PN-EN 10302:2009 – Stale, stopy niklu i kobaltu żarowytrzymałe

PN-EN 10302:2009  – Stale, stopy niklu i kobaltu żarowytrzymałe – określa wymagania techniczne dotyczące materiałów przeznaczonych do długotrwałej pracy w podwyższonych temperaturach. Norma obejmuje stale martenzytyczne, stale austenityczne oraz specjalistyczne stopy niklu i kobaltu, wykorzystywane w elementach maszyn, urządzeń energetycznych oraz instalacji przemysłowych.

Podstawowym wymaganiem stawianym tym materiałom jest zachowanie odpowiedniej wytrzymałości mechanicznej i odporności na pełzanie podczas długotrwałego działania temperatury oraz obciążeń mechanicznych.

Zakres normy EN 10302:2009

Norma EN 10302 obejmuje stale i stopy metali przerabiane plastycznie, przeznaczone do produkcji wyrobów hutniczych stosowanych w warunkach wysokotemperaturowych.

Określa warunki techniczne dostawy następujących wyrobów:

• Półwyroby hutnicze.
• Blachy i płyty walcowane na gorąco lub zimno.
• Taśmy stalowe i stopowe.
• Pręty walcowane, kute lub ciągnione.
• Walcówka i druty.
• Kształtowniki i profile.

Wymagania normy odnoszą się między innymi do składu chemicznego, właściwości mechanicznych, stanu dostawy, kontroli jakości oraz badań materiałowych.

Czym jest żarowytrzymałość?

Żarowytrzymałość oznacza zdolność materiału do przenoszenia obciążeń mechanicznych podczas długotrwałej pracy w podwyższonej temperaturze.
Jednym z najważniejszych zjawisk występujących w takich warunkach jest pełzanie materiału. Polega ono na stopniowym, zależnym od czasu odkształcaniu się metalu pod wpływem działających naprężeń.
Zjawisko pełzania może występować również wtedy, gdy naprężenia nie przekraczają granicy plastyczności określonej w temperaturze pokojowej. Podczas wieloletniej eksploatacji elementy instalacji mogą stopniowo zmieniać swoje wymiary i właściwości mechaniczne.
Materiały objęte normą EN 10302 dobiera się tak, aby zapewnić odpowiednią odporność na odkształcenia oraz uszkodzenia związane z długotrwałym oddziaływaniem temperatury i obciążeń mechanicznych.

Podział materiałów według EN 10302

Norma EN 10302:2008 obejmuje łącznie 35 gatunków materiałów, podzielonych na cztery podstawowe grupy.

Stale martenzytyczne żarowytrzymałe

Stale martenzytyczne charakteryzują się wysoką wytrzymałością mechaniczną oraz możliwością uzyskania odpowiednich właściwości przez obróbkę cieplną.
Zawierają między innymi chrom, molibden, wanad, niob oraz inne dodatki stopowe wpływające na ich właściwości w podwyższonych temperaturach.
Materiały te znajdują zastosowanie w elementach maszyn, urządzeniach energetycznych i instalacjach przemysłowych narażonych na długotrwałe obciążenia mechaniczne i cieplne.
Przykładowe gatunki: 1.4903, 1.4922, 1.4923, 1.4935 i 1.4938.

Stale austenityczne żarowytrzymałe

Stale austenityczne wyróżniają się korzystnym połączeniem plastyczności, wytrzymałości oraz stabilności strukturalnej w podwyższonych temperaturach.
Podstawowymi pierwiastkami stopowymi są chrom i nikiel. W zależności od gatunku stosowane są również dodatki molibdenu, niobu, tytanu, wolframu, boru i azotu.
Materiały te wykorzystywane są w elementach pieców przemysłowych, urządzeń grzewczych, instalacjach technologicznych oraz częściach maszyn pracujących w wysokiej temperaturze.
Przykładowe gatunki: 1.4941, 1.4951, 1.4958, 1.4959 i 1.4980.

Stopy niklu żarowytrzymałe

Stopy niklu stanowią grupę zaawansowanych materiałów przeznaczonych do pracy w wymagających warunkach temperaturowych i mechanicznych.
Wysoka zawartość niklu w połączeniu z chromem, molibdenem, kobaltem, tytanem, aluminium i innymi dodatkami umożliwia uzyskanie wysokiej wytrzymałości, odporności na utlenianie oraz korzystnej stabilności w podwyższonych temperaturach.
W zależności od składu chemicznego i struktury materiały te mogą być umacniane roztworowo lub wydzieleniowo.
Przykładowe gatunki objęte normą:

• Alloy 333 – 2.4608.
• Nimonic 90 – 2.4632.
• Alloy 602 CA – 2.4633.
• Alloy 690 – 2.4642.
• Waspaloy – 2.4654.
• Inconel 617 – 2.4663.
• Hastelloy X – 2.4665.
• Inconel 718 – 2.4668.
• Inconel X-750 – 2.4669.
• Nimonic 80A – 2.4952.

Stopy kobaltu żarowytrzymałe

Stopy kobaltu wykorzystywane są w wybranych zastosowaniach wymagających wysokiej wytrzymałości w podwyższonych temperaturach oraz odporności na utlenianie.
Norma EN 10302:2008 obejmuje gatunek CoCr20W15Ni – 2.4964, znany jako Haynes 25 lub Alloy L-605.

Pełen wykaz gatunków normy EN 10302

Wymagania techniczne określone w EN 10302

Skład chemiczny

Norma określa wymagane zakresy zawartości pierwiastków stopowych oraz dopuszczalne zawartości określonych pierwiastków towarzyszących dla poszczególnych gatunków materiałów.

Właściwości mechaniczne

W zależności od gatunku, postaci wyrobu i stanu dostawy podawane są wymagania dotyczące wytrzymałości na rozciąganie, granicy plastyczności, wydłużenia i innych parametrów mechanicznych.

Właściwości w podwyższonych temperaturach

Norma zawiera dane dotyczące zachowania materiałów podczas pracy w wysokich temperaturach, w tym informacje związane z odpornością na pełzanie i długotrwałą wytrzymałością.

Stan dostawy

Poszczególne gatunki mogą być dostarczane w odpowiednich stanach po obróbce cieplnej, między innymi po ulepszaniu cieplnym, przesycaniu lub utwardzaniu wydzieleniowym.

Kontrola jakości i badania

Norma określa zasady kontroli materiałów, wymagania dotyczące badań, identyfikacji, oznakowania oraz dokumentacji odbiorowej.

EN 10302 a EN 10095 – podstawowe różnice

Obie normy dotyczą materiałów przeznaczonych do pracy w podwyższonych temperaturach, jednak koncentrują się na odmiennych właściwościach.

Niektóre materiały wykazują jednocześnie żaroodporność i żarowytrzymałość, jednak ich dobór powinien uwzględniać rzeczywiste warunki eksploatacji.

Zastosowanie materiałów według EN 10302

Stale oraz stopy niklu i kobaltu objęte normą EN 10302 znajdują zastosowanie między innymi w:

• Urządzeniach energetycznych i instalacjach wysokotemperaturowych.
• Elementach turbin i maszyn przemysłowych.
• Piecach przemysłowych i urządzeniach do obróbki cieplnej.
• Instalacjach petrochemicznych i chemicznych.
• Elementach konstrukcyjnych wymagających odporności na pełzanie.
• Urządzeniach pracujących pod długotrwałym obciążeniem mechanicznym i cieplnym.

Właściwy dobór gatunku wymaga określenia temperatury eksploatacji, naprężeń, przewidywanego czasu pracy oraz warunków środowiskowych.

Oznaczenia materiałów według EN 10302

Materiały wymienione w normie identyfikowane są za pomocą oznaczeń chemicznych oraz numerów materiałowych.

Oznaczenia chemiczne informują o podstawowych składnikach stopowych, natomiast numery materiałowe umożliwiają identyfikację konkretnych gatunków w europejskim systemie oznaczeń.

PN-EN 10302:2009 – polskie wdrożenie normy

W Polsce europejska norma EN 10302:2008 została wdrożona jako PN-EN 10302:2009 – Stale, stopy niklu i kobaltu żarowytrzymałe.
Norma stanowi podstawę do określania wymagań technicznych dla objętych nią wyrobów hutniczych, w szczególności w zakresie składu chemicznego, właściwości mechanicznych, stanu dostawy i kontroli jakości.
Przy zamawianiu materiałów należy określić:

• Gatunek i numer materiałowy.
• Właściwą normę techniczną.
• Rodzaj i wymiary wyrobu.
• Wymagany stan dostawy.
• Wymagania dotyczące badań i dokumentacji odbiorowej.

Podsumowanie normy EN 10302

Norma EN 10302:2009 określa wymagania dotyczące 35 gatunków stali oraz stopów niklu i kobaltu przeznaczonych do wymagających zastosowań wysokotemperaturowych.

Obejmuje stale martenzytyczne, stale austenityczne, superstopy niklu oraz stop kobaltu. Właściwy dobór gatunku i warunków dostawy ma istotne znaczenie dla trwałości oraz bezpieczeństwa eksploatacji urządzeń przemysłowych.