Jakie materiały wytrzymują 1100°C? Poznaj 1.4724, 1.4742, 1.4762

Stale odporne na wysokie temperatury to fundament wielu gałęzi przemysłu – od energetyki i hutnictwa, po ceramikę i spalarnie odpadów. Wysoka temperatura, tlen i gazy reaktywne stanowią środowisko, w którym zwykła stal szybko traci swoje właściwości.

17 października 2025  09:55

Podziel się:  

atego w zastosowaniach żaroodpornych stosuje się ferrytyczne stale chromowo-aluminiowe.

Stale odporne na wysokie temperatury – H13JS, H18JS, H24JS (1.4724, 1.4742, 1.4762 )

Stale odporne na wysokie temperatury stanowią niezbędny element konstrukcji przemysłowych, które pracują w środowiskach ekstremalnie obciążonych cieplnie. Gdy temperatura przekracza 800°C, a stal austenityczna zaczyna się odkształcać i łuszczyć, do gry wchodzą ferrytyczne stale chromowo-aluminiowe: H13JS (1.4724), H18JS (1.4742) i H24JS (1.4762). To materiały, które łączą odporność na utlenianie, stabilność wymiarową i rozsądną cenę, bez efektów pełzania czy odspajania zgorzeliny.

Ferrytyczne stale Cr-Al – zasada działania

Ferrytyczne stale chromowo-aluminiowe (Cr-Al) należą do grupy materiałów, które tworzą na swojej powierzchni wyjątkowo trwałą i samoodnawialną warstwę ochronną. Ich odporność na działanie wysokiej temperatury wynika z synergicznego działania dwóch pierwiastków stopowych – chromu i aluminium. Zawartość chromu w zakresie 13–25% oraz aluminium od 1 do 2,5% powoduje powstawanie cienkiej, ale bardzo zwarto przylegającej warstwy tlenku glinu Al₂O₃, która pełni rolę bariery dyfuzyjnej dla tlenu.

Warstwa ta charakteryzuje się niską prędkością wzrostu i doskonałą przyczepnością do podłoża metalicznego, dzięki czemu nie odspaja się nawet przy wielokrotnych cyklach nagrzewania i chłodzenia. W miarę wzrostu temperatury cienka powłoka tlenkowa gęstnieje, a proces jej dalszego utleniania zostaje samoczynnie spowolniony. To właśnie ten mechanizm pasywacji odróżnia stale Cr-Al od klasycznych stali chromowych, w których dominuje mniej stabilny tlenek Cr₂O₃ o większej podatności na pękanie i odspajanie.

Dodatki krzemu (Si) odgrywają kluczową rolę w stabilizacji tej warstwy, poprawiając jej przyczepność i tworząc cienką podwarstwę tlenków SiO₂, które dodatkowo uszczelniają granicę między metalem a otoczeniem. W efekcie nawet przy długotrwałej pracy w atmosferze bogatej w tlen, spaliny lub produkty siarkowe, ferrytyczne stale Cr-Al utrzymują szczelną barierę ochronną i ograniczają tempo utleniania do minimum.

Struktura ferrytyczna (α-Fe) zapewnia im nie tylko odporność chemiczną, lecz także przewagę w zakresie stabilności wymiarowej. W porównaniu z austenitami charakteryzuje się mniejszym współczynnikiem rozszerzalności cieplnej i większą przewodnością cieplną, co oznacza niższe naprężenia termiczne podczas cykli grzanie–chłodzenie. Ta cecha sprawia, że stale Cr-Al zachowują integralność i kształt nawet po tysiącach godzin pracy w temperaturach przekraczających 900°C.

Dzięki tym właściwościom ferrytyczne stale chromowo-aluminiowe są powszechnie stosowane w elementach pieców, komorach spalania, paleniskach, mufach i przewodach spalinowych. W miejscach, gdzie klasyczne stale żaroodporne tracą ciągłość powłoki i odspajają zgorzelinę, gatunki Cr-Al tworzą stabilną, cienką warstwę ochronną, która nie tylko chroni materiał, ale również wydłuża jego żywotność eksploatacyjną.

H13JS (1.4724, X10CrAlSi13 / X10CrAl13)

H13JS to podstawowy gatunek ferrytu chromowo-aluminiowego przeznaczony do pracy w temperaturach do około 850°C. Zawiera około 13% chromu oraz 1% aluminium, które odpowiadają za tworzenie cienkiej, lecz trwałej warstwy tlenku Al₂O₃ na powierzchni. Stal ta charakteryzuje się dobrą odpornością na utlenianie w atmosferze powietrza i gazów spalania, a dzięki stosunkowo niskiej zawartości dodatków stopowych – jest łatwiejsza w obróbce mechanicznej i cieplnej niż bogatsze gatunki Cr-Al.

Materiał taki jak stal żaroodporna H13JS, 1.4724, zachowuje stabilność struktury ferrytycznej w całym zakresie roboczym, dzięki czemu nie wykazuje skłonności do odkształceń cieplnych. Nie jest jednak odporna na silnie redukujące atmosfery i w kontakcie z produktami siarkowymi może tracić trwałość warstwy tlenkowej. Z tego względu nie powinna być stosowana w warunkach nadmiaru siarki lub w obecności nieoczyszczonych spalin.

Właściwości H13JS

* Odporność na utlenianie do ok. 850°C

* Wysoka stabilność wymiarowa przy cyklicznym grzaniu i chłodzeniu

* Niska rozszerzalność cieplna w porównaniu z austenitami

* Dobra obrabialność mechaniczna i skrawalność

Zastosowania H13JS

* Mufy i osłony cieplne

* Drobne elementy grzejne

* Osłony palników i deflektory cieplne

* Cienkościenne części pieców laboratoryjnych

Podczas spawania należy zachować ostrożność – ferryt jest wrażliwy na pęknięcia przy szybkim chłodzeniu. Rekomendowane jest podgrzewanie wstępne do 200–300°C oraz prowadzenie krótkich ściegów o niskiej energii liniowej. Po spawaniu warto zastosować powolne chłodzenie w piecu lub na powietrzu.

H18JS (1.4742, X10CrAlSi18 / X10CrAl18)

H18JS to stal o zwiększonej zawartości chromu (ok. 18%) i aluminium (1,2–1,5%), co pozwala jej pracować w temperaturach sięgających 1000°C. W porównaniu z H13JS wykazuje lepszą odporność na korozję gazową, zwłaszcza w środowiskach zawierających siarkę i produkty spalania paliw kopalnych. Dzięki stabilnej strukturze ferrytycznej utrzymuje wymiary elementu nawet przy częstych zmianach temperatury i długotrwałej ekspozycji na ogień.

Właściwości H18JS czynią ją materiałem szczególnie cenionym w aplikacjach, gdzie występują powtarzalne cykle nagrzewania i chłodzenia – tam, gdzie austenity zaczynają pękać z powodu naprężeń cieplnych. Dodatkowo gatunek ten jest mniej podatny na odspajanie zgorzeliny niż stale typu 1.4841, co przekłada się na dłuższą trwałość powierzchni roboczej.

Właściwości H18JS

* Odporność na utlenianie i gazy siarkowe do ok. 1000°C

* Dobra stabilność wymiarowa w pracy cyklicznej

* Niższa rozszerzalność cieplna niż w stalach austenitycznych

* Ograniczona podatność na pełzanie przy długiej eksploatacji

Zastosowania H18JS

* Przegrody i prowadnice pieców przemysłowych

* Elementy wentylatorów gorącego powietrza

* Płyty i deflektory cieplne

* Osłony komór spalania i kanałów spalin

H18JS określana jest często jako „złoty środek” między ekonomiczną H13JS a wysokostopową H24JS. Łączy rozsądny koszt z bardzo dobrą odpornością cieplną i mechaniczną, dzięki czemu jest szeroko stosowana w przemyśle energetycznym i cieplnym.

H24JS (1.4762, X10CrAlSi25 / X10CrAl24)

H24JS to stal o najwyższej odporności w tej grupie. Zawiera około 24–25% chromu oraz do 2,5% aluminium, co pozwala jej pracować w temperaturach przekraczających 1100°C. Na powierzchni tworzy się bardzo zwarta warstwa tlenków Al₂O₃ i Cr₂O₃, która praktycznie nie odspaja się od podłoża nawet po tysiącach godzin pracy w ogniu. Dzięki temu H24JS zachowuje pierwotny kształt i wymiar elementu, a powierzchnia pozostaje gładka i nienaruszona.

W porównaniu z austenitycznymi gatunkami 1.4841 czy 1.4828, stal H24JS wykazuje znacznie mniejszą rozszerzalność cieplną i lepszą odporność na zmęczenie cieplne. To materiał stosowany tam, gdzie inne stale ustępują – w paleniskach, mufach piecowych, prowadnicach i elementach kotłów narażonych na bezpośredni kontakt z płomieniem.

Właściwości H24JS

* Odporność na utlenianie do ok. 1100–1150°C

* Bardzo niska prędkość wzrostu warstwy tlenkowej

* Odporność na deformacje i pełzanie przy pracy ciągłej

* Stabilność struktury ferrytycznej nawet przy długotrwałym grzaniu

Zastosowania H24JS

* Rusztowiny i płyty paleniskowe

* Prowadnice i płyty w piecach tunelowych

* Elementy kotłów, mufy i rury żarowe

H24JS jest stalą przeznaczoną do pracy w ekstremalnych warunkach cieplnych, gdzie trwałość elementu decyduje o bezpieczeństwie całego układu. Nie pełznie, nie pęka i nie deformuje się nawet po długim okresie eksploatacji. W konstrukcjach przemysłowych stanowi dziś jedną z najbardziej niezawodnych alternatyw dla wysokoniklowych stopów żaroodpornych. Więcej o stalach żaroodpornych.

Ferryt kontra austenit – kluczowa różnica

Austenityczne stale żaroodporne, takie jak 1.4841 (X15CrNiSi25-21) czy 1.4828 (X15CrNiSi20-12), są powszechnie stosowane ze względu na dobrą plastyczność, łatwość obróbki i wysoką odporność na utlenianie. Ich struktura austenityczna (γ-Fe) zawiera znaczne ilości niklu, co poprawia ciągliwość i odporność korozyjną, ale jednocześnie zwiększa rozszerzalność cieplną oraz obniża przewodność cieplną. W praktyce oznacza to, że podczas wielokrotnych cykli nagrzewania i chłodzenia, elementy z austenitów rozszerzają się i kurczą bardziej gwałtownie, co prowadzi do deformacji, odspajania zgorzeliny i pękania spoin.

W stalach ferrytycznych Cr-Al (jak H13JS, H18JS, H24JS) sytuacja jest odwrotna. Struktura ferrytyczna (α-Fe) jest stabilna w wysokich temperaturach, ma mniejszą rozszerzalność cieplną i większą odporność na zmęczenie cieplne. Dodatki aluminium i krzemu tworzą na powierzchni warstwę tlenków Al₂O₃ i SiO₂, które są znacznie bardziej odporne na odspajanie niż klasyczna warstwa Cr₂O₃ występująca w austenitach. Efektem jest dłuższa trwałość i lepsza stabilność wymiarowa podczas wieloletniej eksploatacji.

Ferryt ma jednak pewne ograniczenia – jest mniej plastyczny i trudniejszy w spawaniu niż austenit, szczególnie w temperaturze otoczenia. Wymaga kontrolowanego chłodzenia, niskiej energii liniowej i podgrzewania wstępnego. W zamian oferuje wyjątkową odporność na pękanie cieplne i pełzanie, co czyni go niezastąpionym w konstrukcjach narażonych na częste zmiany temperatury i duże gradienty cieplne.

Porównanie podstawowych różnic

Cecha	Stale austenityczne (np. 1.4841, 1.4828)	Stale ferrytyczne Cr-Al (H13JS, H18JS, H24JS)
Struktura	Austenit (γ-Fe), stabilizowany niklem	Ferryt (α-Fe), stabilny w wysokich temperaturach
Odporność na utlenianie	Bardzo dobra do 1000–1050°C	Wyjątkowa – do 1150°C dzięki warstwie Al₂O₃
Rozszerzalność cieplna	Wysoka – podatność na pękanie i deformacje	Niska – stabilność wymiarowa i brak pęknięć
Odporność na zmęczenie cieplne	Ograniczona przy cyklicznych zmianach temperatury	Bardzo wysoka – idealna do pieców cyklicznych
Spawalność	Dobra	Wymaga doświadczenia i podgrzewania wstępnego
Przewodność cieplna	Niższa	Wyższa – lepsze odprowadzanie ciepła
Koszt	Wyższy (zawartość niklu)	Niższy – brak niklu, niższe koszty wytopu

Niższy współczynnik rozszerzalności cieplnej ferrytycznych stali Cr-Al (nawet o 30% mniejszy niż w 1.4841) przekłada się na mniejsze naprężenia termiczne i dłuższą żywotność elementów. W efekcie H18JS i H24JS stają się materiałami pierwszego wyboru w przemyśle ceramicznym, szklarskim, energetycznym i w spalarniach odpadów, gdzie trwałość w wysokiej temperaturze jest kluczowa.

Podsumowanie

* H13JS (1.4724 / X10CrAlSi13) – do ok. 850°C, stal do lekkich konstrukcji cieplnych i osłon.

* H18JS (1.4742 / X10CrAlSi18) – do ok. 1000°C, uniwersalna stal żaroodporna o wysokiej stabilności.

* H24JS (1.4762 / X10CrAlSi25) – do ok. 1100–1150°C, materiał do ekstremalnych warunków i pracy ciągłej.

Wszystkie trzy gatunki łączy wspólna cecha – ferrytyczna odporność na ogień, stabilność wymiarowa i wyjątkowa trwałość. Tam, gdzie inne stale ustępują, H13JS, H18JS i H24JS po prostu dalej pracują.

Materiał sponsorowany