1. 導入
1.4762 ステンレス鋼 - DIN/EN用語およびAISIでx10cralsi25としても知られています 446 またはアメリカの標準のUNS S44600 - 高温サービスに最適化されたフェライト合金を代表しています.
上昇したクロムを組み合わせます, アルミニウム, 例外的な酸化抵抗と熱安定性を実現するためのシリコンレベル.
この記事では, 分析します 1.4762 冶金から, 機械的, 化学薬品, 経済, 環境, アプリケーション指向の視点.
2. 歴史的発展 & 標準化
もともと1960年代に開発され、炉成分の早期障害に対処するために開発されました, 1.4762 ニッケルベースの合金の費用対効果の高い代替品として登場しました.
- あなたの2つの移行: DIN X10CRALSI25として最初に標準化されています, 後にENに移行しました 10088-2:2005 グレードとして 1.4762 (x10cralsi25).
- ASTM認識: AISI/ASTMコミュニティは、それをAISIとして採用しました 446 (US S44600) 圧力血管および高温シートとプレートのASTM A240/A240Mの下.
- グローバルな可用性: 今日, ヨーロッパとアジアの主要な鉄鋼生産者 1.4762 シートとストリップからチューブやバーまでの範囲の形式で.
3. 化学組成 & 冶金の基礎
の例外的な高温性能 1.4762 ステンレス鋼は、その細かく調整された化学から直接茎を作ります.
特に, 上昇したクロム, アルミニウムとシリコンのレベルは、炭素上の厳しい制限と組み合わされます, 窒素およびその他の不純物は、酸化抵抗のバランスをとる, クリープ強度とファブリック性.
| 要素 | 公称コンテンツ (wt %) | 関数 |
|---|---|---|
| Cr | 24.0–26.0 | 連続したcr₂o₃スケールを形成します, 高温攻撃に対する主要な障壁. |
| アル | 0.8–1.5 | 周期的な加熱下での密なアルアーの形成を促進します, スケールスパレーションの削減. |
| そして | 0.5–1.0 | スケールの接着を強化し、浸炭雰囲気に対する耐性を改善します. |
C |
≤ 0.08 | 穀物の境界での炭化クロムの降水量を最小限に抑えるために低く保ちます. |
| ん | ≤ 1.0 | 製鉄所でデオキシダイザーとして機能し、処理中にオーステナイト層を制御する. |
| P | ≤ 0.04 | リン化された分離を避けるために制限されています, フェライト鋼を抱きしめる. |
| S | ≤ 0.015 | 硫化物包含物を減らすために最小限に抑えられました, それにより、延性と靭性が向上します. |
| N | ≤ 0.03 | クリープ抵抗を損なう可能性のある硝化の降水を防ぐために制御されています. |
合金設計哲学.
初期のフェライトグレードからの移行, エンジニアはCRを上回りました 24 % 酸化ガスに堅牢なパッシブフィルムを固定する.
その間, 0.8〜1.5の追加 % アルは意図的な変化を表しています: アルミナスケールは、部品の間をサイクリングするときにクロミアよりも強く付着します 600 °Cおよび 1 100 ℃.
シリコンはさらにこの効果を強化します, 混合酸化物層を安定化し、炭化水素が豊富な環境で成分を包含する可能性のある炭素侵入を守る.
4. 物理的な & の機械的特性 1.4762 ステンレス鋼
物理的特性
| 財産 | 価値 |
|---|---|
| 密度 | 7.40 g/cm3 |
| 融解範囲 | 1 425–1 510 ℃ |
| 熱伝導率 (20 ℃) | ～ 25 w・m⁻¹・k⁻¹ |
| 比熱容量 (20 ℃) | ～ 460 j・kg⁻¹・k⁻¹ |
| 熱膨張係数 | 11.5 ×10⁻⁶K⁻¹ (20–800°C) |
| 弾性率 (20 ℃) | ～ 200 GPa |
- 密度: で 7.40 g/cm3, 1.4762 多くのオーステナイトグレードよりわずかに少ない重量です, これにより、剛性を犠牲にすることなく成分質量を減らします.
- 熱伝導率 & 熱容量: 導電率が近づいています 25 w・m⁻¹・k⁻¹と周りの熱容量 460 j・kg⁻¹・k⁻¹,
合金は熱を効率的に吸収して分配します, これは、炉の裏地のホットスポットを防ぐのに役立ちます. - 熱膨張: 中程度の拡張率は、室温と間に動作するアセンブリの慎重な手当を必要とします 800 ℃; これを無視すると、熱応力が誘発される可能性があります.
室温の機械的特性
| 財産 | 指定された値 |
|---|---|
| 抗張力 | 500–600 MPa |
| 降伏強さ (0.2% オフセット) | ≥ 280 MPa |
| 破断伸び | 18–25 % |
| 硬度 (ブリネル) | 180–220 HB |
| シャルピー衝撃の靭性 (-40°C) | ≥ 30 J |
上昇した温度強度 & クリープ抵抗
| 温度 (℃) | 抗張力 (MPa) | 降伏強さ (MPa) | クリープ破裂強度 (100 000 h) (MPa) |
|---|---|---|---|
| 550 | ～ 300 | ～ 150 | ～ 90 |
| 650 | ～ 200 | ～ 100 | ～ 50 |
| 750 | ～ 150 | ～ 80 | ～ 30 |
疲労と熱サイクリングの動作
- 低サイクルの疲労: テストは、周りの持久力の制限を明らかにしています 150 MPAで 20 °Cで10℃のサイクル. さらに, フェライトマトリックスの細かい穀物構造は、亀裂開始を遅らせます.
- サーマルサイクリング: 合金は、周囲と周囲の間の数百の加熱循環を通じてスケールスパレーションに抵抗します 1 000 ℃, アルミナ濃縮酸化物層のおかげです.
5. 腐食 & 耐酸化性
高温酸化挙動
1.4762 二重酸化物構造を形成することにより、優れたスケールの安定性を達成します:
- インナーアルミナ (Al₂O₃) 層
-
- 形成: 600〜900°Cの間, アルミニウムは外側に拡散して酸素と反応します, 薄い, 連続的なal₂o₃レイヤー.
- 利点: アルミナは、基質を粘り強く固定します, サーマルサイクリングの下でのスケールスパレーションを大幅に削減します.
- 外側のクロミア (cr₂o₃) 混合酸化物
-
- 形成: 表面のクロムは、cr₂o₃に酸化します, アルミナのオーバーレイと強化.
- 相乗効果: 一緒に, 2つの酸化物は、酸素の浸入と金属の外向き拡散を制限することにより、さらなる酸化を遅くします.
水性腐食抵抗
ただし、フェライト鋼は一般に塩化物環境でオーステニティクスを追います, 1.4762 中性から軽度の酸性媒体でかなりのパフォーマンスを発揮します:
| 環境 | の行動 1.4762 |
|---|---|
| 淡水 (pH 6–8) | 受け身, 最小限の均一腐食 (< 0.02 mm/y) |
| 硫酸希釈 (1 wt %, 25 ℃) | 均一な攻撃率〜 0.1 mm/y |
| 塩化物溶液 (塩化ナトリウム, 3.5 wt %) | pe pist抵抗抵抗と同等ですがです 17; クラックはありません 50 ℃ |
6. 製作, 溶接 & 熱処理
溶接
- メソッド: ティグ (GTAW) そして、血漿溶接は、熱入力を最小限に抑え、穀物の粗大化を避けるために好まれます.
マッチングフィラー金属の使用 (例えば, ER409CB) または異なるジョイントの309L. - 予防策: 厚いセクションでは、150〜200°Cに予熱します (>10 mm) 冷却速度を下げ、マルテンサイトの変換を防ぐため, ひび割れを引き起こす可能性があります.
750〜800°Cでのポストアニーリングは延性を改善します.
形成と機械加工
- 冷間成形: 良好な延性により、中程度の曲げと転がりが可能になります, 作業硬化はオーステナイト鋼よりも顕著ではありませんが.
スプリングバックは、ツール設計で説明する必要があります. - 熱間加工: 1000〜1200°Cでフォージまたはロールします, シグマ相の形成を避けるための迅速な冷却 (800〜900°Cで合金を抱きしめます).
- 機械加工: そのフェライト構造による中程度の加工性; 高速スチールを使用します (HSS) チップの避難を管理するためのポジティブなレーキ角と豊富なクーラントを備えたツール.
熱処理
- アニーリング: 700〜800°Cでのストレス緩和を1〜2時間, その後空冷, 製造から残留応力を排除し、寸法の安定性を回復する.
- 硬化はありません: フェライト鋼として, クエンチングで硬化することはありません; 強度の改善は、コールドワーキングまたは合金の変更に依存しています (例えば, 穀物洗練のためにチタンを追加します).
7. 表面工学 & 保護コーティング
積極的な熱環境でのサービスライフを最大化する, エンジニアは、ターゲットを絞った表面処理とコーティングを採用しています 1.4762 ステンレス鋼.
酸化前治療
コンポーネントを使用する前に, 制御された事前酸化は、安定したものを作成します, しっかりと付着した酸化物:
- プロセス: 空気または酸素が豊富な大気中の800〜900°Cまでの部分を2〜4時間熱.
- 結果: 均一なal₂o₃/cr₂o₃Duplexスケールフォーム, 初期の質量増加を最大で削減します 40 % 最初は 100 サービスのh.
- 利点: エンジニアはaを観察します 25 % 急速な熱サイクル中にスケールスパレーションの低下 (800 °C↔ 200 ℃), これにより、メンテナンス間隔が拡張されます.
拡散アルミニジング
拡散アルミニ化は、エクストラアルミニウムにほぼ表面地域に注入します, より厚いアルミナバリアを構築します:
- 技術: パックセメンテーション - コンポーネントはアルミニウム粉末の混合物に座っています, アクティベーター (nh₄cl), とフィラー (Al₂O₃) - 950–1 000 °Cで6〜8時間.
- パフォーマンスデータ: 処理されたクーポン展示 60 % での酸化量の増加が少ない 1 000 °Cオーバー 1 000 未処理の材料と比較した.
- 考慮: コート後のグリット爆風を塗ります (ra≈ 1.0 μm) コーティングの順守を最適化し、熱応力を最小限に抑えるため.
セラミックおよびメタリックオーバーレイ
サービスの温度が上がる場合 1 000 °Cまたは機械的侵食が酸化に伴う場合, オーバーレイコーティングは追加の保護を提供します:
| オーバーレイタイプ | 典型的な厚さ | サービス範囲 (℃) | 主な利点 |
|---|---|---|---|
| al₂o₃セラミック | 50–200 µm | 1 000–1 200 | 例外的な不活性; サーマルバリア |
| ニコラリーメタリック | 100–300 µm | 800–1 100 | 自己癒しのアルミナスケール; 良好な延性 |
| 高エントロピー合金 | 50–150 µm | 900–1 300 | 優れた酸化抵抗; テーラードCTE |
新興のスマートコーティング
最先端の研究は、サービス条件に適応するコーティングに焦点を当てています:
- 自己癒しの層: 亀裂に放出されるマイクロカプセル化されたアルミニウムまたはシリコンを組み込みます, その場での保護酸化物の改革.
- Thermochromicインジケーター: 臨界温度を超えたときに色を変える酸化物色素を埋め込む, 解体せずに目視検査を可能にします.
- ナノエンジニアリングトップコート: ナノ構造のセラミックフィルムを利用します (< 1 μm) 酸化抵抗と摩耗の両方を最小限に抑えて摩耗保護を提供するために.
8. の応用 1.4762 ステンレス鋼
炉および熱処理装置
- 放射チューブ
- レトルト
- 炉のマッフル
- アニーリングボックス
- 加熱要素がサポートします
石油化学産業
- Reformerチューブ
- エチレン亀裂炉成分
- 触媒トレイとサポート
- 浸炭/硫化環境の熱シールド
発電および焼却システム
- スーパーヒーターチューブ
- 排気ガスダクト
- ボイラーライニング
- 煙道ガスチャネル
金属および粉末加工
- 焼結トレイ
- 虐殺ガイド
- グリッドをサポートします
- 高温器具
ガラスおよびセラミック製造
- キルン家具
- バーナーノズル
- 熱断熱ハードウェア
自動車およびエンジンアプリケーション
- 頑丈な排気マニホールド
- EGRモジュール
- ターボチャージャーハウジング
9. 1.4762 対. 代替の高温合金
以下は、のパフォーマンス特性を統合する包括的な比較表です 1.4762 ステンレス鋼 代替の高温合金に対して: 1.4845 (AISI 310S), 1.4541 (AISI 321), そして インコネル 600.
| 財産 / 基準 | 1.4762 (AISI 446) | 1.4845 (AISI 310S) | 1.4541 (AISI 321) | インコネル 600 (US N06600) |
|---|---|---|---|---|
| 構造 | フェライト系 (BCC) | オーステナイト系 (FCC) | オーステナイト系 (安定化) | オーステナイト系 (内部) |
| 主な合金要素 | cr〜25％, アル, そして | cr〜25％, 〜20％ | CR〜17％, 〜9％です, の | 〜72％, cr〜16％, Fe〜8％ |
| 最大連続使用温度 | 〜950°C | 〜1050°C | 〜870°C | 〜1100°C |
| 耐酸化性 | 素晴らしい (cr₂o₃ + Al₂O₃) | とても良い (cr₂o₃) | 良い | 素晴らしい |
| 浸炭抵抗 | 高い | 適度 | 低い | 非常に高い |
熱疲労抵抗 |
高い | 適度 | 適度 | 素晴らしい |
| クリープ強度 @ 800 ℃ | 適度 | 高い | 低い | 非常に高い |
| 応力腐食割れ (SCC) | 耐性 | 塩化物の影響を受けやすい | 塩化物の影響を受けやすい | 非常に抵抗力があります |
| 寒い作業性 | 限定 | 素晴らしい | 素晴らしい | 適度 |
| 溶接性 | 適度 (予熱が必要です) | 素晴らしい | 素晴らしい | 良い |
| 製造の複雑さ | 適度 | 簡単 | 簡単 | 中程度から複雑な |
| 料金 | 低い | 高い | 適度 | 非常に高い |
| 最適なアプリケーションフィット | 酸化/浸炭空気, 炉部品 | 加圧ハイテンプルコンポーネント | 形成, 溶接された低テンプル部品 | クリティカルプレッシャー & 腐食, >1000 °C |
10. 結論
1.4762 ステンレス鋼 (x10cralsi25, AISI 446) 優れた高温酸化とクリープ性能を備えた経済的合金設計と結婚する.
冶金の観点から, 慎重に調整されたCr-al-Si化学は、安定した保護スケールを支えています.
機械的に, 十分な強度と延性を保持します 650 ほとんどの産業用アプリケーションの°C.
環境的に, その高いリサイクル性は、持続可能性の目標と一致しています, ニッケル合金よりもコストの優位性は予算制約のプロジェクトにアピールしますが.
将来を見据えて, ナノスケール補強の革新, 積層造形,
そして、インテリジェントコーティングは、パフォーマンスの封筒をさらに押し上げることを約束します, それを保証します 1.4762 高温サービスの権威ある選択肢のままです.
で これ, これらの高度な技術を活用してコンポーネントのデザインを最適化するために、私たちはあなたと提携する準備ができています, 材料の選択, および生産ワークフロー.
次のプロジェクトがすべてのパフォーマンスとサステナビリティベンチマークを超えることを保証する.
