Окалиностійкість хромоалюмінієвих сталей в агресивних середовищах
The analyzes of operating conditions of high-temperature parts of fuel-burning devices of boiler units at thermoelectric power stations (TPS) has revealed that their operating temperature reaches 1100–1250 °C. Since the nozzles of such devices are subjected to intense abrasive actions of coal dust a...
Збережено в:
| Дата: | 2023 |
|---|---|
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Physico-technological Institute of Metals and Alloys
2023
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://www.metalsandcasting.com/index.php/mcu/article/view/48 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Metal and Casting of Ukraine |
Репозитарії
Metal and Casting of Ukraine| _version_ | 1859471915984355328 |
|---|---|
| author | Ямшинський, Михайло Федоров, Г. Є. |
| author_facet | Ямшинський, Михайло Федоров, Г. Є. |
| author_sort | Ямшинський, Михайло |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2023-05-23T15:15:35Z |
| description | The analyzes of operating conditions of high-temperature parts of fuel-burning devices of boiler units at thermoelectric power stations (TPS) has revealed that their operating temperature reaches 1100–1250 °C. Since the nozzles of such devices are subjected to intense abrasive actions of coal dust and other fuel components and wear out quickly as a result of erosion processes, then Cr-Al steels with an optimal carbon content can also be used. From the economic point of view, it should be noted that nickel, the content of which in some types of steel reaches 20 %, belongs to expensive and scarce metals. Thus, its use in such quantities for alloying heat-resistant steels is unjustified and impractical, and it becomes possible to replace expensive heat-resistant chromium-nickel steels with cheap casting materials, for example, iron-based alloys with a high chromium content.
The choice of an alloy with high oxidation resistance is necessary but insufficient criterion to ensure the reliability and durability of its operation. This is due to the fact that in the process of operation, the products are subjected to periodic heating and cooling, that means thermal cycles. In this case, an unequal temperature field arises in the volume of the metal, which contributes to the accumulation of thermal tension. Such tensions can exceed the permissible norms under these conditions, as a result plastic deformation develops in the metal, which subsequently leads to its destruction.
To achieve the goal, the work investigated the effect of alloying elements of chromium and aluminum on the heat resistance of iron-based alloys in superheated air with the addition of water vapor and carbon dioxide. The main chemical element in steels of this class is carbon, which has a negative effect on oxidation resistance; therefore, this fact must be taken into account when choosing a heat-resistant steel to manufacture products operating at high temperatures and aggressive environments. A decrease in the rate of oxidation of alloys at high temperatures is achieved due to the formation of a dense protective oxide layer on their surfaces, in which the processes of diffusion transfer of metal and oxygen ions are significantly complicated. This is obtained by adding appropriate amounts of chromium and aluminum to the steel.
When the content of aluminum in steel is more than 4 %, the rate of its burnout is practically constant, and the average content of aluminum in steel at any moment of the test time submits to linear relationship. |
| first_indexed | 2026-03-12T15:50:07Z |
| format | Article |
| id | oai:oai.metalsandcasting.com:article-48 |
| institution | Metal and Casting of Ukraine |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-03-12T15:50:07Z |
| publishDate | 2023 |
| publisher | Physico-technological Institute of Metals and Alloys |
| record_format | ojs |
| spelling | oai:oai.metalsandcasting.com:article-482023-05-23T15:15:35Z Oxidation resistance of aluminum chromium steels in agressive environments Окалиностійкість хромоалюмінієвих сталей в агресивних середовищах Ямшинський, Михайло Федоров, Г. Є. oxidation resistance water steam superheated air steel operating conditions specific surface of the product oxidation rate окалиностійкість водяна пара перегріте повітря сталь умови експлуатації питома поверхня виробу швидкість окиснення The analyzes of operating conditions of high-temperature parts of fuel-burning devices of boiler units at thermoelectric power stations (TPS) has revealed that their operating temperature reaches 1100–1250 °C. Since the nozzles of such devices are subjected to intense abrasive actions of coal dust and other fuel components and wear out quickly as a result of erosion processes, then Cr-Al steels with an optimal carbon content can also be used. From the economic point of view, it should be noted that nickel, the content of which in some types of steel reaches 20 %, belongs to expensive and scarce metals. Thus, its use in such quantities for alloying heat-resistant steels is unjustified and impractical, and it becomes possible to replace expensive heat-resistant chromium-nickel steels with cheap casting materials, for example, iron-based alloys with a high chromium content. The choice of an alloy with high oxidation resistance is necessary but insufficient criterion to ensure the reliability and durability of its operation. This is due to the fact that in the process of operation, the products are subjected to periodic heating and cooling, that means thermal cycles. In this case, an unequal temperature field arises in the volume of the metal, which contributes to the accumulation of thermal tension. Such tensions can exceed the permissible norms under these conditions, as a result plastic deformation develops in the metal, which subsequently leads to its destruction. To achieve the goal, the work investigated the effect of alloying elements of chromium and aluminum on the heat resistance of iron-based alloys in superheated air with the addition of water vapor and carbon dioxide. The main chemical element in steels of this class is carbon, which has a negative effect on oxidation resistance; therefore, this fact must be taken into account when choosing a heat-resistant steel to manufacture products operating at high temperatures and aggressive environments. A decrease in the rate of oxidation of alloys at high temperatures is achieved due to the formation of a dense protective oxide layer on their surfaces, in which the processes of diffusion transfer of metal and oxygen ions are significantly complicated. This is obtained by adding appropriate amounts of chromium and aluminum to the steel. When the content of aluminum in steel is more than 4 %, the rate of its burnout is practically constant, and the average content of aluminum in steel at any moment of the test time submits to linear relationship. Аналізом умов експлуатації високотемпературних деталей паливоспалювальних пристроїв котлоагрегатів теплових електростанцій (ТЕС) встановлено, що їх робоча температура досягає 1100–1250 °С. Оскільки насадки таких пристроїв піддаються інтенсивній абразивній дії вугільного пилу та інших складових палива й швидко зношуються в результаті ерозійних процесів, то й в цьому разі можна використовувати хромоалюмінієві сталі з оптимальним вмістом вуглецю. З економічної точки зору слід зазначити, що нікель, вміст якого в марках сталей досягає 20 %, відноситься до дорогих і дефіцитних металів. Отже використання його в таких кількостях для легування жаростійких сталей невиправдано й недоцільно і виникає можливість заміни дорогих жаростійких хромонікелевих сталей дешевими ливарними матеріалами, наприклад, сплавами на основі заліза з високим вмістом хрому. Вибір сплаву з високою окалиностійкістю є необхідним, але недостатнім критерієм для забезпечення надійності й довговічності його експлуатації. Це пов’язано з тим, що в процесі роботи вироби піддаються періодичному нагріванню та охолодженню, тобто теплозмінам. При цьому в об’ємі металу виникає нерівномірне температурне поле, яке сприяє накопиченню термічних напружень. Такі напруження можуть перевищити допустимі за даних умов, внаслідок чого в металі розвивається пластична деформація, яка згодом призводить до його руйнування. Для досягнення поставленої мети в роботі досліджено вплив легувальних елементів хрому та алюмінію на жаростійкість сплавів на основі заліза в перегрітому повітрі із додаванням водяної пари та вуглекислого газу. Головним хімічним елементом у сталях цього класу є вуглець, який справляє негативний вплив на окалиностійкість, тому цей факт необхідно враховувати під час вибору жаростійкої сталі для виготовлення виробів, що працюють в умовах високих температур і агресивних середовищ. Зниження швидкості окиснення сплавів за високих температур досягається внаслідок утворення на їх поверхнях щільного захисного оксидного шару, в якому значно ускладнені процеси дифузійного переносу іонів металу й кисню. Це досягається додаванням у сталь відповідної кількості хрому та алюмінію. За вмісту в сталі понад 4 % алюмінію швидкість його вигоряння практично стала, а середній вміст алюмінію в сталі в будь-який момент часу випробування підпорядковується лінійній залежності. Physico-technological Institute of Metals and Alloys 2023-05-23 Article Article Рецензована Стаття application/pdf https://www.metalsandcasting.com/index.php/mcu/article/view/48 Metal and Casting of Ukraine; Vol. 29 No. 1 (2021): Metal and Casting of Ukraine Метал та лиття України ; Том 29 № 1 (2021): Метал та лиття України 2706-5529 2077-1304 uk https://www.metalsandcasting.com/index.php/mcu/article/view/48/48 Авторське право (c) 2023 Метал та лиття України |
| spellingShingle | окалиностійкість водяна пара перегріте повітря сталь умови експлуатації питома поверхня виробу швидкість окиснення Ямшинський, Михайло Федоров, Г. Є. Окалиностійкість хромоалюмінієвих сталей в агресивних середовищах |
| title | Окалиностійкість хромоалюмінієвих сталей в агресивних середовищах |
| title_alt | Oxidation resistance of aluminum chromium steels in agressive environments |
| title_full | Окалиностійкість хромоалюмінієвих сталей в агресивних середовищах |
| title_fullStr | Окалиностійкість хромоалюмінієвих сталей в агресивних середовищах |
| title_full_unstemmed | Окалиностійкість хромоалюмінієвих сталей в агресивних середовищах |
| title_short | Окалиностійкість хромоалюмінієвих сталей в агресивних середовищах |
| title_sort | окалиностійкість хромоалюмінієвих сталей в агресивних середовищах |
| topic | окалиностійкість водяна пара перегріте повітря сталь умови експлуатації питома поверхня виробу швидкість окиснення |
| topic_facet | oxidation resistance water steam superheated air steel operating conditions specific surface of the product oxidation rate окалиностійкість водяна пара перегріте повітря сталь умови експлуатації питома поверхня виробу швидкість окиснення |
| url | https://www.metalsandcasting.com/index.php/mcu/article/view/48 |
| work_keys_str_mv | AT âmšinsʹkijmihajlo oxidationresistanceofaluminumchromiumsteelsinagressiveenvironments AT fedorovgê oxidationresistanceofaluminumchromiumsteelsinagressiveenvironments AT âmšinsʹkijmihajlo okalinostíjkístʹhromoalûmíníêvihstalejvagresivnihseredoviŝah AT fedorovgê okalinostíjkístʹhromoalûmíníêvihstalejvagresivnihseredoviŝah |