W energetyce jednym z najważniejszych aspektów jest wybór odpowiednich materiałów, które sprostają ekstremalnym warunkom pracy, takim jak wysokie temperatury, ciśnienie oraz ekspozycja na agresywne środowisko chemiczne. Stale kotłowe odgrywają kluczową rolę w konstrukcji kotłów, turbin i innych urządzeń energetycznych.

Gatunki stali kotłowych: właściwości 

Stale kotłowe wykorzystywane w energetyce i przemyśle cieplnym muszą spełniać szereg rygorystycznych wymagań, które gwarantują ich niezawodność i trwałość w ekstremalnych warunkach pracy. Poniżej przedstawiamy najważniejsze właściwości, jakie powinny posiadać gatunki stali kotłowych:

• Stabilność strukturalna – w trakcie pracy w ekstremalnych warunkach stal musi zachować swoją mikrostrukturę, co przekłada się na stałe właściwości mechaniczne i odporność na uszkodzenia termiczne oraz mechaniczne. Stabilność ta jest kluczowa dla bezpieczeństwa i długowieczności urządzeń pracujących pod wysokim ciśnieniem i temperaturą.
• Wysoka odporność na pełzanie – jest to zdolność materiału do zachowania wytrzymałości i stabilności mechanicznej przy długotrwałym działaniu wysokich temperatur, często przekraczających 500°C. Pełzanie stanowi jedno z głównych zagrożeń dla elementów kotłów i turbin, dlatego stal musi mieć odpowiednią strukturę krystaliczną i skład chemiczny, aby minimalizować deformacje.
• Odporność na korozję – stal kotłowa jest narażona na działanie agresywnych czynników, takich jak spaliny, wilgoć czy środowiska chemiczne. Z tego powodu musi charakteryzować się wysoką odpornością na korozję, która pozwala na długotrwałą eksploatację bez utraty właściwości mechanicznych i bezpieczeństwa.
• Dobre właściwości spawalnicze – montaż oraz okresowa konserwacja elementów stalowych wymaga spawania. Dlatego gatunki stali kotłowych muszą być łatwe do spawania, zapewniając jednocześnie wysoką jakość połączeń spawanych, minimalizując ryzyko powstawania pęknięć lub wad strukturalnych.

Przegląd wybranych gatunków stali kotłowych

21CrMoV5-7 (1.7709, 21CrMoV5-11)
Stal ta zawiera chrom, molibden i wanad, co podnosi jej odporność na pełzanie. Wytrzymuje pracę w temperaturach do 600°C i charakteryzuje się doskonałą stabilnością strukturalną. Znajduje zastosowanie w produkcji rur przegrzewaczy pary oraz elementów turbin gazowych i parowych.
15HM (1.7335, K12062)
Gatunek ten oparty jest na dodatkach chromu i molibdenu, co zapewnia odporność na korozję w środowiskach wysokotemperaturowych. Idealnie nadaje się do kotłów energetycznych, rur wymienników ciepła i innych komponentów wymagających trwałości w ekstremalnych warunkach.
13CrMo4-5 (1.7336, 13CrMo44)
Zawartość chromu zwiększa odporność na utlenianie, a molibden poprawia wytrzymałość na pełzanie. Stal ta doskonale sprawdza się w temperaturach do 580°C, szczególnie w rurach i osprzęcie kotłów parowych, gdzie występują duże wahania temperatur.
20HM (1.7218) i 25HM (1.7218, 25CrMo4)
Gatunki te łączą chrom i molibden, co zapewnia dobrą wytrzymałość mechaniczną oraz odporność na pełzanie. Stal 20HM ma mniejszą zawartość węgla, co wpływa na jej większą ciągliwość, podczas gdy 25HM oferuje wyższą wytrzymałość. Są szeroko stosowane w elementach ciśnieniowych kotłów i rurach przegrzewaczy pary.

10H2M (1.7380, 10CrMo9-10)
Stal ta zawiera wysoką zawartość chromu i molibdenu, co zapewnia wyjątkową odporność na korozję, dobrą spawalność i stabilność strukturalną. Stosowana jest w rurach kotłowych, zbiornikach ciśnieniowych oraz elementach systemów wymiany ciepła.
13HMF (1.7715, 14MoV6-3)
Dodatek wanadu i molibdenu nadaje tej stali doskonałe właściwości mechaniczne w wysokich temperaturach. Jest odporna na pełzanie, stabilna strukturalnie i dobrze znosi utlenianie. Stosowana w komponentach turbin parowych i gazowych oraz w rurach przegrzewaczy.
21HMF, 21CRMoV5-7 (1.7709)
Zawiera chrom, molibden i wanad, co zapewnia wytrzymałość nawet przy długotrwałym obciążeniu cieplnym. Ta stal charakteryzuje się wysoką odpornością na pełzanie w temperaturach do 600°C i jest wykorzystywana w głównych komponentach turbin oraz kotłów parowych.
26H2MF (1.7733, 24CrMoV55)
Zwiększona zawartość chromu i wanadu podnosi trwałość oraz stabilność strukturalną. Gatunek ten jest idealny do elementów ciśnieniowych pracujących w środowisku wysokotemperaturowym.
30H2MF (1.7707, 30CrMoV9)
Stal ta charakteryzuje się połączeniem chromu, molibdenu i wanadu, co zapewnia wysoką odporność na pełzanie i korozję w wysokich temperaturach. Stosowana jest w elementach nośnych konstrukcji kotłów i turbin.
34HN3M (34ХН3М, 32HN3M)
Zawiera nikiel i chrom, co poprawia odporność na korozję oraz trwałość w ekstremalnych warunkach. Cechuje się wysoką wytrzymałością mechaniczną zarówno w niskich, jak i wysokich temperaturach. Wykorzystywana jest w komponentach turbin i elementach narażonych na dynamiczne obciążenia.
 

Zastosowania i korzyści stali kotłowych

Stale kotłowe znajdują szerokie zastosowanie w energetyce:
•    Produkcja rur przegrzewaczy i wymienników ciepła.
•    Elementy ciśnieniowe kotłów.
•    Komponenty turbin parowych i gazowych.
Ich kluczowe zalety to trwałość, wytrzymałość w wysokich temperaturach, odporność na korozję oraz możliwość stosowania w ekstremalnych warunkach.

Stale kotłowe, takie jak 21CrMoV5-7, 15HM czy 13CrMo4-5, 25Hm, 25CrMo4, to fundamenty współczesnej energetyki. Dzięki ich wyjątkowym właściwościom możliwe jest bezpieczne i wydajne działanie systemów energetycznych. Wybór odpowiedniego gatunku stali zależy od specyficznych warunków pracy, takich jak temperatura, ciśnienie i środowisko chemiczne. Stale te nie tylko zwiększają niezawodność systemów energetycznych, ale także wydłużają ich żywotność, przyczyniając się do obniżenia kosztów eksploatacji.

Więcej informacji o stalach kotłowych pod linkiem witryny firmy Alfa-Tech https://www.alfa-tech.com.pl/stale-konstrukcyjne-stopowe-stal-do-pracy-przy-podwyzszonych-temperaturach/ 

Art. Zewnętrzny