Если честно, многие до сих пор путают жаростойкость с жаропрочностью, а это принципиально разные вещи. На моей практике был случай, когда на заводе ?Красный Октябрь? пытались использовать обычный серый чугун для деталей печной арматуры, работающих при 600°C - через три месяца получили деформацию с трещинами. Именно тогда я всерьёз задумался, что жаростойкость чугуна зависит не от единичного параметра, а от комплекса факторов: структуры металлической основы, типа графитных включений и, что важно, от условий эксплуатации.
Когда начинаешь резать образцы после термических испытаний, видишь интересную картину: чугун с пластинчатым графитом показывает окалину уже при 550°C, а вот высокопрочный чугун с шаровидным графитом держится до 700°C. Но здесь есть нюанс - если в составе есть молибден хотя бы 0.5%, то температурный порог смещается на 50-70°C выше. Мы в лаборатории ООО Шаньдун Синькэсинь Новые Материалы Технологии как-то проводили сравнительные испытания образцов с разным содержанием кремния, и оказалось, что оптимально 2.8-3.2% Si для работы в диапазоне 600-750°C.
На практике часто недооценивают влияние циклического нагрева. Помню, для термической печи на одном из металлургических комбинатов делали поддоны - сначала использовали ЧХ16, но они пошли трещинами после 200 циклов ?нагрев-охлаждение?. Пришлось переходить на ЧН20Х2 с добавлением никеля, хотя это и дороже. Кстати, на сайте https://www.xinkexin.ru мы как раз размещали техни отчёт по этому случаю, с микроструктурными исследованиями.
Интересно, что иногда помогает не изменение марки чугуна, а поверхностная обработка. Например, алитирование даёт прирост в 100-150°C к рабочей температуре, но только если нет ударных нагрузок. В общем, как показывает практика нашей компании, специализирующейся на огнеупорных материалах, универсального решения нет - каждый случай нужно рассматривать отдельно.
Чаще всего ошибаются, когда пытаются сэкономить на легировании. Видел как-то проект, где для деталей газового тракта взяли СЧ25 вместо Чугун ЧХ28 - экономия 30% обернулась заменой всего узла через полгода. Хотя по паспорту температурные характеристики были близки, но не учли воздействие сернистых соединений в газе.
Ещё один момент - многие забывают про ползучесть. Жаростойкий чугун может не окисляться, но медленно деформироваться под нагрузкой при высоких температурах. Мы как-то тестировали образцы под нагрузкой 2 МПа при 650°C - некоторые марки давали деформацию 1.5% уже за 500 часов.
Особенно сложно подбирать материалы для комбинированных нагрузок. Например, для печных рольгангов, где кроме температуры есть ещё и механическое воздействие. Здесь обычно идёт компромисс между жаростойкостью чугуна и его прочностными характеристиками. В таких случаях мы в ООО Шаньдун Синькэсинь Новые Материалы Технологии часто рекомендуем чугун ЧН19Х3Ш, хотя он и дороговат.
В коксохимическом производстве совсем другие требования - там важна стойкость к термическим ударам. Работал с одной батареей коксовых печей, так там использовали специальный низкоуглеродистый чугун с добавками хрома и никеля. Интересно, что немецкие аналоги выдерживали меньше циклов, чем наши отечественные разработки, хотя по химическому составу были похожи.
Для термического оборудования часто критична стабильность размеров. Помню, делали опорные балки для печи отжига - сначала взяли стандартный жаростойкий чугун, но после 3000 часов работы появился прогиб 4 мм на метр длины. Пришлось пересматривать технологию литья, добавлять отжиг для снятия остаточных напряжений.
В последнее время много экспериментируем с кремнийсодержащими чугунами для температур до 900°C. Но здесь есть сложность - при содержании Si выше 4% резко падает обрабатываемость. Приходится искать баланс между составом и технологичностью изготовления деталей.
Часто одно и то же химический состав показывает разную жаростойкость чугуна только из-за различий в технологии литья. Видел как на одном заводе чугун ЧХ16 из разных партий имел разницу в сроке службы в 1.5 раза. Оказалось, дело в скорости охлаждения отливок - медленное охлаждение давало более крупные графитные включения, что снижало стойкость к окалинообразованию.
Модифицирование магнием тоже влияет по-разному. Если переборщить с модификатором, получается перлитная структура с избыточным карбидом, что плохо для термостойкости. Оптимально, когда сохраняется ферритная основа с шаровидным графитом.
Интересный эффект наблюдали при использовании разных футеровочных материалов в литейных формах. Керамические формы от ООО Шаньдун Синькэсинь давали меньший перегрев поверхности отливки, соответственно, меньше выгорал кремний. Это особенно важно для тонкостенных деталей печной арматуры.
Сейчас активно изучаем композитные материалы на основе чугуна - например, с керамическими включениями. В наших исследованиях, которые мы проводим в рамках деятельности по разработке новых материалов, такие композиты показывают прирост жаростойкости на 15-20% по сравнению с традиционными марками.
Из последнего практического опыта - работали над узлом загрузки доменной печи, где требовалась стойкость к 850°C в течение длительного времени. После нескольких неудачных попыток с легированными чугунами остановились на варианте с поверхностным напылением жаростойкого покрытия. Решение оказалось удачным - детали работают уже больше года без замены.
Кстати, на сайте https://www.xinkexin.ru мы как-то публиковали результаты испытаний разных марок для цементационных печей. Там хорошо видно, как ведут себя различные чугуны при длительном воздействии температур 750-800°C. Интересно, что некоторые образцы с высоким содержанием хрома показали себя хуже, чем с комбинированным легированием хромом и алюминием.
В целом, если обобщить мой опыт, то главное в вопросе жаростойкости чугуна - не гнаться за максимальными температурами по паспорту, а подбирать материал под конкретные условия работы. Иногда простой серый чугун с правильной геометрией детали служит дольше, чем дорогой легированный, но с конструктивными недостатками.
