Виды жаропрочных сталей для котлов

Неравномерное расширение деталей, тяжесть обмуровки, высокое давление, опасные температуры - все это условия, в которых работают котлы. Отсюда вытекает острая необходимость в выборе подходящего материала изготовления. Далее мы разберемся, из чего производят котлы на отработке, а также почему используются именно эти сплавы.

Котловая сталь

Сталь – это основной материал изготовления котельных установок. Помимо жаростойкости, к ней предъявляют следующие требования:

• свариваемость (необходима для безопасной эксплуатации);
• антивандальность (стойкость к механическим повреждениям);
• однородность (устраняются трещины и дефекты в структуре материала);
• износостойкость (влияет на то, как долго материал сохраняет свои свойства);
• вязкость (от нее зависит не поменяются ли свойства при постоянных нагрузках).

Так как сталь в чистом виде не обладает перечисленными свойствами, в нее добавляют сторонние элементы. Этот процесс называется легированием. Именно он определяет конечные свойства материала и марку котловой стали. О том, что конкретно было добавлено и в каком количестве, сообщает сорт.

Виды и особенности жаропрочных сталей

Для производства котлов используют перлитный и аустенитный класс стали. Внешне они отличаются цветом. Перлитный класс имеет темный оттенок, а аустенитный светлый.

Перлитная сталь делится на углеродистую и низколегированную. Углеродистая характеризуется кремнием, марганцем и углеродом в составе. Также допускается применение небольшого количества фосфора (иногда его заменяют серой). Элементы из углеродистой стали рассчитаны на использование при температуре до 450 °C. Низколегированные стали выдерживают более высокие температуры. Это достигается путем добавления никеля, хрома и молибдена.

Аустенитные котловые стали самые дорогие. Они обладают антикоррозийным свойством, из-за чего их часто называют нержавеющими. Также аустенитные стали жаропрочные. Они выдерживают температуру до 660 °C. Получение таких свойств достигается путем добавления хрома и никеля.

Также отдельно можно отметить марку особо прочной котловой стали 09г2с.

Ключевые преимущества котловой стали относительно чугуна

Главными достоинствами выступают:

• Большое количество доступных моделей. По причине высокого спроса производители выпускают множество отопительных котлов. Вы наверняка найдете оборудование, подходящее для конкретно ваших целей.
• Относительно низкая стоимость. В сравнении с чугунными изделиями цена на стальные котлы ниже примерно в 1,5 раза. Также на рынке присутствуют стальные модели, стоимость которых ниже в 2 раза относительно чугунных.
• Большой объем загрузочной камеры. Это повышает удобство во время эксплуатации твердотопливных моделей. Оператору приходится реже подходить к оборудованию для загрузки новой порции пароводяной смеси.
• Увеличенная теплопроводность. Котлы, изготовленные из стали, быстрее нагреваются до установленной температуры. Также они лучше сохраняют тепло и выдерживают сильные температурные перепады.
• Сниженный вес. Меньшая масса оборудования позволяет сэкономить на транспортировке. Также с более легкими техническими агрегатами проще работать во время монтажа.
• Ударопрочность. Сколы, царапины, вмятины – все это не оставляется на поверхности стальных изделий. Даже небрежная эксплуатация не испортит состояние котельной установки.
• Хорошая свариваемость. Это свойство упрощает ремонтные работы в случае непредвиденной поломки. Причем починка возможна многократная.

Недостатки котловой стали

Из минусов выделяют 2 момента: сравнительно недолгий срок эксплуатации и подверженность прогоранию. Котловая сталь служит примерно 15 лет. У разных моделей этот показатель может отличаться на 2-3 года. Из-за прогорания материал теряет свою стойкость к коррозии. Это может привести к поломке оборудования.

Что лучше сталь или чугун

На этот вопрос нет однозначного ответа, так как оба сплава имеют положительные и отрицательные стороны. Чугун и сталь являются похожими материалами, ведь они изготавливаются из железа. Их главное отличие – разное содержание углерода в составе. Сталь имеет не более 2,14% углерода, а у чугуна этот показатель может составлять до 4,5%. От количества углерода прямо зависят свойства материала. Чем больше процент его содержания, тем более хрупким получится сплав. Поэтому нередки ситуации, когда чугунные изделия лопаются. Чаще всего это происходит из-за нарушений правил транспортировки или эксплуатации. Также к недостаткам чугунных котлов относят литую конструкцию. Она усложняет ремонтные работы, что делает их длительными и дорогостоящими.

Но к положительным сторонам чугуна относятся:

• Увеличенный срок службы. Он составляет от 20 до 25 лет. Конкретные значения разнятся от одной модели к другой.
• Компактные размеры. Это не только упрощает транспортировку, но и требует меньше свободного пространства в рабочем помещении.
• Меньшая чувствительность к накипи. Эта особенность увеличивает практичность и надежность чугунных котлов.

Как углерод влияет на сталь

С увеличением его содержания сплав получается более прочным. Но у этого есть обратная сторона – сплав становится менее пластичным. Он быстрее разрушается и легче деформируется. А это недопустимо для пароводяного оборудования. К примеру, во время защемления нижней экранной камеры возникновение дополнительного напряжения неизбежно. Это оказывает воздействие на экранные трубы, которые могут не выдержать нагрузки. Если они будут выполнены из высокоуглеродистой стали, то деформация и поломка данного узла является вопросом времени. Также высокое содержание углерода ухудшает свариваемость. Это усложняет проведение ремонтных работ в случае поломки.

Для производства котельных поверхностей, рабочая температура которых может достигать до 450 °C, используют марку стали 20. В своем составе она имеет не более 0,25% углерода. Для производства каркаса, который не подвергается высокому температурному воздействию, применяют сталь марки СТ.3. А для изготовления пароперегревателей используют марку 12Х1МФ. Она относится к низколегированному классу и имеет не более 0,15% углерода в составе.

Как марганец влияет на сталь

Включения марганца повышают прочные характеристики стали, но понижают ее пластичность. В этом он не отличается от углерода. Марганец используется для эффективного выведения серы. Его добавляют в небольших количествах (общее содержание составляет менее 1%) для образования шлака. Он легко удаляется, придавая сплаву необходимые эксплуатационные свойства. К примеру, барабаны котлов изготавливаются из марки стали 22К. Она как раз имеет от 0,75 до 1% марганца в составе.

Как кремний влияет на сталь

Кремний, как и предыдущие элементы, повышает прочность, но снижает пластичность стали. Он используется для раскисления. В ходе этого процесса из сплава удаляется значительное количество кислорода. Он снижается до уровня, при котором окислительные реакции становятся невозможными. Это делает металл для котлов стойким к окислению при высоких температурах. Также, как и марганец, кремний образует шлаки и поднимает их на поверхность.

Как хром влияет на сталь

Не отличаясь от других элементов, он повышает прочностные характеристики, но незначительно снижает пластичность. Хром используют для увеличения коррозийной стойкости. Он препятствует возникновению окисла и делает сплав невосприимчивым к магнитным силам. Также хром увеличивает жаропрочность.

Как хром влияет на сталь

В целях снижения себестоимости производители используют разные марки котловых сталей в конструкции. Никто не изготавливает котлы, все элементы которого выполнены из одного материала. Там, где допустимо производители экономят и используют более дешевые марки стали. В ответственных местах, где экономия может привести к аварии, применяют дорогостоящие материалы. К примеру, марки 10, 15, 15К и 20К используются в элементах с критическими рабочими показателями.

Также к популярным видам жаропрочных сталей для производства котлов относятся:

• ВСт3Гпс применяется в сварных конструкциях, а именно в качестве несущих элементов. Такие конструкции работают при температуре до 420 °C.
• ВСт3кп используются в котлах, характеризующихся низким давлением. Их рабочая температура не должна превышать 400 °C.
• 10 и 15 применяются в котлах высокого давления, рассчитанных на длительный срок эксплуатации. Максимальная температура составляет 450 °C.
• 12К и 16К используются в качестве мелких деталей, эксплуатация которых осуществляется при комнатной температуре.
• 15К и 20К применяется в корпусах, барабанах, днищах коллекторов, фильтрах водоподготовки и других элементах, работающих под давлением.
• 35 используется в соединительных элементах, к которым относятся болты, шпильки, фланцы и т.п.
• 25Л и 45Л используются в деталях, выполненных методом литья.