Stal 21HMF kotłowa konstrukcyjna stopowa – do pracy przy podwyższonych temperaturach chromowo-molibdenowo-wanadowa PN-75/H-84024, stal 21CrMoV5-7, 1.7709, stal 21CrMoV5-11, 1.8070
Porównanie składu stali 21HMF z zamiennikami 21CrMoV5-7, 1.7709, 21CrMoV5-11, 1.8070
| Gatunek stali | Norma | Skład chemiczny (%) | ||||||||
| C | Mn | Si | P | S | Cr | Ni | Mo | inne | ||
| 21HMF | PN | 0,17 0,25 | 0,30 0,50 | 0,30 0,60 | max 0,035 | max 0,035 | 1,20 1,50 | max 0,60 | 1,00 1,20 | V 0,25-0,35 |
| 21CrMoV5-7 1.7709 | DIN EN W.nr | 0,17 0,25 | 0,40 0,80 | max 0,40 | max 0,030 | max 0,030 | 1,20 1,50 | max 0,60 | 0,65 0,80 | V 0,25-0,35 Al max 0,03 |
| 21CrMoV5-11 1.8070 | DIN W.nr | 0,17 0,25 | 0,30 0,60 | 0,30 0,60 | max 0,035 | max 0,035 | 1,20 1,50 | max 0,60 | 1,00 1,20 | V 0,25-0,35 |
| 20 CDV 5-07 20CDV5-07 | AFNOR | 0,17 0,24 | 0,25 0,50 | max 0,50 | max 0,015 | max 0,015 | 1,10 1,50 | max 0,50 | 0,50 0,80 | V 0,15-0,35 |
| 21CrMoV511SW | ONORM | 0,17 0,25 | 0,30 0,50 | 0,30 0,60 | max 0,035 | max 0,035 | 1,20 1,50 | – | 1,00 1,20 | V 0,25-0,35 |
Stal 21HMF – Zastosowanie i Obróbka (21CrMoV5-7, 1.7709, 21CrMoV5-11, 1.8070)
Zastosowanie stali 21HMF
Stal 21HMF stosowana jest głównie do produkcji elementów pracujących w podwyższonych temperaturach (500–550°C). Wykorzystuje się ją do wytwarzania:
- Małych części konstrukcyjnych, takich jak śruby, nakrętki, rozpórki oraz elementy ulepszone cieplnie, wykonywane z prętów i odkuwek,
- Części turbin parowych, w tym wirników spawanych, wałów i tarcz,
- Elementów zbiorników i pokryw, które muszą wytrzymywać temperatury do 550°C.
Spawanie
Ogólne zasady spawania
Stal 21HMF posiada ograniczoną spawalność. Może być spawana gazowo lub łukowo jedynie w wyjątkowych przypadkach. Możliwe jest także jej zgrzewanie.
Przy spawaniu tej stali istotnym problemem jest powstawanie obszaru o obniżonych właściwościach wytrzymałościowych w strefie wpływu ciepła. Aby przywrócić pierwotne właściwości, konieczne jest zastosowanie obróbki cieplnej po spawaniu.
Zabiegi cieplne towarzyszące spawaniu
W przypadku konieczności spawania należy przed rozpoczęciem procesu podgrzać materiał do odpowiedniej temperatury:
| Grubość materiału | Temperatura wstępnego nagrzania |
|---|---|
| do 15 mm | 250–300°C |
| 15–25 mm | 300–350°C |
| 25–50 mm | 350–400°C |
| powyżej 50 mm | Nie zaleca się spawania |
Niższe temperatury stosuje się przy spawaniu stali o niższej zawartości węgla oraz przy metodach o dużej energii liniowej łuku (np. MAG, MIG).
Obróbka cieplna po spawaniu
- Wyżarzanie odprężające: zalecana temperatura 580–650°C; czas wytrzymania 1–2 min na 1 mm grubości złącza, nie krócej niż 20 minut.
- Wyżarzanie normalizujące: temperatura 900–950°C przez ok. 1 min na 1 mm grubości złącza, nie krócej niż 20 minut.
Pomimo stosowania zabiegów cieplnych nie można całkowicie wyeliminować ryzyka pęknięć. W przypadku dużych, sztywnych elementów lub detali powyżej 20 mm zaleca się międzyoperacyjne wyżarzanie odprężające.
Metody spawania 21HMF / 21CrMoV5-7 / 1.7709 / 21CrMoV5-11 / 1.8070
Spawanie gazowe
- Stosowane do cienkich blach i rur o średnicy do 100 mm oraz grubości ścianek do 10 mm.
- Może być używane do wykonywania warstw przetopowych w spoinach o większej grubości.
- Przy większych średnicach i grubościach rur zaleca się spawanie łukowe.
Spawanie łukowe
Spawanie elektrodami otulonymi
- Stosowane do blach o grubości powyżej 2 mm oraz rur o średnicy powyżej 51 mm i grubości ścianki ponad 4 mm.
- Zaleca się elektrody zasadowe (EB) lub rutylowe (ER).
- Elektrody rutylowe stosuje się jedynie dla warstw przetopowych w spoinach wykonywanych elektrodami zasadowymi.
Spawanie w osłonie gazów ochronnych
- Możliwe jest spawanie metodą TIG (elektroda nietopliwa) oraz MIG (elektroda topliwa).
- Metoda TIG zalecana do cienkich blach i rur do 5 mm grubości ścianki.
- Przy grubszych rurach zaleca się TIG dla pierwszej warstwy przetopowej, kolejne warstwy wykonywać elektrodami otulonymi.
- Metoda MIG sprawdza się przy elementach o większej grubości lub przy naprawach wad materiałowych.
Spawanie łukiem krytym
- Bardzo ograniczone zastosowanie – wymaga doboru odpowiednich materiałów spawalniczych oraz ścisłej kontroli warunków procesu.
Zgrzewanie
Stal 21HMF można zgrzewać metodami:
- Elektryczną oporową,
- Tarciową.
Własności mechaniczne połączeń uzyskanych w ten sposób są zbliżone do materiału bazowego.
Po zgrzewaniu zaleca się obróbkę cieplną, aby poprawić właściwości złącza.
Cięcie i obróbka powierzchniowa
Cięcie plazmowe i tlenowe
- Stal 21HMF (21CrMoV5-7, 1.7709, 21CrMoV5-11, 1.8070) można ciąć płomieniem
acetylenowo-tlenowym, propanowo-butanowo-tlenowym lub plazmą łukową. - Zaleca się podgrzanie elementów do temperatury 300–350°C przed rozpoczęciem cięcia.
- Po cięciu elementy należy wolno studzić do temperatury otoczenia, np. w piasku lub pod matami izolacyjnymi.
Żłobienie
- Możliwe jest żłobienie płomieniem gazowym lub elektropowietrzne.
- Przed żłobieniem powierzchnię należy podgrzać do temperatury 300–350°C.
- Po żłobieniu zaleca się powolne chłodzenie, aby ograniczyć ryzyko powstawania pęknięć.
- Pomimo stosowania zabiegów cieplnych nie można całkowicie wyeliminować ryzyka
pęknięć w miejscach żłobienia elektropowietrznego.
Maksymalna temperatura użytkowania stali 21HMF / 21CrMoV5-11 / 1.8070 w środowiskach z wodorem w zależności od jego ciśnienia cząstkowego
| Temperatura (°C) | 600 | 380 | 330 | 325 | 320 | 310 | 300 | 280 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Ciśnienie cząstkowe (kG/cm²) | 1 | 100 | 150 | 200 | 300 | 400 | 500 | 800 |
Granica pełzania i odporność na pełzanie stali 21HMF / 21CrMoV5-11 / 1.8070 na podstawie testów wirnikowych w temperaturze 550°C
| Czas (h) | 10 | 10² | 10³ | 10⁴ | 10⁵ |
|---|---|---|---|---|---|
| Granica pełzania R₀,₁ (N/mm²) | ~200 | ~158 | ~110 | ~64 | – |
| Wytrzymałość na pełzanie Rz (N/mm²) | ~310 | ~280 | ~240 | ~195 | ~123 |
Dostępność wyrobów 21HMF / 21CrMoV5-7 / 1.7709 / 21CrMoV5-11 / 1.8070
Stal 21HMF oraz jej odpowiedniki 21CrMoV5-7 (1.7709) i 21CrMoV5-11 (1.8070)
dostępne są w następujących formach:
- Pręty walcowane okrągłe,
- Odkuwki swobodne,
- Pręty kute okrągłe.
Dzięki swoim właściwościom stal ta znajduje szerokie zastosowanie w przemyśle energetycznym, chemicznym i maszynowym,
gdzie wymagana jest wysoka odporność na temperatury i obciążenia mechaniczne.
Pozostałe gatunki stali konstrukcyjnych kotłowych
15HM – stal chromowo-molibdenowa 13CrMo4-5, 13CrMo4-4, 1.7335
25HM, 20HM – stal chromowo-molibdenowa 25CrMo4, 1.7218, 25CrMoS4, 1.7258
10H2M -stal chromowo-molibdenowa 10CrMo9-10, 1.7380
13HMF – stal chromowo-molibdenowo-wanadowa 14MoV6-3, 1.7715
21HMF – stal chromowo-molibdenowo-wanadowa 21CrMoV5-7, 21CrMoV5-11
26H2MF – stal chromowo-molibdenowo-wanadowa 24CrMo5-5
30H2MF – stal chromowo-molibdenowo-wanadowa 30CrMoV9, 31CrMoV9, 1.7707, 18519
34HN3M – stal chromowo-niklowo-molibdenowa
Zobacz również
stale wysokostopowe do pracy przy podwyższonych temperaturach
Pozostałe stale konstrukcyjne stopowe
stal konstrukcyjna stopowa do nawęglania
stal konstrukcyjna stopowa do azotowania
stal konstrukcyjna stopowa sprężynowa
stal konstrukcyjna stopowa łożyskowa
stal konstrukcyjna stopowa do ulepszania cieplnego
stal konstrukcyjna stopowa do pracy w podwyższonych temperaturach – stal kotłowa
FAQ – Stal konstrukcyjna stopowa 21HMF / 21CrMoV5-7 / 1.7709 / 21CrMoV5-11 / 1.8070
Co to jest stal 21HMF i jakie ma oznaczenia?
Stal 21HMF (PN-75/H-84024) to chromowo-molibdenowo-wanadowa stal konstrukcyjna do pracy w podwyższonych temperaturach. Jej odpowiedniki to 21CrMoV5-7 (norma DIN / EN), 1.7709 oraz 21CrMoV5-11 (norma DIN), 1.8070. To gatunki stopowe zaprojektowane z myślą o lepszej odporności w warunkach podwyższonej temperatury i obciążeń termicznych.
Przykładowy skład chemiczny (w %):
C 0,17 · Mn 0,25 · Si 0,30 · Cr 1,20 · Mo 1,00 · V 0,25–0,35 (dla wariantu 21HMF)
Inne warianty: 21CrMoV5-7 i 21CrMoV5-11 różnią się nieco zawartościami Si, Mn i innych pierwiastków. :contentReference[oaicite:0]{index=0}
Gdzie stosuje się stal 21HMF?
Stal 21HMF używana jest głównie w warunkach, gdzie występują jednocześnie wysokie temperatury (do ok. 500-550 °C) i obciążenia mechaniczne. Typowe zastosowania obejmują:
- Małe części konstrukcyjne: śruby, nakrętki, rozpórki, elementy ulepszone cieplnie (pręty, odkuwki),
- Elementy turbin parowych: wirniki, wały, tarcze,
- Pokrywy, zbiorniki i konstrukcje ciśnieniowe pracujące w wysokich temperaturach.
Jak wygląda spawalność 21HMF?
Spawalność stali 21HMF jest ograniczona. Spawanie można stosować tylko w wyjątkowych przypadkach — głównie metody gazowe lub łukowe. Istotnym problemem jest osłabienie wytrzymałości w strefie wpływu ciepła, dlatego połączenia często wymagają obróbki cieplnej, by przywrócić strukturę i właściwości materiału pierwotnego.
Zabiegi cieplne przy spawaniu
Przed spawaniem: podgrzewanie wstępne w zależności od grubości:
| Grubość materiału | Temperatura podgrzania |
|---|---|
| do 15 mm | 250–300 °C |
| 15–25 mm | 300–350 °C |
| 25–50 mm | 350–400 °C |
| powyżej 50 mm | Nie zaleca się spawania |
Niższe temperatury są możliwe przy niskiej zawartości węgla lub metodach o wysokiej energii liniowej łuku (MAG, MIG).
Obróbka po spawaniu
- Wyżarzanie odprężające: 580-650 °C, czas: 1-2 min na mm grubości złącza, minimum 20 minut,
- Wyżarzanie normalizujące (opcjonalne): 900-950 °C, około 1 min/mm, minimum 20 minut,
- W konstrukcjach dużych lub sztywnych elementów (grubość > 20 mm) zalecane międzyoperacyjne wyżarzanie odprężające.
Metody spawania stosowane dla 21HMF
Spawanie gazowe
- Używane przy cienkich blachach/rurach (średnica do 100 mm, grubość do 10 mm),
- Możliwość stosowania warstw przetopowych w spoinach grubszych części,
- Przy grubszych przekrojach lepiej użyć technik łukowych.
Spawanie łukowe
Elektrodami otulonymi (MMA)
- Stosowane dla materiałów o grubości powyżej 2 mm lub rur o większych średnicach,
- Preferowane elektrody zasadowe (EB) lub rutylowe (ER),
- Elektrody rutylowe stosuje się zwykle do warstw przetopowych nad spoinami wykonanymi elektrodami zasadowymi.
Spawanie w osłonie gazów (TIG / MIG)
- Metoda TIG polecana dla cienkich blach i rur (≤ 5 mm),
- W większych przekrojach pierwsza warstwa może być wykonana TIG, a kolejne warstwy MMA lub MIG,
- Metoda MIG stosowana przy grubszych elementach i do usuwania niedoskonałości.
Łuk kryty
Stosowany sporadycznie, wymaga dokładnego doboru materiałów spawalniczych i kontroli warunków procesu.
Zgrzewanie 21HMF
Możliwe metody zgrzewania to elektryczna oporowa oraz tarciowa. Połączenia zgrzewane mają właściwości zbliżone do materiału bazowego, ale zaleca się zastosowanie obróbki cieplnej po zgrzewaniu w celu poprawy jakości złącza.
Cięcie i obróbka powierzchniowa
Cięcie plazmowe i tlenowe
- Można ciąć płomieniem acetylenowo-tlenowym, propanowo-butanowym lub plazmą łukową,
- Zalecane podgrzanie ciętego elementu do 300-350 °C przed cięciem,
- Po cięciu: wolne studzenie, np. w piasku lub pod matami izolacyjnymi.
Żłobienie
- Metody: żłobienie płomieniem gazowym lub elektropowietrzne,
- Podgrzewanie przed żłobieniem do 300-350 °C,
- Powolne chłodzenie po żłobieniu, by ograniczyć ryzyko pęknięć,
- Nie da się całkowicie wyeliminować prawdopodobieństwa pęknięć w strefach żłobień.
Ciśnienie wodoru a maksymalna temperatura użytkowania
Zależność między temperaturą (do 600 °C) a ciśnieniem cząstkowym wodoru (do 800 kG/cm²) określa limity bezpiecznej pracy. Dla najwyższych ciśnień zalecane są niższe temperatury robocze.
Pełzanie i odporność na pełzanie przy 550 °C
| Czas (h) | 10 | 10² | 10³ | 10⁴ | 10⁵ |
|---|---|---|---|---|---|
| R₀,₁ (N/mm²) | ~200 | ~158 | ~110 | ~64 | – |
| Rz (N/mm²) | ~310 | ~280 | ~240 | ~195 | ~123 |
Dostępność materiałów 21HMF / 21CrMoV5-7 / 1.7709 / 21CrMoV5-11 / 1.8070
Wyroby dostępne w ofercie obejmują:
- Pręty walcowane okrągłe,
- Odkuwki swobodne,
- Pręty kute okrągłe.
Dzięki specyficznym właściwościom stal ta znajduje zastosowanie w przemyśle energetycznym, chemicznym i maszynowym, tam gdzie wymaga się odporności termicznej i trwałości mechanicznej.