Stale kotłowe, 13HMF,14MoV63,10H2M,25HM,10CrMo9-10,20HMFTB,21HMF,21CrMoV57,26H2MF,Stale konstrukcyjne stopowe-stal do pracy przy podwyższonych temperaturach

Stale do pracy w podwyższonych temperaturach to grupa stali popularnie nazywana stalami kotłowymi, które mogą być stosowane w temperaturach poniżej 600oC. Głównym ich zastosowaniem są części maszyn i urządzeń używanych w energetyce takie jak :
armatura kotłów i turbin, zbiorniki ciśnieniowe dla przemysłu chemicznego, energetycznego, turbiny wodne parowe i gazowe,  oraz wszędzie tam gdzie wymagana jest odporność na wpływ wyższych temperatur. Podstawowymi dodatkami stopowymi tych stali są:
-chrom, który zwiększa odporność na utlenianie
-molibden którego obecność zwiększa wytrzymałość stali na pełzanie.
Charakter pracy urządzeń energetycznych (turbin, kotłów, osprzętu i armatury turbin oraz kotłów i innych) w warunkach podwyższonych temperatur, wysoka niezawodność, bezpieczeństwo pracy i duża trwałość wymagają stosowania stali, o jakości znacznie przewyższającej, jakość stali ogólnego przeznaczenia. Asortyment gatunków stali kotłowych i asortyment wyrobów hutniczych powinien, zatem być zróżnicowany pod względem cech użytkowych. W podwyższonych temperaturach pracy wyroby narażone są na pełzanie, relaksację, zmęczenie cieplne, przyspieszoną korozję, pełzanie dynamiczne lub relaksacje i wywołane nieprężeniami zmęczeniowymi itd. Wymagają, więc stosowania gatunków stali, które poza ogólnymi własnościami przy 20°C i przy temperaturach pracy spełniają warunki w tym zakresie. Przy doborze gatunków stali należy się kierować wymaganiami, które decydują w określonych warunkach pracy, o jakości działania części i o prawidłowej eksploatacji urządzenia.
O własnościach użytkowych, oprócz właściwie ustalonego gatunku stali, decydują zarówno technologia wytwarzania wyrobu hutniczego, jak i technologia wytwarzania części urządzenia, tj. sposób wytapiania stali, przeróbki plastycznej, obróbki cieplnej, obróbki skrawaniem, technologia spawania części, obróbka cieplna w czasie spawania i po spawaniu oraz inne procesy wytwórcze.

Wybór postaci wyrobu hutniczego związany jest z konstrukcją części, urządzenia i możliwością uzyskania żądanej jakości wyrobu o ustalonym procesie wytwarzania, zgodnie z potrzebami do określonego przeznaczenia wyrobu. Na małe części z prętów kutych, walcowanych, odkuwek matrycowanych lub swobodnie kutych (np. kołnierzy i wieńców spawanych do rur) ze stali K10 i K18, łączników rur kotłowych i inne części współpracujących z blachami kotłowymi ze stali St36K, St41K i St44K najczęściej stosuje się stale w gatunkach 15, 20 lub też 20G. Do podobnych celów na armaturę w instalacjach rurociągów i na inny osprzęt mogą być stosowane stale 15HMF i 19G2 oraz stale 16M, 15HM, 12HMF, 13HMF (14MoV6-3, 1.7715), 10H2M (1.7380, 10CrMo9-10) wytwarzane z prętów kutych, walcowanych, odkuwek matrycowanych lub swobodnie kutych, współpracujących z wyrobami (rurami lub blachami kotłowymi) wykonanymi z tych samych gatunków stali.

Na części złączne, np. śruby, nakrętki, śruby szpilkowe, podkładki, podkładki dystansowe, kołki, sworznie i różne inne części, m.in. rozpórki, zawiesia, kołnierze i łączniki rur z odkuwek matrycowanych, swobodnie kutych, prętów kutych, walcowanych, łuszczonych, ciągnionych przeznaczone są również stale gat. 25, 35, 45, 25HM (1.7218, 25CrMo4), 35HM (1.7220, 34CrMo4), 26H2MF, 21HMF (21CrMoV5-11, 21CrMoV5-7) a do wyrobu śrub i nakrętek także bardzo rzadko spotykana stal 20HMFTB. Do wymienionych celów mogą być również stosowane niektóre stale  np. 15HM (1.7335, 13CrMo4-5) na rozpórki oraz na części współpracujące z innymi wyrobami z tych stali (np. rurami lub blachami), a także zależnie od warunków pracy w agresywnych środowiskach korozyjnych przy podwyższonych temperaturach stale kwasoodporne, żaroodporne lub żarowytrzymałe.
Części złączne poza ogólnymi wymaganiami stawianymi stalom dla energetyki powinny dodatkowo wykazywać:
— zadowalającą odporność na relaksację,
— małą wrażliwość na działanie karbu,
— odpowiedni zapas plastyczności przy powtórnym dokręcaniu śrub, śrub szpilkowych nakrętek itp.,
— zdolność do przenoszenia chwilowych dużych obciążeń rozruchowych.

Temperatura pracy części złącznych, wykonanych ze stali węglowych i niskostopowych (np. 20G), nie powinna przekraczać ok. 450°C, natomiast ze stali stopowych, zależnie od zawartości pierwiastków stopowych w stali, głównie chromu, w zakresie ok. 450-540°C. Rurociągi w instalacjach turbin parowych wykonuje się z rur kotłowych bez szwu, najczęściej ze stali 13HMF ( 14MoV6-3) do tego celu mogą być stosowane i inne stale, jak 15HM ( 13CrMo4-5), 10H2M ( 10CrMo9-10) lub niepopularne 15HMF, 12HMF.
Stale na rury kotłowe i armaturę rurociągów pary oraz materiały dodatkowe (np. na spoiwa) powinny spełniać nie tylko ogólne wymagania stawiane częściom turbin energetycznych, ale także powinny wykazywać:
— zdolność do odkształceń w warunkach długotrwałej pracy,
— odporność na zmiany temperatur i na chwilowe przekroczenia temperatur pracy,
— zadowalającą odporność na pełzanie,
— dużą jednorodność własności na długości rury,
— zadowalającą technologiczność w zakresie odkształcania, spawania, obróbki cieplnej przed i po spawaniu dla umożliwienia łatwego montażu i naprawy rurociągów.
Rurociągi kotłowe pary turbin ze stali w gatunkach 13HMF i 12HMF i mogą być przeznaczone do pracy przy temperaturach ok. 480-550°C, a ze stali 15HMF orientacyjnie do 550-580°C. Jeszcze inną grupę spośród stali przeznaczonej dla energetyki stanowią stale pracujące głównie w turbinach, które są przeznaczone na części wirujące w postaci następujących wyrobów:
Dużych odkuwek swobodnie kutych do wyrobu:
— wałów wirnikowych turbin i zespołów turbinowo-prądnicowych, np. ze stali 45, 34HM, 35HM, 26H2MF,
— części wirników spawanych, np. ze stali 21HMF,
— tarcz wirnikowych turbin, np. ze stali 20HM, 25HM czy 35HM – 34HM (1.7220, 34CrMo4).
Prętów kutych i walcowanych (kwadratowych, płaskich), odkuwek do wyrobu:
— łopatek turbinowych np. ze stali 15HM (łopatki te można również wykonać ze stali, 13HMF, 20MF)
— części sterowniczych turbin, drągów, dźwigni, np. ze stali 20HM, 25HM, 35HM (1.7220, 34CrMo4).
Blach do wyrobu:
— łopatek i tarcz kierowniczych turbin ze stali 15HM (tarcze i łopatki można również wykonać ze stali, 13HMF, 20MF). Istnieje jeszcze wiele gatunków stali, jakie mogą być użyte w energetyce do wytwarzania wymienionych wyrobów. Łopatki turbinowe mogą być np. wykonane również ze stali 1H13, 2H13, 15H11MF, 15H12WMF i innych, a wały wirnikowe ze stali 23H2MF, 32HN3M, 34HN3M, 36HNM, wirniki spawane również ze stali 22H2NM i innych.  

Stale na wały wirnikowe lub części wirników spawanych, oprócz podstawowych wymagań dotyczących części turbin energetycznych, powinny dodatkowo wykazywać:
— odpowiednio wysokie granice pełzania w temperaturze pracy, przy działaniu zarówno obciążeń statycznych, jak i dynamicznych,
— małą wrażliwość na działanie karbu, co wiąże się ze stosunkowo dużą wytrzymałością zmęczeniową, wymaganą dla stali przy temperaturze 20°C i podwyższonych temperaturach pracy,
— małą wrażliwość na pełzanie dynamiczne lub relaksację wywołane naprężeniem zmęczeniowym i na tzw. zmęczenie małą liczbą cykli,
— odporność na zmęczenie cieplne,
— dużą jednorodność własności w całej objętości odkuwki,
— zdolność do przenoszenia chwilowych dużych obciążeń rozruchowych.
Wały wirnikowe ze stali węglowych i niskostopowych mogą pracować przy temperaturach orientacyjnie do 450°C, a ze stali stopowych w zakresie ok. 450-570°C, i to zależnie od stopowości stali.
O jakości eksploatacyjnej tarcz wirnikowych decydują przede wszystkim:
— własności wytrzymałościowe w temperaturze ok. 20°C,
— własności wytrzymałościowe w temperaturze pracy,
— mała wrażliwość na działanie karbu, co wiąże się ze stosunkowo dużą wytrzymałością zmęczeniową wymaganą dla stali w temperaturze 20°C i temperaturze pracy.
Temperatura pracy tarcz wirnikowych, zwykle w części niskoprężnej wirnika turbiny, nie przekracza ok. 400°C.
Oprócz ogólnego poziomu wymagań dla części turbin energetycznych, stale na łopatki turbinowe powinny dodatkowo wykazywać:
— odpowiednio wysokie granice pełzania, zarówno przy działaniu obciążeń statycznych, jak i dynamicznych,
— dużą wytrzymałość zmęczeniową wymaganą dla stali w temperaturze 20°C i w podwyższonych temperaturach pracy,
— odporność na zmęczenie cieplne,
— małą skłonność do koncentracji naprężeń,
— zdolność wytrzymania krótkotrwałego przegrzania ponad temperaturę pracy,
— zdolność do przenoszenia chwilowych dużych obciążeń rozruchowych,
— wysoką odporność na kawitację, odporność na działanie korozji.
W turbinach średnio i wysokociśnieniowych, w których temperatura pracy na wejściu dochodzi do ok. 500°C na łopatki wirnikowe mogą być stosowane stale 20MF, 15HM i 13HMF, przy wyższych temperaturach pary na wejściu do ok. 540°C zaleca się stal 15H11MF, a w warunkach pracy do ok. 570°C stal 15H12WMF.
Warunki pracy i wysokie wymagania użytkowe (niezawodność i duża trwałość) zmuszają do zastosowania na wały wirnikowe, łopatki i tarcze turbin gatunków stali o wysokiej i najwyższej jakości.

Symbole gatunku stali według PN oznacza w kolejności: cyfra na początku średnia zawartość węgla w setnych częściach %,
następnie litery oznaczające
H – Chrom
G – Mangan
M – Molibden
F – Wanad
, jeśli występuje cyfra po literach, oznacza ona średnią zawartość danego składnika w %.
Np. gatunek 26H2MF oznacza stal o średniej zawartości węgla 0,26%, średniej zawartości chromu 2% ,oraz że stal zawiera
dodatek molibdenu i wanadu
Huta Królewska rok 1930
15HM – stal chromowo-molibdenowa
20HM ( 25HM ) – stal chromowo-molibdenowa
10H2M -stal chromowo-molibdenowa
13HMF – stal chromowo-molibdenowo-wanadowa
15NCuMNb (K32Nb, 15NICuMoNb5-6-4, 1.6368)
21HMF – stal chromowo-molibdenowo-wanadowa
26H2MF – stal chromowo-molibdenowo-wanadowa
30H2MF – stal chromowo-molibdenowo-wanadowa
34HN3M – stal chromowo-niklowo-molibdenowa
20HMFTB – (20Ch1M1F1TR, 1.7729, 20CrMoVTiB4-10)

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

 

Alfa-Tech oferuje rury kotłowe, blachy pręty walcowane i kute a także odkuwki swobodnie kute.