Otpornost na oksidaciju na visokim temperaturama
Otpornost metala na oksidaciju pri visokim temperaturama odnosi se na otpornost čelika na oksidaciju pri visokim temperaturama. Oksidacija je tipična kemijska korozija. Kemijska reakcija između metala i kisika je oksidativna korozija. Proizvod korozije (oksidni film) lijepi se za metalnu površinu u oksidirajućoj atmosferi kao što je zrak visoke temperature i plin za izgaranje. S razvojem oksidacije, debljina oksidnog filma nastavlja se povećavati. Hoće li se oksidacija metala nastaviti oksidirati nakon postizanja određene razine izravno ovisi o učinku oksidnog filma na metalnoj površini. Ako se formira gust i stabilan oksidni film, a oksidni film ima veliku snagu vezivanja i veliku čvrstoću s osnovnim metalom, može spriječiti difuziju atoma kisika u metal i smanjiti brzinu oksidacije. Inače će se oksidacija ubrzati, uzrokujući ljuštenje metalne površine, što dovodi do ranog kvara dijelova.
Sastav oksidnog sloja na površini čelika povezan je s temperaturom. Oksidni sloj sastoji se od gustog Fe2O3+Fe3O4, koji može učinkovito spriječiti difuziju kisika ispod 570 stupnjeva. Kada se zagrije na iznad 570 stupnjeva, oksidni film se sastoji od FeO+Fe2O3+Fe3O4 iznutra prema van. FeO je labav i porozan, čineći približno 90% ukupne debljine oksidnog filma. Atomi metala i atomi kisika lako difundiraju u FeO sloj i ubrzavaju oksidaciju. Visokotemperaturni FeO uvelike smanjuje otpornost čelika na oksidaciju. Što je viša temperatura, atomi brže difundiraju i brzina oksidacije je brža.
Glavna metoda poboljšanja otpornosti čelika na oksidaciju je dodavanje legirajućih elemenata kao što su krom, silicij i aluminij. Stoga, kada čelik dođe u kontakt s kisikom na visokim temperaturama, formira gusti oksidacijski film visokog tališta od Cr2O3, silicijevog dioksida i aluminijevog oksida, koji pokriva Površina čelika je čvrsta, sprječavajući njegovu daljnju oksidaciju.
Čvrstoća na visoke temperature
Visokotemperaturna čvrstoća metala odnosi se na sposobnost metalnih materijala da se odupru mehaničkom opterećenju pri visokim temperaturama, odnosno sposobnost metalnih materijala da se odupru plastičnim deformacijama i oštećenjima pri visokim temperaturama. Mehanička svojstva metala na visokim temperaturama vrlo su različita od onih na sobnoj temperaturi. Kada je radna temperatura viša od temperature rekristalizacije, dolazi do plastične deformacije metala i otvrdnjavanja. Osim utjecaja vanjskih sila, također će doći do rekristalizacije i omekšavanja.
Mehanička svojstva metala pri visokim temperaturama povezana su s temperaturom, vremenom i strukturom. Puzanje se često javlja pri visokim temperaturama, odnosno kada je radna temperatura veća od temperature rekristalizacije, radno naprezanje prelazi granicu elastičnosti na toj temperaturi, a metal se s vremenom polako deformira. Što je veća otpornost metala na puzanje, veća je njegova otpornost na visoke temperature.
Visokotemperaturna čvrstoća metala općenito se izražava granicom puzanja i čvrstoćom trajnosti. Granica puzanja je vrijednost naprezanja kada zaostala deformacija metala dosegne određenu vrijednost nakon određenog vremenskog razdoblja na određenoj temperaturi. Trajna čvrstoća odnosi se na vrijednost naprezanja metalnog materijala unutar određenog vremenskog razdoblja u uvjetima konstantne temperature. Na visokim temperaturama, čvrstoća granica zrna metalnih materijala je niža od čvrstoće unutarnjih zrna, tako da dodavanje legirajućih elemenata povećava temperaturu rekristalizacije i stvara stabilne posebne karbide. Korištenje krupnozrnatih materijala za smanjivanje granica zrna može učinkovito poboljšati čvrstoću čelika na visokim temperaturama.
Mo je ključni element legure u feritnom čeliku otpornom na puzanje, koji ima radnu temperaturu do 530 stupnjeva. Čvrsta otopina molibdena može učinkovito smanjiti stopu puzanja čelika. Molibden može usporiti aglomeraciju i ogrubljivanje karbida na visokim temperaturama. Vanadij, titan i niobij jaki su elementi koji tvore karbid koji mogu tvoriti fine raspršene karbide za poboljšanje čvrstoće čelika na visokim temperaturama. Spojevi titana, niobija i ugljika također mogu spriječiti interkristalnu koroziju austenitnih čelika na visokim temperaturama ili nakon zavarivanja.
