Kanthal® APMT — это передовой порошковый дисперсионно-упрочненный ферритный железо-хром-алюминиевый сплав (сплав FeCrAlMo), рекомендованный для непрерывного использования при температуре до 1250 °C (2280 °F) в окислительной и восстановительной средах.
Kanthal® APMT обладает высоким пределом ползучести и отличной устойчивостью формы. Kanthal® APMT формирует защитный поверхностный оксид Al2О3, не образующий твердые отложения при воздействии высокой температуры, который обеспечивает хорошую защиту в большинстве сред печей и горения, например в окислительной, серосодержащей и цементационной, а также от нагара, золы и т. д. Комбинация отличных окислительных свойств и устойчивости формы делает этот сплав уникальным. Благодаря превосходной стойкости к окислению и науглероживанию Kanthal® APMT отлично подходит для применения в жаропрочных конструкциях в различных атмосферах.
Области использования
- Радиационные трубы для электрических и газовых печей
- Реторты и муфели для термообработки и высокотемпературного спекания металлокерамических компонентов
- Защитные трубы
- Компоненты горелки, сопла и детекторы пламени
- Грузовые транспортеры, например лотки или корзины для перевозки груза
- Печная оснастка и компоненты конструкции печей
- Неохлаждаемые компоненты в угольных и газовых электростанциях, а также электростанциях, работающих на биотопливе
- Защитные трубы термопар в электростанциях и высокотемпературных нефтехимических процессах
Значения и диаграммы являются репрезентативными для всех форм продуктов в состоянии поставки, если не указано иное. Значения, представленные в единицах британской системы мер и весов, интерполированы на основании испытаний, проведенных в единицах СИ.
Формы поставки
| Форма | Размеры (мм) | Размеры (дюймы) | |
| Пластина | Ширина | ≤ 1500 | ≤ 47,24 |
| Толщина | 3–20 | 0,12–0,79 | |
| Длина | ≤ 3300 | ≤ 118,44 | |
| Экструдированные трубы | Наружный диаметр | 26–260 | 1,05–10,24 |
| Толщина стенки | 2,87–11,0 | 0,11–0,43 | |
| Длина** | 3000–13 000 | 118,11–511,81 | |
| Холоднокатаная лента* | Ширина | ≤ 205 | ≤ 8,07 |
| Толщина | 0,2–3 | 0,01–0,12 | |
| Проволока | Ø | 0,2–9,5 | 0,01–0,37 |
| Стержень | Ø | 5,5–12 | 0,22–0,47 |
| Круглый пруток | Ø | ≤ 100 | ≤ 3,94 |
| Длина | ≤ 4500 | ≤ 177,17 | |
| Кузнечные заготовки | Ширина | ≤ 500 | ≤ 19,69 |
| Толщина | 35–170 | 1,38–6,69 | |
| Длина** | ≤ 3000 | ≤ 118,11 | |
| Квадратный пруток | ф | ≤ 150 | ≤ 5,91 |
| Длина | ≤ 4500 | ≤ 177,17 |
Другие размеры и формы обсуждаются по запросу.
*) Холоднокатаная лента может поставляться в виде нарезанной по размеру продукции.
**) Длина зависит от поперечного сечения.
Химический состав
| C % | Si % | Mn % | Mo % | Cr % | Al % | Fe % | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Номинальный состав | 3,0 | 21,0 | 5,0 | Остаток | |||
| Мин. | - | - | - | 20,5 | - | ||
| Макс. | 0,08 | 0,7 | 0,4 | 23,5 | - |
Микроструктура
Структура ферритная с типичным средним размером зерен 30–50 мм в состоянии поставки. Зерна обычно имеют удлиненную форму в продольном направлении проволоки и, как правило, растягиваются в плоскости плоских продуктов. Некоторые формы продуктов подвергаются вторичной рекристаллизации после воздействия температуры выше 1000 °C, что обычно приводит к образованию длинных и плоских зерен длиной или шириной до нескольких сотен мкм.
 |
 |
|
| Полированная и протравленная микрофотография из горячекатаного листа толщиной 8 мм, состояние поставки | Сечение TEM, показывающее границы зерен и дисперсию частиц |
Физические свойства
| Плотность, г/см3 | 7,25 |
|---|---|
| Удельное электрическое сопротивление при 20 °C, Ом мм2/м | 1,40 |
| Коэффициент Пуассона | 0,30 |
| Темп., °C | 100 | 200 | 300 | 400 | 500 | 600 | 700 | 800 | 900 | 1000 | 1100 | 1200 | 1300 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
Ct |
1,00 | 1,00 | 1,01 | 1,01 | 1,01 | 1,02 | 1,02 | 1,02 | 1,03 | 1,03 | 1,03 | 1,03 | 1,04 |
Модуль Юнга
| Температура [°C] [ГПа] |
20 | 100 | 200 | 400 | 600 | 800 | 1000 |
| 220 | 210 | 205 | 190 | 170 | 150 | 130 |
Теплопроводность
|
Температура [°C] |
Теплопроводность |
Температура [°F] |
Теплопроводность |
|
50 600 800 1000 1200 |
11 21 23 27 29 |
1200 1400 1600 1800 2000 2200 |
12,5 13 14 15,5 16 17 |
Коэффициент термического расширения
|
Температура [°C] |
Термическое расширение (x10-6) [°C-1] |
Температура [°F] |
Термическое расширение (x10-6) [°F-1] |
|
20–250 20–500 20–750 20–1000 20–1250 |
12,4 13,1 13,6 14,7 15,4 |
68–400 68–600 68–800 68–1000 68–1200 68–1400 68–1600 68–1800 68–2000 68–2200 |
6,8 7,0 7,2 7,3 7,4 7,6 7,9 8,1 8,4 8,6 |
Удельная теплоемкость
|
Температура [°C] |
Удельная теплоемкость |
Температура [°F] |
Удельная теплоемкость |
|
20 200 400 600 800 1000 1200 |
480 560 640 710 670 690 700 |
68 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 |
0,11 0,12 0,13 0,14 0,15 0,16 0,17 0,16 0,16 0,16 0,17 0,17 |
| Температура плавления | 1500 °C (2732 °F) |
|---|---|
| Магнитные свойства | Железомагнитный, точка Кюри приблизительно 600 °C (1112 °F) |
| Коэффициент излучения, полностью окисленный материал Ɛ | 0,70 |
Механические свойства
Свойства при растяжении при комнатной температуре 20 °C (68 °F)
| Предел прочности Rp0,2 МПа (ksi) |
Предел прочности на разрыв Rm МПа (ksi) |
Удлинение при разрыве A % |
Твердость Hv |
|---|---|---|---|
| 510–600 (74–87) | 725–780 (105–113) | Обычно 10–15 | 250 |
Примечание. Материал с крупным профилем обычно имеет более высокий предел прочности на разрыв и более низкие значения удлинения.
Механические свойства при повышенной температуре
Все значения являются репрезентативными средними значениями в состоянии поставки. Образцы отбирают в продольном направлении из трубы и в продольном и поперечном направлениях на горячекатаном толстом листе.
Испытание на удар
На графике показаны результаты испытания по Шарпи при нагревании. Стандартные образцы изготовлены из горячекатаного листа толщиной 12 мм. Переход от режима низкого поглощения энергии к высокому поглощению энергии происходит при температуре около 200 °C (390 °F). Аналогичное поведение наблюдается у других форм продуктов с относительно крупносортным профилем, например экструдированной трубы.
|
Температура, °C (°F) |
Предел прочности на разрыв Rm МПа (ksi) |
|---|---|
| 600 (1112) | 420 (61) |
| 800 (1472) | 120 (17) |
| 1000 (1832) | 42 (6) |
| 1200 (2192) |
16 (2,3) |
Испытание на разрыв нагретого образца — испытание Gleeble (скорость деформации ~1 с-1)
| Время | Температура/напряжение (МПа) | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ч | 700 °C | 800 °C | 900 °C | 1000 °C | 1100 °C | 1200 °C | 1300 °C |
| 100 | 39,9 | 26,2 | 19,7 | 12,7 | 7,0 | 3,4 | 2,1 |
| 1000 | 36,8 | 23,4 | 16,2 | 9,9 | 5,0 | 2,3 | 1,5 |
| 10 000 | 34,0 | 21,0 | 13,2 | 7,8 | 3,6 | 1,6 | 1,2 |
| 100 000 | 31,4 | 18,8 | 10,8 | 6,1 | 2,6 | 1,1 | 0,9 |
Данные об удлинении на 1 % рассчитываются на основании данных о минимальной скорости деформации. Как правило, первоначальная ползучесть составляет порядка 0,3–1 % в зависимости от формы продукта, температуры и уровня напряжений. Общее удлинение при растяжении на разрыв зависит от температуры и напряжения, но обычно составляет от 3 до 12 %, где нижний диапазон является типичным для низких уровней напряжений.
| Время | Температура/напряжение (МПа) | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ч | 700 °C | 800 °C | 900 °C | 1000 °C | 1100 °C | 1200 °C | 1300 °C |
| 100 | 45,0 | 29,2 | 21,6 | 14,4 | 8,7 | 4,6 | 2,7 |
| 1000 | 39,7 | 24,8 | 17,0 | 10,8 | 5,5 | 2,5 | 1,5 |
| 10 000 | 35,0 | 21,1 | 13,4 | 8,1 | 3,5 | 1,4 | 0,9 |
| 100 000 | 30,8 | 18,0 | 10,6 | 6,1 | 2,3 | 0,8 | 0,5 |
Данные о разрушении при ползучести представляют собой типичные средние значения для трубы, прутка и горячекатаного толстого листа, основанные на испытаниях на ползучесть, проведенных во временном и температурном диапазоне, указанном длиной сплошных линий на диаграммах (время испытаний менее 50 000 часов). Следует отметить, что срок службы компонента на более тонких участках может быть ограничен из-за окисления/коррозии, а не из-за разрушения при ползучести при низких уровнях напряжений и длительном времени воздействия, как показано заштрихованной областью в таблицах. На диаграмме представлен разрыв после 10 000 часов по сравнению с некоторыми другими сплавами.
Напряжение разрушения при ползучести
Диаграмма Ларссона-Миллера
Вторичная скорость ползучести
Коррозионная стойкость
Окислительные и коррозионные свойства при высоких температурах
Kanthal® APMT обладает превосходными коррозионными свойствами при высоких температурах благодаря спонтанному образованию тонкого слоя оксида алюминия (Al2О3), который защищает основной материал от коррозии. Ниже приведены наиболее важные свойства слоя окалины:
- Термодинамически стабильный — также образуется в защитных атмосферах при очень низких точках росы
- Инертный — после образования он очень устойчив к химическим реакциям
- Плотный — образует очень эффективный барьер от диффузии углерода и проникновения загрязняющих веществ
- Тонкий — очень небольшое количество алюминия расходуется на образование и поддержание слоя окалины, что приводит к очень долгому сроку службы при окислении
- Клейкий — устойчив к расслаиванию при циклической термообработке
Окислительные свойства
Стойкость к окислению Kanthal® APMT превосходит характеристики сплавов на основе никеля и высоколегированных аустенитных сплавов, образующих хромовое покрытие, благодаря защите от оксида алюминия. Он обеспечивает меньшее расслаивание окалины, а оксид алюминия, в отличие от хромового покрытия, не чувствителен к выделению летучих веществ во влажных атмосферах.
Kanthal® APMT рекомендуется для использования в воздушной среде и в большинстве окисляющих и восстановительных газов при температуре до 1250 °C (2280 °F), что приблизительно на 100 °C (180 °F) выше, чем у наиболее эффективных сплавов, образующих хромовое покрытие. Для более коротких периодов времени допустима температура до 1300 °C (2372 °F) без значительного вредного воздействия.
Он отличается очень хорошей коррозионной стойкостью в сухом N2 или H2/N2, когда точка росы выше -25 °C (-13 °F). Ниже этого уровня содержания воды сплав может быть подвержен азотированию в определенных ситуациях.
На рисунке ниже показано изменение массы во время периодического окисления в воздушной среде при температуре 1100 °C. После начального периода время циклов составило приблизительно 100 часов. Kanthal® APMT показывает субпараболический прирост массы, в то время как оксидная окалина в сплаве Fe25Cr35Ni начинает отслаиваться менее чем через 24 часа.
Срок службы, ограниченный окислением
Срок службы, ограниченный окислением, определяется постепенным расходом алюминия в сплаве. Защитная окалина оксида алюминия разрушается после продолжительного времени нахождения при высокой температуре, когда уровень алюминия достигает 1–3 % масс. в зависимости от температуры и циклической термообработки. Сравнительный срок службы окисления можно оценить в соответствии с ASTM B78-81. Испытание проводится на проволоке Ø 0,7 мм, и результаты показаны на диаграмме для Kanthal® APMT и некоторых других жаропрочных сплавов.
Свойства науглероживания
Образование защитной окалины оксида алюминия обеспечивает превосходную стойкость Kanthal® APMT к науглероживанию по сравнению со сплавами, образующими хромовое покрытие.
На рисунке ниже средняя глубина науглероживания была рассчитана на основе общей потери материала во время испытания.
Термообработка
Предварительное окисление
В результате предварительного окисления образуется защитная окалина оксида алюминия толщиной приблизительно 1 мкм, которая идеально подходит для дальнейшего воздействия агрессивных сред. Перед нагревом поверхности следует очистить от грязи, мусора, масел и т. д., которые могут отрицательно повлиять на защитный оксидный слой. Рекомендуемые параметры предварительного окисления: 8 часов при температуре 1050 °C. Скорость охлаждения: 50 °C/ч до 500 °C с последующим воздушным охлаждением. Использование, например, вентиляторов или сжатого воздуха для принудительного охлаждения не рекомендуется.
Снятие напряжений
Снятие напряжений можно выполнить после дальнейшего формования и необходимо выполнить после сварки. Рекомендуемые параметры: 1 час при температуре 850 °C в воздушной среде в дополнение ко времени, необходимому для прохождения тепла через всю толщину материала. Скорость охлаждения: 100 °C/ч до 500 °C с последующим воздушным охлаждением. Использование, например, вентиляторов или сжатого воздуха для принудительного охлаждения не рекомендуется.
Производство
Kanthal® APMT может быть сформирован при комнатной температуре, но поскольку прочность при ударе при комнатной температуре сравнительно низкая, по возможности пластическую деформацию все же рекомендуется выполнять, предварительно нагрев материал до температуры ≥ 250 °C (480 °F).
Гибка по кромке с радиусом создает менее локализованное напряжение по сравнению с V-образной гибкой и рекомендована к использованию. В случае пластин и лент рекомендуется выполнять гибку по кромке с радиусом Рмин ≥ 3т. Однако, как правило, можно использовать Рмин ≥ 2т для пластин толщиной ≤ 5 мм.
Для труб рекомендуется индукционная гибка с нагревом до 875 °C. Обычно после процесса гибки не требуется термообработка для снятия напряжения. Минимальный радиус гибки с допустимым изменением толщины стенки ± 10 % можно рассчитать по формуле
Рмин = 3 наруж. диам.
Где «наруж. диам.» — это наружный диаметр трубы; радиус гибки определяется от осевой линии трубы.
Резка и обработка
Для резки Kanthal APMT рекомендуется использовать станок гидроабразивной резки. Также можно использовать низкоскоростную распиловку с избыточным охлаждением.
Обрабатываемость Kanthal® APMT сопоставима с обрабатываемостью кованой или катаной ферритной нержавеющей стали. Однако скорость резки обычно необходимо снизить по сравнению со стандартными сортами. Для контроля температуры инструмента рекомендуется начальная точка для оптимизации примерно до половины. Для большинства операций обработки можно использовать стандартные охлаждающие жидкости на основе эмульсии. Исключением являются операции глубокого бурения, когда чистое масло снижает износ инструмента.
Соединение
Рекомендации представлены только для ознакомления, пригодность кого-либо материала для конкретных условий может быть подтверждена только при предоставлении сведений о фактических условиях эксплуатации. Непрерывная разработка может стать причиной внесения изменений в технические данные по сварке без уведомления.
Наиболее распространенным методом соединения APMT является обычная сварка TIG/GTAW. Были протестированы альтернативные способы соединения, такие как склепывание и нарезка резьбы, которые могут быть полезны в определенных областях применения и отличаются тем, что укрепляющая дисперсия частиц сохраняется.
Сварка
Примеры подготовки к сварке и параметров TIG/GTAW, которые привели к успешному выполнению V-образных стыковых и угловых сварных соединений, представлены ниже. Для сварки тонких пластин Kanthal APMT больше подходит более низкий ток. Эти сварные соединения были выполнены с предварительным нагревом до 250 ± 50 °C (480 ± 90 °F) и держались в тепле до снятия напряжения соединения при температуре 850 °C в течение 1 часа. В качестве защитного газа рекомендуется использовать чистый аргон. Очень важно, чтобы газ не содержал добавок CO2 или NO.
|
Проход |
Ток [А] |
Напряжение [В] |
Полярность |
Скорость движения [мм/мин] |
Защитный газ |
|
Корневой |
75–95 |
12–14 |
Электрод для сварки на постоянном токе прямой полярности |
15–30 |
Аргон 99,99 % |
|
2–3 |
150–175 |
13–16 |
Электрод для сварки на постоянном токе прямой полярности |
40–70 |
Аргон 99,99 % |
|
4+ |
150–175 |
13–16 |
Электрод для сварки на постоянном токе прямой полярности |
75–110 |
Аргон 99,99 % |
|
Проход |
Ток [А] |
Напряжение [В] |
Полярность |
Скорость движения [мм/мин] |
Защитный газ |
|
1 |
160–180 |
13–16 |
Электрод для сварки на постоянном токе прямой полярности |
70–100 |
Аргон 99,99 % |
|
2+ |
160–180 |
13–16 |
Электрод для сварки на постоянном токе прямой полярности |
70–100 |
Аргон 99,99 % |
Сварочные расходные материалы
Для сварки TIG/GTAW можно использовать проволоку Ø1,6 или 2,4 мм. Для корневого прохода рекомендуется Ø1,6 мм, для последующих проходов можно использовать 1,6 или 2,4 мм.
При сварке APMT с другими материалами сплав APMT обычно является более чувствительным из двух материалов, и процедура сварки может быть аналогична сварке APMT–APMT.
Рекомендуемые сварочные расходные материалы для APMT по отношению к некоторым распространенным сплавам
| Материал, с которым выполняется сварка | Наполнитель |
| Kanthal APMT | Kanthal APMT |
| Сплавы на основе никеля, 600, 601 | Kanthal APMT или Exaton Ni72HP |
| Аустенитная высоколегированная нержавеющая сталь, 310, 353MA, 253MA, 800, HK40, HP | Exaton 25.20L |
| Аустенитная нержавеющая сталь 304, 316, 347 |
Exaton 25.20L |
| Ферритная нержавеющая сталь, 409, 430, 446 | Kanthal APMT |
| Углеродистая сталь и низколегированная сталь | OK Autrod 12.64 |
Предварительный нагрев
Рекомендуется выполнить предварительный нагрев до 250 ±50 °C (480 ±90 °F). По возможности не выполняйте предварительный нагрев с помощью открытого пламени/горелки. Если это единственный возможный вариант, нагрев должен выполнять специалист с опытом сварки APMT, поскольку сложно обеспечить равномерное распределение температуры в зоне сварки.
При необходимости следует повторно выполнять нагрев зоны сварки для поддержания температуры сварного соединения на уровне не менее 200 °C (390 °F) во время сварки.
Термообработка после сварки — PWHT
Сразу после сварки необходимо выполнить процедуру снятия напряжения после сварки. До выполнения этой процедуры температура сварного соединения не должна опускаться ниже 200 °C (390 °F). Параметры см. в разделе «Термообработка». В случае сварки APMT–APMT рекомендуется одновременно выполнять снятие напряжения и предварительное окисление зоны сварки в сочетании с термообработкой после сварки.
Первичная очистка и очистка после сварки
Перед сваркой необходимо обезжирить поверхности соединений. Очистку после сварки можно выполнить механически с помощью щетки из нержавеющей стали.
Остаточная прочность сварного соединения
Kanthal® APMT — это передовой металлокерамический дисперсионно-упрочненный сплав, поэтому сварка отрицательно влияет на механические свойства и свойства высокотемпературной ползучести материала. Причина заключается в нарушении зернистой структуры и распределении дисперсии. Характерные данные по пределу ползучести сварных соединений TIG, выполненных с использованием наполнителя Kanthal® APMT, см. на диаграмме. Например, при 1000 °C (1830 °F) предел прочности на разрыв сварного соединения можно сравнить с неповрежденным материалом при 1100 °C (2010 °F).
Дополнительная информация
Следующие руководящие принципы/рекомендации учитывают окислительные и коррозионные свойства при длительном воздействии высоких температур. Поэтому наши рекомендации могут отличаться от традиционных рекомендаций по сварке, используемых при монтажной сварке. Для получения дополнительных рекомендаций обратитесь к местному торговому представителю Sandvik Heating Technology.
