เหล็กทนความร้อนหมายถึงเหล็กที่มีเสถียรภาพทางความร้อนและความแข็งแรงทางความร้อนภายใต้สภาวะที่มีอุณหภูมิสูง เสถียรภาพทางความร้อนหมายถึงความเสถียรทางเคมี (ต้านทานการกัดกร่อน ไม่เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชัน) ของเหล็กกล้าภายใต้สภาวะที่มีอุณหภูมิสูง ความแข็งแรงทางความร้อนหมายถึงความแข็งแรงของเหล็กที่เพียงพอภายใต้สภาวะที่มีอุณหภูมิสูง ความทนทานต่อความร้อนได้รับการรับประกันโดยส่วนประกอบที่เป็นโลหะผสม เช่น โครเมียม โมลิบดีนัม วานาเดียม ไททาเนียม และไนโอเบียม ดังนั้นการเลือกวัสดุเชื่อมควรพิจารณาตามเนื้อหาของส่วนประกอบโลหะผสมของโลหะฐาน เหล็กทนความร้อนถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการก่อสร้างติดตั้งในอุตสาหกรรมปิโตรเลียมและปิโตรเคมี เรามักสัมผัสกับเหล็กทนความร้อนชนิดเพิร์ลไลต์ที่มีปริมาณโลหะผสมต่ำ เช่น 15CrMo, 1Cr5Mo เป็นต้น
โดยทั่วไปแล้วส่วนผสมของโลหะผสมน้อยกว่า 50 เปอร์เซ็นต์เรียกว่าเหล็กทนความร้อน มาตรฐานเหล็กกล้าทนความร้อนของญี่ปุ่น JIS G4311, G4312 นอกเหนือจากมาตรฐาน SUH หลายชุด ตามโครงสร้างจุลภาคที่แตกต่างกันของเฟสหลัก เหล็กทนความร้อนสามารถแบ่งออกเป็นเหล็กทนความร้อนเฟอริติก เหล็กทนความร้อนมาร์เทนซิติก เหล็กทนความร้อนออสเทนนิติก และเหล็กทนความร้อนชุบแข็งแบบตกตะกอน JIS G5122 เป็นเหล็กหล่อทนความร้อนซีรีส์ SUH แต่ไม่ได้จำแนกเกรดของเหล็กตามโครงสร้างเฟสหลัก และผสมเหล็กทนความร้อนเฟอริติก เหล็กทนความร้อนมาร์เทนซิติก และเหล็กทนความร้อนออสเทนนิติกเข้าด้วยกัน
เหล็กทนความร้อนเฟอริติก
เหล็กกล้าทนความร้อนเฟอร์ริติกที่ใช้กันอย่างแพร่หลายคือ SUS430 ที่มี C-17 เปอร์เซ็นต์ Cr ต่ำ Cr เป็นองค์ประกอบที่สามารถปรับปรุงความต้านทานการกัดกร่อนที่อุณหภูมิสูงของเหล็กและเป็นองค์ประกอบที่ขาดไม่ได้ในเหล็กทนความร้อน SUS430 มีความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชันที่ดี SUS430 มีราคาถูกกว่าเนื่องจากไม่มีส่วนประกอบอื่นในเหล็กกล้า อย่างไรก็ตาม SUS430 ไม่แข็งตัวหลังจากการชุบแข็งที่อุณหภูมิสูง และความแข็งแรงที่อุณหภูมิสูงนั้นต่ำ ดังนั้นจึงสามารถใช้ได้กับชิ้นส่วนที่ไม่ต้องการความแข็งแรงมากเท่านั้น ในทางกลับกัน เนื่องจากค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนของ SUS430 มีขนาดเล็ก และค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนของเหล็กทนความร้อนออสเทนนิติกนั้นมีขนาดใหญ่ ดังนั้น SUS430 จึงดีกว่าสำหรับการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิซ้ำๆ และง่ายต่อการผลิตชิ้นส่วนความล้าจากความร้อน นอกจากนี้ เมื่อใช้ SUS430 เป็นเวลานานที่อุณหภูมิประมาณ 500 องศา จะเกิดการเปราะเนื่องจากการตกตะกอนของเฟสเปราะ ซึ่งควรให้ความสนใจ นอกจากนี้ Al ยังเป็นธาตุที่ช่วยเพิ่มความสามารถในการต้านอนุมูลอิสระอีกด้วย ที่อุณหภูมิสูง Al จะก่อตัวเป็น Al2O3 บนพื้นผิวของแผ่นออกไซด์ ซึ่งกลายเป็นฟิล์มป้องกันที่แข็งแรงและมีบทบาทในการปรับปรุงความต้านทานการเกิดออกซิเดชัน เหล็กกล้าทนความร้อนที่ใช้เอฟเฟกต์ของ Al คือ FCH1 FCH1 เป็นเหล็กกล้าทนความร้อนที่เติม Al 5 เปอร์เซ็นต์ในเหล็กกล้า Cr 25 เปอร์เซ็นต์ มีความต้านทานการเกิดออกซิเดชันที่ดีต่ำกว่า 1200 องศา
เหล็กมาร์เทนซิติกทนความร้อน
เหล็กกล้าทนความร้อนมาร์เทนซิติกทั่วไปคือเหล็กกล้า Cr 12 เปอร์เซ็นต์ SUS403 และ SUS410J1 ที่มีปริมาณคาร์บอนประมาณ 0.1 เปอร์เซ็นต์ เหล็กกล้าทนความร้อนเหล่านี้ชุบแข็งด้วยการชุบแข็งที่อุณหภูมิสูง จากนั้นอบคืนความร้อนเพื่อให้ M23C6 ตกตะกอนบนมาร์เทนไซต์ของเฟสต้นกำเนิด โดยคงความแข็งแรงสูงไว้ที่ 500-600 องศา หากเพิ่ม Mo เพื่อปรับปรุงความต้านทานการอ่อนตัวของอุณหภูมิ ความแข็งแรงสูงสามารถคงไว้ต่อไปได้ เหล็กกล้าทนความร้อนมาร์เทนซิติกจะอ่อนตัวที่อุณหภูมิสูงกว่า 500-600 องศา ส่งผลให้ความแข็งแรงลดลงอย่างรวดเร็ว ดังนั้น เหล็กกล้าทนความร้อนแบบมาร์เทนซิติกจึงเหมาะสำหรับการทำงานที่อุณหภูมิต่ำกว่า 500-600 องศา ซึ่งต้องใช้ส่วนประกอบที่มีความแข็งแกร่งต่ออุณหภูมิสูง นอกจากนี้ เนื่องจากเหล็กทนความร้อนมาร์เทนซิติกมีปริมาณโครเมียมน้อยกว่า (ร้อยละ 12 ) และโครเมียมบางส่วนยังคงอยู่ในคาร์ไบด์ จึงไม่สามารถรับประกันปริมาณโครเมียมในเฟสหลักได้ ดังนั้นความต้านทานการเกิดออกซิเดชันของเหล็กทนความร้อนมาร์เทนซิติก มักจะน้อยกว่าเหล็กทนความร้อนเฟอริติกและเหล็กทนความร้อนออสเทนนิติก Si และ Al สามารถสร้างฟิล์มป้องกันบนแผ่นออกไซด์ของเหล็กทนความร้อนมาร์เทนซิติก เหล็กกล้าทนความร้อนมาร์เทนซิติก SUH3 และ SUH11 เสริมด้วย Si เพื่อปรับปรุงความต้านทานการเกิดออกซิเดชัน เหล็กทนความร้อนเหล่านี้ใช้สำหรับวาล์วไอดีของเครื่องยนต์และสลักเกลียวทนความร้อน
เหล็กทนความร้อนออสเทนนิติก
การเติม Cr ลงในเหล็กกล้าจะมาพร้อมกับการเติมองค์ประกอบที่ทำให้เสถียรของออสเทนไนต์ Ni ซึ่งทำให้โครงสร้างออสเทนไนต์ของเหล็กมีความเสถียรในทุกอุณหภูมิ เหล็กโครงสร้างออสเทนนิติกธรรมดาคือ SUS304 และ SUS310 อย่างที่เราทราบกันดีว่า SUS304 เป็นเหล็กกล้าไร้สนิมที่ทนทานต่อการกัดกร่อน แต่ SUS304 ยังสามารถใช้เป็นเหล็กกล้าทนความร้อนได้อีกด้วย ต่ำกว่า 600 องศา ความแข็งแรงของเหล็กทนความร้อนออสเทนนิติกอยู่ระหว่างเหล็กทนความร้อนมาร์เทนซิติกและเหล็กทนความร้อนเฟอริติก และสูงกว่า 600 องศา ความแข็งแรงจะมากกว่าเหล็กทนความร้อนมาร์เทนซิติก นอกจากนี้ SUS304 ต่ำกว่า 800 องศา , SUS310 ต่ำกว่า 1,000 องศา , การให้ความร้อนซ้ำ - การทำความเย็น มีความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชันที่ดี อย่างไรก็ตาม เมื่อใช้เป็นเวลานานที่ระดับ 700-900 องศา จะมีการตกตะกอนในเฟสเปราะ ดังนั้นวัสดุจึงเปราะ นอกจากนี้ เนื่องจากค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนของ SUS304 และ SUS310 มีค่ามากกว่าเหล็กกล้าทนความร้อนแบบมาร์เทนซิติกและเฟอร์ริติก ความเสียหายจากการล้าจากความร้อนจึงเกิดขึ้นได้ง่าย และควรให้ความสนใจกับประเด็นทั้งสองนี้
เมื่อต้องการความแข็งแรงที่อุณหภูมิสูง ความแข็งแรงของเหล็กกล้าทนความร้อนออสเทนนิติกสามารถปรับปรุงเพิ่มเติมได้โดยการเสริมความแข็งแกร่งด้วยการตกตะกอนและการเสริมความแข็งแกร่งของสารละลาย เหล็กทนความร้อนออสเทนนิติกที่ใช้สำหรับวาล์วไอเสียของเครื่องยนต์คือ SUH35 ความแข็งแรงที่อุณหภูมิสูงของ SUH35 ได้รับการปรับปรุงโดยการเสริมความแข็งแกร่งด้วยการตกตะกอนด้วยคาร์ไบด์และการเสริมความแข็งแกร่งให้กับสารละลายของแข็งโดยการเติม C ลงในเหล็กกล้า สามารถรับโครงสร้างออสเทนไนท์ได้แม้ว่าเนื้อหาของ Ni จะอยู่ที่ 4 เปอร์เซ็นต์โดยการเพิ่มเนื้อหาของ Mn SUH660 ที่ใช้สำหรับสลักเกลียวและสปริงทนความร้อนได้รับการเสริมความแข็งแกร่งโดยการตกตะกอนของ 'เฟส (Ni3 (Al, Ti)) เนื่องจากการเพิ่ม Al และ Ti
ตกตะกอนเหล็กเสริมทนความร้อน
แบรนด์ตัวแทนของเหล็กกล้าทนความร้อนมาร์เทนซิติกคือ SUS630 หลังจากบ่มที่อุณหภูมิ 500 องศา เฟส ε (เฟส Cu) จะตกตะกอนในเฟสแม่ของมาร์เทนไซต์ที่มี C ต่ำของ SUS630 เพื่อปรับปรุงความแข็งแรงของเหล็กกล้า อย่างไรก็ตาม เมื่ออุณหภูมิสูงกว่า 500 องศา ระยะ ε จะหยาบขึ้นและโครงสร้างของมาร์เทนไซต์เปลี่ยนไป ซึ่งส่งผลให้ความแข็งแรงของเหล็กลดลง ดังนั้น SUS630 จึงถูกใช้เป็นหลักสำหรับชิ้นส่วนกังหันที่มีอุณหภูมิต่ำกว่า 500 องศา ส่วนประกอบหลักของเหล็กกล้า SUS630 คือ 17Cr-4Ni-4Cu เนื้อหาของ Ni ไม่สูงเกินไป และเมื่อพิจารณาถึงความเสถียรของออสเทนไนต์แล้ว เนื้อหาของ Ni ไม่สามารถลดลงได้ ดังนั้นจึงไม่ใช่ทรัพยากร- ประหยัดเหล็กพัฒนา.
