Thép chịu nhiệt dùng để chỉ thép có khả năng chống oxy hóa ở nhiệt độ cao và độ bền nhiệt độ cao. Khả năng chống oxy hóa ở nhiệt độ cao là điều kiện quan trọng để đảm bảo phôi hoạt động lâu dài ở nhiệt độ cao. Trong môi trường oxy hóa như không khí nhiệt độ cao, oxy phản ứng hóa học với bề mặt thép tạo thành nhiều lớp oxit sắt khác nhau. Lớp oxit rất lỏng lẻo, mất đi đặc tính ban đầu của thép và dễ rơi ra. Để cải thiện khả năng chống oxy hóa ở nhiệt độ cao của thép, các nguyên tố hợp kim được thêm vào thép để thay đổi cấu trúc oxit. Các nguyên tố hợp kim thường được sử dụng là crom, niken, crom, silicon, nhôm, v.v. Khả năng chống oxy hóa ở nhiệt độ cao của thép chỉ liên quan đến thành phần hóa học.
Độ bền nhiệt độ cao đề cập đến khả năng thép duy trì tải trọng cơ học trong thời gian dài ở nhiệt độ cao. Có hai tác dụng chính của thép dưới tải trọng cơ học ở nhiệt độ cao. Một là làm mềm, tức là độ bền giảm khi nhiệt độ tăng. Thứ hai là từ biến, tức là dưới tác dụng của ứng suất không đổi, lượng biến dạng dẻo tăng dần theo thời gian. Biến dạng dẻo của thép ở nhiệt độ cao là do trượt nội hạt và trượt biên hạt. Để cải thiện độ bền nhiệt độ cao của thép, người ta thường sử dụng phương pháp hợp kim hóa. Nghĩa là, các nguyên tố hợp kim được thêm vào thép để cải thiện lực liên kết giữa các nguyên tử và tạo thành một cấu trúc thuận lợi. Thêm crom, molypden, vonfram, vanadi, titan, v.v., có thể tăng cường ma trận thép, tăng nhiệt độ kết tinh lại và cũng có thể tạo thành các cacbua pha hoặc các hợp chất liên kim loại tăng cường, chẳng hạn như Cr23C6, VC, TiC, v.v. Các giai đoạn tăng cường này là ổn định ở nhiệt độ cao, không hòa tan, không kết tụ để phát triển và duy trì độ cứng của chúng. Niken được thêm vào chủ yếu để thu đượcaustenit. Các nguyên tử trong austenite được sắp xếp chặt chẽ hơn ferit, lực liên kết giữa các nguyên tử mạnh hơn và sự khuếch tán của các nguyên tử khó khăn hơn. Vì vậy, độ bền nhiệt độ cao của austenite là tốt hơn. Có thể thấy, độ bền nhiệt độ cao của thép chịu nhiệt không chỉ liên quan đến thành phần hóa học mà còn liên quan đến cấu trúc vi mô.
Hợp kim cao chịu nhiệtthép đúcđược sử dụng rộng rãi trong những trường hợp nhiệt độ làm việc vượt quá 650oC. Đúc thép chịu nhiệt là loại thép làm việc ở nhiệt độ cao. Sự phát triển của thép đúc chịu nhiệt có liên quan chặt chẽ đến tiến bộ công nghệ của các ngành công nghiệp khác nhau như nhà máy điện, nồi hơi, tua bin khí, động cơ đốt trong và động cơ hàng không. Do nhiệt độ và ứng suất khác nhau được sử dụng bởi các máy móc và thiết bị khác nhau cũng như môi trường khác nhau nên các loại thép được sử dụng cũng khác nhau.
Lớp thép không gỉ tương đương | |||||||||
| NHÓM | AISI | W-Stoff | DIN | BS | SS | TUYỆT VỜI | UNE / IHA | JIS | ĐẠI HỌC |
| Thép không gỉ Martensitic và Ferritic | 420 C | 1,4034 | X43Cr16 | ||||||
| 440 tỷ/1 | 1,4112 | X90 Cr Mơ V18 | |||||||
| - | 1.2083 | X42 Cr 13 | - | 2314 | Z 40 C 14 | F.5263 | SUS 420 J1 | - | |
| 403 | 1,4000 | X6Cr13 | 403 S 17 | 2301 | Z 6 C 13 | F.3110 | SUS 403 | X6Cr13 | |
| (410S) | 1.4001 | X7 Cr 14 | (403 S17) | 2301 | Z 8 C 13 | F.3110 | SUS 410 S | X6Cr13 | |
| 405 | 1.4002 | X6 CrAl 13 | 405 S 17 | - | Z 8 CA 12 | F.3111 | SUS 405 | X6 CrAl 13 | |
| 416 | 1.4005 | X12 CrS 13 | 416 S 21 | 2380 | Z 11 CF 13 | F.3411 | SUS 416 | X12CrS13 | |
| 410 | 1.4006 | X 10 Cr 13 | 410 S21 | 2302 | Z 10 C 14 | F.3401 | SUS 410 | X12Cr13 | |
| 430 | 1.4016 | X6 Cr 17 | 430 S 17 | 2320 | Z 8 C 17 | F.3113 | SUS 430 | X8Cr17 | |
| 420 | 1.4021 | X20 Cr 13 | 420 S 37 | 2303 | Z 20 C 13 | F.3402 | SUS 420 J1 | X20Cr13 | |
| 420F | 1.4028 | X30 Cr 13 | 420 S 45 | (2304) | Z 30 C 13 | F.3403 | SUS 420 J2 | X30Cr13 | |
| (420) | 1.4031 | X39Cr13 | 420 S 45 | (2304) | Z 40 C 14 | F.3404 | (SUS 420 J1) | - | |
| 431 | 1.4057 | X20 CrNi 17 2 | 431 S 29 | 2321 | Z 15 CNi 16,02 | F.3427 | SUS 431 | X16CrNi16 | |
| 430F | 1.4104 | X12 CrMoS 17 | - | 2383 | Z 10 CF 17 | F.3117 | SUS 430 F | X10CrS17 | |
| 434 | 1.4113 | X6 CrMo 17 | 434 S 17 | 2325 | Z 8 CD 17.01 | - | SUS 434 | X8CrMo17 | |
| 430Ti | 1.4510 | X6 CrTi 17 | - | - | Z 4 CT 17 | - | SUS 430 LX | X6CrTi17 | |
| 409 | 1.4512 | X5 CrTi 12 | 409 S 17 | - | Z 6 CT 12 | - | SUH 409 | X6CrTi12 | |
| Thép không gỉ Austenitic | 304 | 1.4301 | X5 CrNi 18 9 | 304 S 15 | 2332 | Z 6 CN 18.09 | F.3551 | SUS 304 | X5CrNi18 10 |
| 305 | 1.4303 | X5 CrNi 18 12 | 305 S 19 | - | Z 8 CN 18.12 | - | SUS 305 | X8CrNi19 10 | |
| 303 | 1.4305 | X12 CrNiS 18 8 | 303 S 21 | 2346 | Z 10 CNF 18.09 | F.3508 | SUS 303 | X10CrNiS 18 09 | |
| 304L | 1.4306 | X2 CrNiS 18 9 | 304 S 12 | 2352 | Z 2 CN 18.10 | F.3503 | SUS 304L | X2CrNi18 11 | |
| 301 | 1.4310 | X12 CrNi 17 7 | - | 2331 | Z 12 CN 17.07 | F.3517 | SUS 301 | X12CrNi17 07 | |
| 304 | 1.4350 | X5 CrNi 18 9 | 304 S 31 | 2332 | Z 6 CN 18.09 | F.3551 | SUS 304 | X5CrNi18 10 | |
| 304 | 1.4350 | X5 CrNi 18 9 | 304 S 31 | 2333 | Z 6 CN 18.09 | F.3551 | SUS 304 | X5CrNi18 10 | |
| 304LN | 1.4311 | X2 CrNiN 18 10 | 304 S 62 | 2371 | Z 2 CN 18.10 | - | SUS 304 LN | - | |
| 316 | 1.4401 | X5 CrNiMo 18 10 | 316 S 16 | 2347 | Z 6 CND 17,11 | F.3543 | SUS 316 | X5CrNiMo17 12 | |
| 316L | 1.4404 | - | 316 S 13/12/14/22/24 | 2348 | Z 2 CND 17,13 | SUS316L | X2CrNiMo17 12 | ||
| 316LN | 1.4429 | X2 CrNiMoN 18 13 | - | 2375 | Z 2 CND 17,13 | - | SUS 316 LN | - | |
| 316L | 1.4435 | X2 CrNiMo 18 12 | 316 S 13/12/14/22/24 | 2353 | Z 2 CND 17,13 | - | SUS316L | X2CrNiMo17 12 | |
| 316 | 1.4436 | - | 316 S 33 | 2343 | Z 6 CND18-12-03 | - | - | X8CrNiMo 17 13 | |
| 317L | 1.4438 | X2 CrNiMo 18 16 | 317 S 12 | 2367 | Z 2 CND 19,15 | - | SUS 317 L | X2CrNiMo18 16 | |
| 329 | 1.4460 | X3 CrNiMoN 27 5 2 | - | 2324 | Z5 CND 27.05.Az | F.3309 | SUS 329 J1 | - | |
| 321 | 1.4541 | X10 CrNiTi 18 9 | 321 S 12 | 2337 | Z 6 CND 18,10 | F.3553 | SUS 321 | X6CrNiTi18 11 | |
| 347 | 1.4550 | X10 CrNiNb 18 9 | 347 S 17 | 2338 | Z 6 CNNb 18.10 | F.3552 | SUS 347 | X6CrNiNb18 11 | |
| 316Ti | 1.4571 | X10 CrNiMoTi 18 10 | 320 S 17 | 2350 | Z 6 CNDT 17.12 | F.3535 | - | X6CrNiMoTi 17 12 | |
| 309 | 1.4828 | X15 CrNiSi 20 12 | 309 S 24 | - | Z 15 CNS 20.12 | - | SUH 309 | X16 CrNi 24 14 | |
| 330 | 1.4864 | X12 NiCrSi 36 16 | - | - | Z 12 NCS 35.16 | - | SUH 330 | - | |
| Thép không gỉ song công | S32750 | 1.4410 | X 2 CrNiMoN 25 7 4 | - | 2328 | Z3 CND 25,06 Az | - | - | - |
| S31500 | 1.4417 | X 2 CrNiMoSi 19 5 | - | 2376 | Z2 CND 18.05.03 | - | - | - | |
| S31804 | 1.4462 | X 2 CrNiMoN 22 5 3 | - | 2377 | Z 3 CND 22,05 (Az) | - | - | - | |
| S32760 | 1.4501 | X 3 CrNiMoN 25 7 | - | - | Z 3 CND 25,06 Az | - | - | - | |
| 630 | 1.4542 | X5CrNiCNb16-4 | - | - | - | - | - | - | |
| A564/630 | - | - | - | - | - | - | - | - | |
Tiêu chuẩn thép đúc chịu nhiệt của các nước
1) Tiêu chuẩn Trung Quốc
GB/T 8492-2002 "Điều kiện kỹ thuật cho đúc thép chịu nhiệt" quy định các cấp và tính chất cơ học ở nhiệt độ phòng của các loại thép đúc chịu nhiệt khác nhau.
2) Tiêu chuẩn Châu Âu
Tiêu chuẩn thép đúc chịu nhiệt EN 10295-2002 bao gồm thép không gỉ chịu nhiệt austenit, thép không gỉ chịu nhiệt ferit và thép không gỉ chịu nhiệt song công austenit-ferit, cũng như hợp kim gốc niken và hợp kim gốc coban.
3) Tiêu chuẩn Mỹ
Thành phần hóa học được quy định trong ANSI/ASTM 297-2008 "Đúc thép chịu nhiệt sắt-crom, sắt-crom-niken công nghiệp thông thường" là cơ sở để chấp nhận và việc kiểm tra hiệu suất cơ học chỉ được thực hiện khi người mua yêu cầu tại thời điểm đặt hàng. Các tiêu chuẩn khác của Mỹ liên quan đến thép đúc chịu nhiệt bao gồm ASTM A447/A447M-2003 và ASTM A560/560M-2005.
4) Tiêu chuẩn Đức
Trong DIN 17465 "Điều kiện kỹ thuật cho đúc thép chịu nhiệt", thành phần hóa học, tính chất cơ học ở nhiệt độ phòng và tính chất cơ học ở nhiệt độ cao của các loại thép đúc chịu nhiệt khác nhau được quy định riêng.
5) Tiêu chuẩn Nhật Bản
Các cấp độ trong "Thép đúc chịu nhiệt" JISG5122-2003 về cơ bản giống với Tiêu chuẩn ASTM của Mỹ.
6) Tiêu chuẩn Nga
Có 19 loại thép đúc chịu nhiệt được quy định trong GOST 977-1988, bao gồm thép chịu nhiệt có hàm lượng crom trung bình và thép chịu nhiệt có hàm lượng crom cao.
Ảnh hưởng của thành phần hóa học đến tuổi thọ của thép chịu nhiệt
Có khá nhiều nguyên tố hóa học có thể ảnh hưởng đến tuổi thọ của thép chịu nhiệt. Những tác dụng này được thể hiện ở việc tăng cường độ ổn định của cấu trúc, ngăn ngừa quá trình oxy hóa, hình thành và ổn định austenite và chống ăn mòn. Ví dụ, các nguyên tố đất hiếm, là nguyên tố vi lượng trong thép chịu nhiệt, có thể cải thiện đáng kể khả năng chống oxy hóa của thép và thay đổi tính dẻo nhiệt. Các vật liệu cơ bản của thép và hợp kim chịu nhiệt thường chọn kim loại và hợp kim có điểm nóng chảy tương đối cao, năng lượng kích hoạt tự khuếch tán cao hoặc năng lượng lỗi xếp chồng thấp. Các loại thép chịu nhiệt và hợp kim nhiệt độ cao khác nhau có yêu cầu rất cao trong quá trình nấu chảy, bởi vì sự hiện diện của tạp chất hoặc một số khuyết tật luyện kim nhất định trong thép sẽ làm giảm giới hạn độ bền của vật liệu.
Ảnh hưởng của công nghệ tiên tiến như xử lý dung dịch đến tuổi thọ của thép chịu nhiệt
Đối với vật liệu kim loại, việc sử dụng các quy trình xử lý nhiệt khác nhau sẽ ảnh hưởng đến cấu trúc và kích thước hạt, từ đó làm thay đổi mức độ khó kích hoạt nhiệt. Trong phân tích lỗi đúc, có nhiều yếu tố dẫn đến lỗi, chủ yếu là mỏi nhiệt dẫn đến hình thành và phát triển vết nứt. Tương ứng, có một loạt các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành và lan truyền của vết nứt. Trong đó, hàm lượng lưu huỳnh cực kỳ quan trọng vì các vết nứt hầu hết phát triển dọc theo sunfua. Hàm lượng lưu huỳnh bị ảnh hưởng bởi chất lượng của nguyên liệu thô và quá trình nấu chảy của chúng. Đối với vật đúc làm việc trong môi trường bảo vệ bằng hydro, nếu hydro sunfua có trong hydro thì vật đúc sẽ bị lưu huỳnh hóa. Thứ hai, việc xử lý dung dịch phù hợp sẽ ảnh hưởng đến độ bền và độ dẻo dai của vật đúc.
