Котловая сталь что это такое
Мечта многих производителей мангалов – это делать жаровни из такого металла, которые бы не ржавели, не выгорали, не деформировались как минимум 100500 лет. А где такой металл взять? Большинство диванных экспертов сходится во мнении, что идеально использовать если не “нержавейку”, то хотя бы “котловую сталь”.
Котловая сталь – это сталь для деталей котельных установок, работающих при повышенных температурах, в контакте с водяной и паровой средами. Применяется для производства корпусов котлов и резервуаров, цистерн для перевозки сжиженных газов, нефтепродуктов и других жидких и газообразных грузов; изготовление фитингов, запорной арматуры и других вспомогательных элементов для оборудования, работающего под давлением.
Перечислять марки котловой стали можно долго:
P235GH, P265GH, P295GH, P355GH, 16Mo3, P275NH, P275NL1, P355N, P355NH, P275NL1, P275NL2, P355NL1, P355NL2, P460NH, P460NL1,P460NL2, P355M, P355ML, P355ML2, P420M, P420ML, P420ML2, P460M, P460ML, P460ML2, P235S, P265S, P275SL, P440NJ4, 151-430A,151-430B, 161-430A, 161-430B, 223-490A, 223-490B, 224-460A, 13CrMo4-5, 13MnNi6-3, 224-460B, 224-490A, 224-490B, A, B, C, 55, 60, 65, 70, B, F, Q, 15К, 16K, 18K, 20K, 22К, 09Г2С, 16ГС, 10Г2С, 12ХМ, 17ГС, 17Г1С, 10Х2М, 14ХГС, 17Г1С-У, 13Г1С, 12Х1МФ и т.д. и т.п.
А из которой же лучше делать мангал?
На форумах рекомендуют, что в мангалах надо использовать легированные марганцовистые стали, например, 09Г2С, 10Г2, 17ГС, обуславливая тем, что эти стали создавались для работы при температурах от -70 до +425°С. То есть плюс в том, что такая сталь износостойкая и не поддаётся температурной деформации в рассчитанных диапазонах. И на рынке мангалов достаточно примеров, кто уже делает мангалы из этих сталей. Но оправдано ли это?
Нет. Мангалы как ржавели, так и продолжают ржаветь. Как прогорали, так и продолжают прогорать. Может чуть-чуть меньше, но овечка выделки не стоит. Если “котловая сталь” была бы такой чудесной, что не корродировала, то её бы сейчас везде использовали, особенно автопроизводители, у которых машины “цветут” лучше, чем цветы.
Энциклопедичный пример использования “котловой стали” в мангале – это модель изделия “Буран-2” от производителя знаменитый печек “Бренеран”/”Булерьян”. Мангал делается из той же стали, что и печки. Постояв на улице под дождём, побывав в эксплуатации, изделие покрывается коррозией. И если ржавчину ежегодно не счищать и не обновлять краску, то срок эксплуатации мангала под открытым небом ограничен 5-6 годами.
Шашлыки на мангале Буран-2.
Между прочим если из мангала вычищать золу, держать его в сухом месте, то спустя время Буран-2 можно перепродать – вид у него будет потрёпанный, но геометрию свою он сохраняет за счёт ребер жесткости на боках изделия, но никак не из-за используемой марки стали.
Буран-2 б/у с доски объявлений Авито Буран-2 б/у с доски объявлений Авито
А вот для сравнения мангал “Витос” массового производства, который делают из обычной стали марки СТ-3, фото также с доски Авито. Его хозяева “кочегарили” так, что даже ручки у шампуров подгорели.
Мангал Витос б/у с доски объявлений Авито.
Или вот мангал “Компакт Люкс” из стали СТ-3, который используется хозяевами как подставка для банок, так он вообще выглядит как новый, потому что не применяется по прямому назначению. Тоже с доски объявлений Авито.
Мангал “Компакт Люкс” б/у с доски объявлений Авито.
Вывод такой, что желание производить мангалы из сталей таких как “котловая” – это маркетинговый ход, пользы от этого ни покупателям, ни производителям нет. А для того, чтоб избежать ржавчины нужно использовать более коррозиестойкие и огнестойкие марки сталей, которые соответственно стоят в два-три раза дороже. Или не жарить шашлыки вообще.
Котловая сталь для мангала хорошее, но не лучшее решение
Классификация сталей, применяемых в котлостроении
Все материалы по химической основе делятся на две основные группы – металлические и неметаллические. К металлическим относятся металлы и их сплавы. Металлы составляют более 2/3 всех известных химических элементов.
В свою очередь, металлические материалы делятся на черные и цветные. К черным относятся железо и сплавы на его основе – стали и чугуны. Все остальные металлы относятся к цветным. Чистые металлы обладают низкими механическими свойствами по сравнению со сплавами и поэтому их применение ограничивается теми случаями, когда необходимо использовать их специальные свойства (например, магнитные или электрические).
Практическое значение различных металлов не одинаково. Наибольшее применение в технике приобрели черные металлы. На основе железа изготавливают более 90 % всей металлопродукции. Однако цветные металлы обладают целым рядом ценных физико-химических свойств, которые делают их незаменимыми. Из цветных металлов наибольшее промышленное значение имеют алюминий, медь, магний, титан и др.
Кроме металлических, в промышленности значительное место занимают различные неметаллические материалы – пластмассы, керамика, резина и др. Их производство и применение развивается в настоящее время опережающими темпами по сравнению с металлическими материалами. Но использование их в промышленности невелико (до 10 %) и предсказание тридцатилетней давности о том, что неметаллические материалы к концу века существенно потеснят металлические, не оправдалось.
Конструкционные материалы предназначены для изготовления деталей и конструкций, работающих под механическими нагрузками. Основное требование к конструкционным материалам – не разрушаться и не деформироваться при эксплуатации. Кроме того, материалы должны быть экономичными (недорогими, недефицитными) и технологичными, т.е. из них должно быть технически возможно изготовить нужное изделие с минимальными затратами труда и энергии.
В современной технике используются следующие группы конструкционных материалов:
1) металлы и их сплавы;
2) полимеры (пластмассы);
5) композиционные материалы.
В котло-реакторостроении широко применяются чёрные и цветные металлы, их сплавы, неметаллические материалы.
На современном этапе развития техники в наибольшей степени удовлетворяют требованиям быть прочными, надежными, долговечными – и одновременно технологичными и экономичными – металлы и сплавы.
Композиционные материалы все шире используются в самых разных областях, но все же пока они дороги и технология их производства сложна. Поэтому до 80 % объема всех выпускаемых конструкционных материалов составляют металлы.
В котло- и реакторостроении они являются основными материалами для машин и конструкций. Поэтому мы будем рассматривать технологию производства изделий из металлов и технологию получения самого металла.
Например, котельная сталь–это сталь для деталей котельных установок, работающих при повышенных температурах, в контакте с водяной и паровой средами.
От котельной стали требуется удовлетворительная характеристика жаростойкости, включающая сопротивление ползучести и длительности выдержки характеристик при высокой температуре;
- прочность; пластичность, в условиях длительногонагружения;
- устойчивость противоокалино-образования, водяной и паровой коррозии и др.;
- стабильность свойств при данной температуре;
- релаксационная стойкость при данной температуре (для крепежных деталей);
- устойчивость при повторных нагрузках;
- малая склонность к старению, графитизации и сфероидизации.
При выборе марок котельной стали обычно учитывают условия, при которых должны работать соответствующие детали: температуру, напряжение, срок службы и допустимую деформацию за этот срок.
В зависимости от условий эксплуатации в качестве котельной стали используются:
- углеродистая сталь низколегированнаясталь;
- легированная сталь перлитного и аустенитного классов.
Малоуглеродистая и низколегированная стали выплавляются в мартеновских печах и поставляются в горячекатаном состоянии, термообработка (нормализация или нормализация с отпуском) производится по требованию заказчика.
Стали листовые для котлов и сосудов, работающих под давлением, применяют для изготовления паровых котлов, судовых топок, камер горения газовых турбин и других деталей. Они должны работать при переменных давлениях и температуре до 450°С. Кроме того, котельная сталь должна хорошо свариваться. Для получения таких свойств в углеродистую сталь вводят технологическую добавку (титан) и дополнительно раскисляют ее алюминием. Выпускают следующие марки углеродистой котельной стали 12К, I5K, 16К, 18К, 20К, 22К с содержанием в них углерода от 0,08 до 0,28%. Эти стали поставляют в виде листов с толщиной до 200 мм и поковок в состоянии после нормализации и отпуска.
Широко применяются в котлостроении чугуны, но только для изготовления деталей, не подверженных значительному давлению среды.
Например, ковкий чугун марок КЧ 30 – 6, КЧ – 37 – 12 или КЧ 60 – 3. Котлы из этого ковкого чугуна используют при производстве пароводяной арматуры с давлением среды до 4 Мпа и температурой до 300 0 С.
Серый чугун с пластинчатым графитом марок СЧ 20, СЧ 30. Из серого чугуна изготавливают колонки дистанционного управления, корпуса приводных устройств арматуры, втулки шпинделя, маховики запорной арматуры и др. детали котлостроения.
Высокопрочный чугунприменяют вместо стали или ковкого чугуна для изготовления ответственных деталей.
Легированный чугунприменяют для отливок повышенной жаропрочности: паровые котлы, работающие при высоких температурах топочных газов, не находящихся под давлением. Из легированного чугуна получают детали подвесок труб перегревателей, экономайзера, пылеугольных горелок, колосников и др. Чугун может легироваться хромом от 0,4 до 34 % и использован при температуре 1100 0 С. Марок ЧХ 1, ЧХ 2, ЧХ 22 и т.д. Чугун может быть легирован кремнием от 4,5 до 18 %, в этом случае он маркируется ЧС 5 и пр. Наиболее жаростойкие марки чугунов легируют алюминиемот 0,6 до 31 %, или хромом и кремнием одновременно.
Материалы, из которых строят реакторы, работают при высокой температуре в поле нейтронов, γ-квантов и осколков деления. Поэтому для реакторостроения пригодны не все материалы, применяемые в других отраслях техники. При выборе реакторных материалов учитывают их радиационную стойкость, химическую инертность, сечение поглощения и другие свойства.
| Материал | Плотность, г/см³ | Макроскопическое сечение поглощения Εм−1 | |
| тепловых нейтронов | нейтронов спектра деления | ||
| Алюминий | 2,7 | 1,3 | 2,5×10 −3 |
| Магний | 1,74 | 0,14 | 3×10 −3 |
| Цирконий | 6,4 | 0,76 | 4×10 −2 |
| Нержавеющаясталь | 8,0 | 24,7 | 1×10 −1 |
У большинства материалов прочностные свойства резко ухудшаются с увеличением температуры. В энергетических реакторах конструкционные материалы работают при высоких температурах. Это ограничивает выбор конструкционных материалов, особенно для тех деталей энергетического реактора, которые должны выдерживать высокое давление.
Металлы, применяемые в котельной технике. Основные марки стали, применяемые в котельной технике
Из общего числа известных в данное время 106 химических элементов 85 относятся к группе металлов (железо,медь, алюминий, молибден и пр.), последние — к группе неметаллов (углерод, кислород, сера, фосфор и пр.).
Металлами называются химические элементы, определяющими признаками которых являются: свойство коваться, вытягиваться в нить и провод, свариваться, проводить тепло и электрический ток.
Неметаллы — химические элементы, которые не имеют таких свойств.
Чистые металлы в технике почти не используются. Большая часть металлов используется в виде сплавов.
Сплавом называется состав любого химического элемента с другими химическими элементами. В состав сплавов входят металлы и неметаллы.
Сплавы железа с углеродом и другими элементами образовывают группу черных металлов. К черным металлам относятся сталь и чугун, которые используются для изготовления элементов паровых и водонагревательных котлов, а также трубопроводов, арматуры и гарнитуры котельных.
Сталью называется сплав железа с углеродом при количестве углерода в сплаве меньше 2%.
В машиностроении используются углеродные и легированные стали, то есть такие, в которых для улучшения механических и физико- химических свойств прибавляются другие металлы.
Углеродистые стали более дешевые, чем легированные и поэтому широко используются. Они в зависимости от содержимого вредных примесей, способа выплавки и степени однородности свойств разделяются на стали обычного качества и качественные стали.
Легированные стали разделяются на:
- низколегированные (до 3,5 - 4% легирующих элементов);
- среднелегированные (4 - 10% легирующих элементов);
- высоколегированные (более 10% легирующих элементов). В роли легирующих элементов используют: молибден (М), никель (Н), ванадий (Ф), вольфрам (В), алюминий (Ю), марганец (Г), кремний (С), ниобий (Б), бор (Р), хром (Х), титан (Т).
30ХМ — низколегированная хромомолибденовая сталь со средним содержанием углерода 0,30%, хрома до 1% и молибдена до 1%.
12Х2МВ — низколегированная сталь со средним содержимым углерода 0,12%, хрома 2%, молибдена до 1% и вольфрама до 1%.
По способу получению стали подразделяются на: конверторные, мартеновские и электростали.
Чугуном называется сплав железа с углеродом при количестве углерода в сплаве более 2% (до б). Кроме углерода в чугуне есть примеси марганца, серы и фосфора.
Основным материалом для получения чугуна является железная руда. Чугун выплавляется в доменных печах.
Чугун в зависимости от физико-химических и специальных свойств разделяется на серый, ковкий, жароустойчивый и высокопрочный.
СЧ-12-28 — серый чугун, который имеет границу прочности при растягивании.
КЧ-30-6 — ковкий чугун, который имеет границу прочности при сгибании 30 кгс/мм 2 и относительное удлинение при растягивании 6%.
ВЧ-45-10 — высокопрочный чугун, который имеет границу прочности при сгибании 45 кгс/мм 2 и относительное удлинение при растягивании 10%.
Цветные металлы на котельных используются для изготовления деталей арматуры и автоматики.
Наибольшее распространение имеют:
алюминий — провода, детали автоматики;
медь — провода, импульсные линии датчиков автоматики;
бронза — детали арматуры;
латунь — трубки водоподогревателей, детали автоматики.
Латунью называется сплав меди с цинком (до 45%), а также иногда с легирующими добавками А1, Мn, Sn, Рb и других элементов, повышающих прочность, антикоррозийность и плавкие свойства.
Бронзой называется сплав на основе меди с добавлением олова, алюминия, свинца, кремния, берилия.
Сталь для паровых котлов
Наиболее подходящим материалом для изготовления паровых котлов являются углеродистые и легированные стали, в состав которых входят: хром, никель, ванадий, молибден, вольфрам и т.д. Благодаря этим дорогостоящим элементам сталь приобретает все необходимые свойства, которые требуются для оборудования котельных. Надо отметить, что часть парового оборудования состоит из элементов и деталей, к которым применяется сварка. А потому, здесь широко используются малоуглеродистые стали ферритного класса, например, Ст.20, обладающая хорошей коррозионной стойкостью, прочностью и свариваемостью, которая хорошо проявляет себя в условиях температуры до 450 °С.
Еще в паровых котельных также используются стали перлитного класса, а именно низколегированные углеродистые стали, такие как 15ХМ, 12МХ. Это жаропрочные стали, которые хорошо выдерживают высокий температурный режим, устойчивы к ползучести и не окисляются при температуре вплоть до температуры 580 °С. Свойствами тугоплавкости и устойчивостью к окалинообразованию и окислению котельные стали обязаны добавкам молибдена, хрома, кремния и алюминия. На деталях парового оборудования, работающего при более высоких температурах, в режиме перегретого пара, используются также недорогие низколегированные хромомолибденовые стали, дополнительно легированные ванадием (0.2-0,3%) для увеличения предела ползучести металла.
Жаропрочные стали
Среди жаропрочных сталей для изготовления котлов широко применяются хромомолибденовые стали 15Х1МФ и 12Х1МФ. Имея в своём составе хром (1%), молибден (0,3%) и ванадий (0,2%) сталь 12Х1МФ обладает высоким пределом ползучести и выдерживает температурный режим до 570 °C. Её также применяют при изготовлении деталей пароперегревательных труб, труб и коллекторов установок высокого давления, для паропроводов, цилиндров газовых турбин и др.
Для изготовления труб пароперегревателя применяют перлитную сталь 12М2МФСР - более окалиностойкую и жаропрочную. Для элементов, работающих при температурах перегретого пара до 650 °С применяют высоколегированную сталь аустенитного класса. Дело в том, что аустенитные хромоникелевые и хромоникелемарганцевые стали являются особенно жаропрочными и окалиностойкими. Содержание в них никеля и хрома достигает 30%, а прибавки из титана и ниобия добавляют сплавам устойчивость к интеркристаллитной коррозии.
Особенно хочется отметить сталь 12Х18Н12Т, которая имеет более чистую аустенитную структуру, за счет чего проявляет особенно высокие жаропрочные свойства.
Ну и конечно, говоря о паровых котельных, нельзя не сказать и о сером чугуне. Серый чугун - СЧ широко применяется в условиях влажного перегретого пара, поскольку проявляет достаточно высокую стойкость к окалирообразованию во влажной и горячей среде. Это литейный металл, поэтому из него можно отливать лючки, арматуру для крепления, подвески обмуровки, взрывные клапаны, элементы топочных устройств и другие детали. Рекомендуемая рабочая температура чугуна СЧ (СЧ20) составляет 250-350 °С. Для повышения окалиностойкости серого чугуна, его легируют кремнием и др. элементами.
Читайте также: