению срока службы нагревателей. Путем продувки жидкого металла кислородом можно снизить количество углерода примерно в два раза и газов при наличии в металле хрома. Исследования В.С.Никольского показали, что при выплавке сплава 80/20 допустимое содержание хрома в процессе продувки составляет 11 —14,5 % [77].
...
Продувку следует проводить после полного расплавления металла. При неполном (30 — 70 %) расплавлении шихты ускоряется процесс расплав-■т
...
Другой особенностью режима плавки сплава 60/15 является целесообразность введения кислорода в период расплавления шихты; хотя это связано с несколько большим угаром металла, в том числе хрома, и необходимостью частичной или полной смены шлака. В дальнейшем ходе процесса возможны два пути: раскисление металла и шлака с последующей присадкой феррохрома или присадка феррохрома с последующим раскислением. Второй путь более предпочтителен, так как он ведет к охлаждению ванны, снижая тем самым опасность разрушения футеровки печи.
...
При выплавке никелевых сплавов, особенно сплава 80/20, не следует допускать "роста" слитков вследствие большого содержания в них азота, поэтому особое внимание должно быть уделено деазотизации металла и проверке проб на ковкость. Разливку металла целесообразно вести с защитой струи аргоном.
...
| 1 Никольский B.C. Исследование процессов выплавки сплавов омического ! сопротивления (для нагревателей): Автореф. канд. дис. М., 1964.
...
Сопоставление состава и долговечности нагревателей никелевых сплавов показывает, что очень важно получение металла, чистого по газам, неметаллическим включениям, углероду и сере. В этой связи более высокое качество обеспечивается при выплавке в открытых и вакуумных индукционных печах [ 78].
...
Отрицательное влияние на жаростойкость указанных примесей налагает определенные ограничения на качество шихтовых материалов. Однако практика показала возможность использования до 25 % собственных и других подходящих отходов' с ограниченным содержанием в них углерода, серы и нитридообразующих элементов.
...
При выплавке в вакуумных индукционных печах можно использовать те же шихтовые материалы, что и при выплавке в открытых индукционных печах; в качестве раскислителя применяется электродный бой. При выплавке в вакуумной индукционной печи содержание газов в 2—2,5 раза меньше, чем при выплавке в дуговой печи (табл. 51).
...
Степень удаления азота при вакуумной выплавке значительно выше, чем в процессе дуговой выплавки. В последнем случае деазотизация затруднена в связи с тем, что обычно в отходах содержится повышенное количество нитридообразующих элементов.
...
Таблица 51. Содержание газов в металле сплава типа Х20Н80
...
Таблица 52. Уровень живучести и долговечности сплава типа Х20Н80 в зависимости от способа выплавки и микродобавок
...
охлаждении слитка) объясняют чувствительность этих сплавов к скоростям нагрева и охлаждения. В открытых дуговых электропечах выплавка проводится либо на свежих шихтовых материалах с окислением железной рудой, либо с использованием Fe—Сг—А1 лигатуры и переплавом с продувкой жидкой ванны кислородом.
...
Металл, выплавленный в дуговых печах, по качеству уступает металлу индукционной выплавки. Попадание в заданные пределы при выплавке в дуговых печах представляет довольно сложную задачу в результате необходимости присадки большого количества феррохрома и хромсодер-жащей лигатуры во время рафинировки металла, а также наличия большого количества алюминия в жидком металле. Первый фактор приводит к увеличению содержания углерода, вследствие науглероживания во время расплавления лигатуры и феррохрома, а второй приводит к увеличению, содержания кремния, так как алюминий восстанавливает кремний иэ кремнезема шлака. В соответствии с этим содержание углерода и кремния в готовом металле, как правило, находится на верхнем пределе (так, в сплаве Х23Ю5 0,05 % С содержится в 75 % плавок, а 0,40 - 0,60 % Si в 87 % плавок), что может быть причиной неудовлетворительных технологических свойств в горячем и особенно в холодном переделах.
...
Использование продувки кислородом при выплавке в дуговых печах способствует снижению содержания углерода, фосфора и кремния, но недостатком продувки кислородом является большая длительность процесса и отсюда низкая производительность. Кроме того, условия службы огнеупорной футеровки печи при этом—процессе достаточно тяжелы. Угар алюминия составляет 10 - 30 % (в среднем 18 %) в зависимости от температуры металла перед присадкой алюминия. В этой связи температуру перед выпуском рекомендуется иметь в пределах 1630 -1650°С. Несовершенство метода введения алюминия в металл (чушками .на голую ванну печи перед выпуском) приводит к загрязнению металла глиноземом, вследствие интенсивного взаимодействия алюминия с атмосферой (окислы не успевают всплыть). Нельзя допускать перегрева металла, так как это может привести к высокому угару алюминия. Избежать повышения температуры в данном процессе удается не всегда и вследствие этого качество отдельных плавок получается низким (металл плохо деформируется в горячем состоянии). Выпуск металла в ковш проводится максимально быстро.
...
Индукционные печи, вследствие отсутствия науглероживающего фактора (электроды), меньших утаров элементов, представляет определенное преимущество. В связи с резким увеличением выпуска Fe-Cr-Al сплавов использование отходов по прямому назначению стало представлять существенный интерес как с экономической точки зрения, так и с точки зрения потребности дефицитных шихтовых материалов. Введение алюминия в жидкий металл во время расплавления (в данном случае с отходами) приводит к увеличению содержания кремния из-за восстанов-
...
охлаждении слитка) объясняют чувствительность этих сплавов к скоростям нагрева и охлаждения. В открытых дуговых электропечах выплавка проводится либо на свежих шихтовых материалах с окислением железной рудой, либо с использованием Fe—Сг—А1 лигатуры и переплавом с продувкой жидкой ванны кислородом.
...
Металл, выплавленный в дуговых печах, по качеству уступает металлу индукционной выплавки. Попадание в заданные пределы при выплавке в дуговых печах представляет довольно сложную задачу в результате необходимости присадки большого количества феррохрома и хромсодер-жащей лигатуры во время рафинировки металла, а также наличия большого количества алюминия в жидком металле. Первый фактор приводит к увеличению содержания углерода, вследствие науглероживания во время расплавления лигатуры и феррохрома, а второй приводит к увеличению, содержания кремния, так как алюминий восстанавливает кремний иэ кремнезема шлака. В соответствии с этим содержание углерода и кремния в готовом металле, как правило, находится на верхнем пределе (так, в сплаве Х23Ю5 0,05 % С содержится в 75 % плавок, а 0,40 - 0,60 % Si в 87 % плавок), что может быть причиной неудовлетворительных технологических свойств в горячем и особенно в холодном переделах.
...
Использование продувки кислородом при выплавке в дуговых печах способствует снижению содержания углерода, фосфора и кремния, но недостатком продувки кислородом является большая длительность процесса и отсюда низкая производительность. Кроме того, условия службы огнеупорной футеровки печи при этом—процессе достаточно тяжелы. Угар алюминия составляет 10 - 30 % (в среднем 18 %) в зависимости от температуры металла перед присадкой алюминия. В этой связи температуру перед выпуском рекомендуется иметь в пределах 1630 -1650°С. Несовершенство метода введения алюминия в металл (чушками .на голую ванну печи перед выпуском) приводит к загрязнению металла глиноземом, вследствие интенсивного взаимодействия алюминия с атмосферой (окислы не успевают всплыть). Нельзя допускать перегрева металла, так как это может привести к высокому угару алюминия. Избежать повышения температуры в данном процессе удается не всегда и вследствие этого качество отдельных плавок получается низким (металл плохо деформируется в горячем состоянии). Выпуск металла в ковш проводится максимально быстро.
...
Индукционные печи, вследствие отсутствия науглероживающего фактора (электроды), меньших утаров элементов, представляет определенное преимущество. В связи с резким увеличением выпуска Fe-Cr-Al сплавов использование отходов по прямому назначению стало представлять существенный интерес как с экономической точки зрения, так и с точки зрения потребности дефицитных шихтовых материалов. Введение алюминия в жидкий металл во время расплавления (в данном случае с отходами) приводит к увеличению содержания кремния из-за восстанов-
...
охлаждении слитка) объясняют чувствительность этих сплавов к скоростям нагрева и охлаждения. В открытых дуговых электропечах выплавка проводится либо на свежих шихтовых материалах с окислением железной рудой, либо с использованием Fe—Сг—А1 лигатуры и переплавом с продувкой жидкой ванны кислородом.
...
ления его из шлака и загрязнению металла глиноземом. Это совершенно нежелательно для Fe-Al-Cr сплавов, особенно для сплава Х27Ю5Т, так как приводит к снижению технологической пластичности сплава. Отходы лучше вводить в конце периода расплавления, что ограничивает время присутствия алюминия в
...
В процессе разливки увеличивается »газонасыщенность и загрязненность металла неметаллическими включениями, отрицательное влияние которых на свойства сплавов сопротивления установлено достаточно четко. Наличие в сплавах высокоактивных элементов требует организации разливки с применением защитных устройств и средств. Самым эффективным является метод изоляции металла от атмосферы с помощью специальных вакуум-аргонных камер. При разливке сверху используется также подача аргона в изложницы. При сифонном способе разливки '' организовать защиту металла труднее.
...
Скорости наполнения изложниц при разливке сверху и сифоном выбираются большими, чтобы уменьшить время контакта металла с атмосферой. Использование защитной атмосферы при разливке приводит к снижению общего содержания газов в
...
Нихромы и ферронихромы в горячем состоянии деформируются без затруднений при условии, если не имелось нарушений в режиме введения нитридообразующих элементов, алюминия и микродобавок - к нарушениям более чувствительны сплавы ХН60ЮЗ и ХН20ЮС. Зачистку поверхности до удаления дефектов целесообразнее осуществлять режущим инструментом на литом металле. Для горячей деформации пригодны ковка и прокатка с подогревом металла до 1200 - 1220°С в газовых печах. Деформированный металл можно охлаждать на воздухе.
...
Слитки следует деформировать после подогрева до 1200°С с возможно большей степенью укова, не менее 35 %, чтобы предотвратить образование трещин в кованых заготовках при охлаждении и последующем подогреве их перед прокаткой.
...
ления его из шлака и загрязнению металла глиноземом. Это совершенно нежелательно для Fe-Al-Cr сплавов, особенно для сплава Х27Ю5Т, так как приводит к снижению технологической пластичности сплава. Отходы лучше вводить в конце периода расплавления, что ограничивает время присутствия алюминия в
...
Охлаждение кованых заготовок целесообразно проводить не на воздухе, а в колодцах. При транспортировке кованых заготовок нельзя допускать динамических нагрузок, так же как и при зачистке поверхности, которую следует производить только режущим инструментом. Зачистка наждачным камнем недопустима, так как приводит к появлению трещин. При горячей прокатке после нагрева до 1100°С, так же как и при ковке, металл деформируется Легко благодаря низкому сопротивлению деформации. Круглый сорт обычно деформируют до диаметра 8 — 11 мм, ленту — до толщины 3,5—4 мм. Ответственным моментом является температура конца горячей прокатки, если она превышает температуру рекристаллизации сплава, формируется неблагоприятная структура, вызывающая затруднения при последующем холодном переделе. В этом случае термообработка сортового металла может быть совсем не эффективна. Холодная обработка нихромов и ферронихромов не вызывает затруднений. При волочении проволоки и прокатке ленты из Fe-Cr-Al сплавов на первом проходе металл обладает наименьшей пластичностью. Если он ломается при размотке, то его можно про деформировать только с подогревом выше 200 ' — 300°С. Вообще Fe-Cr-Al сплавы в толстом сечении целесообразно деформировать с подогревом.
...
Защитные свойства окалины во многом зависят от условий ее формирования на начальной стадии окисления, поэтому величина живучести и долговечности нагревателей определяется не только режимом микролегирования при выплавке, но и технологией термической обработки проволоки как в процессе передела, так и в конечном размере.
...
Термическую обработку проволоки из нихрома и ферронихрома проводят в протяжных электропечах с воздушной атмосферой. Отрицательное воздействие на живучесть и жаростойкость оказывает термообработка передельной заготовки в садочных соляных печах, готовой проволоки — в шахтных электрических печах без защитной атмосферы1.
...
Таблица 53. Изменение механических свойств по ходу волочения сплава Х27Ю5Т
...
Для продукции из Fe—Сг—А1 сплавов очень важно обеспечить получение поверхности, свободной от загрязнений, особенно при волочении проволоки с использованием известково-солевого подсмазочного слоя. На образцах диаметром 3,0 мм и длиной 30 мм (23 — 26 % Сг; 5,0 — 5,8 % А1) изучали влияние известково-солевого подсмазочного слоя, применяемого при волочении проволоки. Для покрытия использовали водный раствор хлористого натрия, который наносили капельным способом, и водные смеси хлористого натрия с гашеной известью, наносимые на поверхность металла путем обмазки.
...
При окислении образцов с солевым покрытием выявили, что хлористый натрий заметно ускоряет процесс окисления, начиная с 550°С. При 550 - 780°С ускоренное окалинообразование развивается только в. зоне, покрытой солью. Образующаяся на таких участках окалина состояла, по данным«рентгеновского анализа, из окислов Fe203 и Fe304. Ускоряющее действие соли на процесс окисления резко усиливается при температурах выше 800°С вследствие ее расплавления (при 801°С) и растекания по образцу. Так, увеличение массы образцов после 30 мин окисления при 780°С составило 0^1 мг/см2, а при 820°С -5,5 мг/см2. Окисление при наличии солевого покрытия подчиняется линейному закону (рис. 78) и, следовательно, контролируется не диффузионными процессами. В ходе окисления фронт реакции быстро продвигается в глубь металла и сечение образцов уменьшается.
...
Рис. 78. Увеличение толщины окалины на образцах диаметром 3 мм с солевым покрытием в зависимости от времени окисления при 1200°С
...
Окисление сплавов, различающихся способом выплавки (табл. 54), микродобавками, содержанием хрома и алюминия (в пределах марочного состава), показало, что при 1200°С (в течение 5 ч) степень ускоряющего воздействия соли различна и может отличаться на целый порядок (ОИ и ВИ - открытая и вакуумно-индукционная; 1 и 2 - 100 и 50 % NaCl; Ag
...
Рис. 78. Увеличение толщины окалины на образцах диаметром 3 мм с солевым покрытием в зависимости от времени окисления при 1200°С
...
Окалина на образцах, показавших высокую скорость окисления, содержала вдвое больше окислов железа и вдвое меньше окиси алюминия, чем окалина металла, окислившегося с наименьшей скоростью.
...
Как правило, основная масса окалины отслаивалась при охлаждении, и на поверхности металла во многих случаях оставался слой окислов, внедренных в металл на глубину 5-8
...
Можно предполагать, что после испарения соли и образования корки окислов оставшиеся в окалине хлориды окисляются. Освободившиеся при этом ионы хлора будут, no-видимому, вновь соединяться с металлом, выполняя роль катализатора реакции окисления. Наиболее вероятно, что ионы хлора будут концентрироваться в области с наименьшим парциальным давлением кислорода, т.е. на границе металл — окалина. Этим можно объяснить быстрое продвижение фронта окисления ' в глубь металла.
...
Рнс. 79. Кривая окисляемости проволоки диаметром 3 мм в зависимости от содержания хлористого натрия в известково-солевой
...
Гашеная известь в подсмазочной смеси снижает степень отрицательного воздействия хлористого натрия, причем тем сильнее, чем выше ее концентрация в смеси (рис. 79). Применяемая в практике волочения смесь 43 % NaCl + 57 % Са(ОН)2 вызывает значительное ускорение процесса окисления. Уменьшить содержание соли в смеси невозможно, так как при этом ухудшается сцепление смеси с поверхностью проволоки. Применение известково-солевой смеси при волочении проволоки, не склонной к язвенной коррозии в случае протяжки ее без известкования, может приводить к образованию на поверхности нагревателей окислов железа и заметному снижению срока службы.
...
Рнс. 79. Кривая окисляемости проволоки диаметром 3 мм в зависимости от содержания хлористого натрия в известково-солевой
...
ние, б - то же, с промывкой в лабораторных условиях, в - то же, со шлифованием; г - без известкования) и получены следующие показатели долговечности проволоки диаметром 3 мм при 1350°С:
...
Таблица 55. Влияние технологии изготовления проволоки на долговечность
...
В случае шлифования проволоки на глубину 0,3 мм достигнуто полное отсутствие окислов железа на поверхности проволоки и существенное повышение долговечности. Пормывка проволоки в лабораторных условиях тоже позволила получить окалину, состоящую из окиси алюминия. Однако в случае промывки проволоки в промышленных условиях на нагревателях образовывались участки, содержащие окислы железа (рис. 80).
...
Отсутствие окислов железа в процессе эксплуатации наблюдали в случае очистки проволоки путем кислотного травления до термической обработки в атмосфере водорода. Нагреватели из травленой проволоки оставались в хорошем состоянии через 870 ч испытания при 1250°С, тогда как нагреватели из промытой в воде проволоки через 700 ч уже были близки к перегоранию.
...
В случае применения при волочении проволоки известково-солевого подсмазочного слоя обязательна особо тщательная промывка проволоки перед конечной термической обработкой. Для проволоки из Fe—Сг—А1 сплавов оптимальной является термообработка в среде водорода.
...
К расчету нагревателей обычно приступают после того, как выполнен расчет электротермического устройства (ЭТУ), в результате которого определяется необходимая мощность нагревателей и их максимальная температура, требуемая для проведения соответствующего технологического процесса (спекания, закалки, отпуска и т.п.), а также размеры рабочего пространства. Целью расчета нагревателей является определение сечения и длины проволоки (ленты) для изготовления нагревателей и выбор марки сплава.
...
В литературе можно встретить другие, выходящие из употребления, названия этой величины: удельная поверхностная нагрузка или ваттная нагрузка. Справочные значения Р даются как ориентировочные на основании данных по определению перепада температуры между нагревателями и рабочим печным пространством в наиболее распространенных типах печей с нагревателями открытого (незкранированного) типа.
...
Таким образом, величина Р при прочих равных условиях определяет температуру нагревателей, а, следовательно, и срок его службы. Поскольку в реальных ЭТУ очень трудно обеспечить одинаковые условия теплоизлучения по длине нагревателя, а также на различных стадиях работы ЭТУ, постольку температура нагревателя оказывается неодинаковой как в целом, так и на отдельных его участках. При высоких температурах стремятся выбирать величину Р минимальной, ибо в этом случае даже
...
В случае шлифования проволоки на глубину 0,3 мм достигнуто полное отсутствие окислов железа на поверхности проволоки и существенное повышение долговечности. Пормывка проволоки в лабораторных условиях тоже позволила получить окалину, состоящую из окиси алюминия. Однако в случае промывки проволоки в промышленных условиях на нагревателях образовывались участки, содержащие окислы железа (рис. 80).
...
Отсутствие окислов железа в процессе эксплуатации наблюдали в случае очистки проволоки путем кислотного травления до термической обработки в атмосфере водорода. Нагреватели из травленой проволоки оставались в хорошем состоянии через 870 ч испытания при 1250°С, тогда как нагреватели из промытой в воде проволоки через 700 ч уже были близки к перегоранию.
...
небольшие перегревы резко снижают срок службы нагревателя. Допустимую величину Р ^либо берут из таблиц или графиков, либо, в случае отсутствия таковых или желания определить Р для данной конкретной конструкции, получают расчетным путем. Методика расчета Р приведена в работах [ 1, 80].
...
В табл. 56 приведены допустимые величины удельной поверхностной мощности, рекомендуемые фирмой VDM (ФРГ) для выпускаемых ею сплавов. Рис. 81, 82 дают те же величины для сплавов, выпускаемых фирмой "Бултен — Кантал" (Швеция). Как видно из приведенных графиков и таблиц, допустимая величина удельной поверхностной мощности зависит также и от жаростойкости сплава. Чем она выше, тем выше и величина Р. Приведенные величины Р могут быть использованы при расчетах нагревателей из аналогичных отечественных сплавов.
...
Определив величину удельной поверхностной мощности, приступают к расчету геометрических размеров нагревателя. Для нагревателей из "материала круглого профиля диаметр будет равен (мм) :
...

Современные сварочные аппараты своими руками
Борирование промышленных сталей и чугунов: (Справ. пособие)
Термомеханическое упрочнение стали в заготовительном производстве
Сплавы для нагревателей
Упрочнение деталей машин электроосаждением железа
Спеціальні способи зварювання: Навчальний посібник
Плазмотроны: конструкции, характеристики, расчет

"Сварка-ЛИБ" - Техническая библиотека сварщика | Сварка, термообработка, материалы, металлы и сплавы

admin

Сплавы для нагревателей