W energetyce, petrochemii i przemyśle ciężkim od stali wymaga się więcej niż tylko wytrzymałości. Muszą one pracować w wysokiej temperaturze, pod ciśnieniem i w obecności pary wodnej lub gazów utleniających. Takie warunki znoszą tylko specjalne stale kotłowe – odporne na pełzanie, utlenianie i korozję gazową.
Do najczęściej stosowanych należą gatunki: 25HM (25CrMo4, 1.7218), 16Mo3 (1.5415), 15HM, 21HMF (13CrMo4-5, 1.7335) oraz ich odmiany wg PN-EN i DIN.
Czym są stale kotłowe?
Stale kotłowe to grupa stali konstrukcyjnych stopowych i niestopowych, przeznaczonych do pracy w warunkach wysokiej temperatury (zwykle do 600°C) i ciśnienia (kotły, wymienniki, rurociągi parowe).
Ich cechą charakterystyczną jest odporność na pełzanie – czyli powolną, trwałą deformację pod wpływem obciążenia cieplnego i mechanicznego.
W zależności od składu chemicznego dzielą się na:
- stale chromowo-molibdenowe (Cr-Mo) – np. 25HM, 21HMF, 13CrMo4-5,
- stale molibdenowe (Mo) – np. 16Mo3,
- stale niskostopowe i węglowe – np. 15HM, 20K, 22K.
Stal 25HM / 25CrMo4 / 1.7218 – wytrzymała stal kotłowa Cr-Mo
Stal kotłowa 25HM (PN) to odpowiednik 25CrMo4 (EN, DIN 1.7218) – klasyczna stal stopowa Cr-Mo o bardzo dobrych właściwościach mechanicznych i cieplnych.
Zawiera ok. 0,25% C, 1% Cr i 0,25% Mo, co zapewnia:
- wysoką odporność na pełzanie do 540°C,
- stabilność strukturalną przy długotrwałym nagrzaniu,
- dobrą spawalność i hartowność.
Zastosowania:
części kotłów parowych, kolektory, rurociągi ciśnieniowe, elementy turbin, korpusy zaworów.
W wielu zakładach 25HM stanowi podstawowy materiał do rurociągów parowych średniotemperaturowych.
Stal 16Mo3 / 1.5415 – najpopularniejszy gatunek kotłowy w Europie
16Mo3 to stal molibdenowa o niskiej zawartości węgla (ok. 0,16%) i dodatku 0,3% Mo, który poprawia odporność na pełzanie i korozję wysokotemperaturową.
Jest to jedna z najczęściej stosowanych stali do kotłów parowych, zbiorników ciśnieniowych i wymienników ciepła, zgodna z normą EN 10028-2.
Charakterystyka:
- temperatura pracy do 500–530°C,
- bardzo dobra spawalność i stabilność wymiarowa,
- dobra odporność na wodę kotłową i gazy spalinowe.
Zastosowania:
płaszczowe wymienniki ciepła, rurociągi, podgrzewacze, parowniki, kolektory pary i zbiorniki ciśnieniowe.
Stal 15HM – klasyczny gatunek dla kotłów i turbin
15HM / 13CrMo4-5 to stal chromowo-molibdenowa o nieco niższej zawartości chromu niż 25HM, dzięki czemu lepiej zachowuje się przy spawaniu grubych sekcji.
Zawiera ok. 0,15% C, 0,8% Cr i 0,5% Mo.
Stosowana do pracy ciągłej w temperaturze do 530°C.
Zastosowania:
kotły parowe, przegrzewacze, korpusy zaworów, turbiny parowe, rury ciśnieniowe.
Cechuje ją równowaga między wytrzymałością a odpornością na kruche pękanie, co czyni ją uniwersalnym materiałem dla przemysłu energetycznego.
Stal 21HMF / 13CrMo4-5 / 1.7335 – odporna na pełzanie i korozję
21HMF (wg PN), znana w systemie EN jako 13CrMo4-5 (1.7335), to stal kotłowa chromowo-molibdenowa z dodatkiem wanadu.
Dzięki temu uzyskuje bardzo dobrą odporność na pełzanie i stabilność mikrostruktury do 580–600°C.
Charakterystyka:
- wysoka granica plastyczności i udarność,
- odporność na korozję w parze przegrzanej,
- dobra spawalność przy podgrzewaniu wstępnym i wyżarzaniu po spawaniu.
Zastosowania:
rury przegrzewaczy, kolektory, turbiny parowe, podgrzewacze, elementy wymienników i reaktorów przemysłowych.
To stal przeznaczona do najbardziej obciążonych elementów kotłów i rurociągów wysokociśnieniowych.
Porównanie wybranych stali kotłowych
| Gatunek | Norma EN / DIN | Główne pierwiastki stopowe | Zakres pracy [°C] | Typowe zastosowanie |
| 25HM | 25CrMo4 / 1.7218 | Cr, Mo | do 540 | rurociągi, kolektory, korpusy |
| 16Mo3 | 1.5415 | Mo | do 530 | kotły, wymienniki, zbiorniki |
| 15HM | – | Cr, Mo | do 530 | turbiny, przegrzewacze |
| 21HMF | 13CrMo4-5 / 1.7335 | Cr, Mo, V | do 580–600 | kotły, reaktory, turbiny |
Obróbka cieplna i spawalność
Stale kotłowe są przeznaczone do spawania i obróbki cieplnej z zachowaniem ścisłej kontroli temperatur:
- podgrzewanie wstępne: 150–350°C (zależnie od grubości i gatunku),
- wyżarzanie po spawaniu: 650–720°C,
- chłodzenie: powolne w powietrzu.
Procesy te zapewniają usunięcie naprężeń i przywrócenie właściwości żarowytrzymałych.
Zastosowania przemysłowe stali kotłowych
Stale 25HM, 15HM, 16Mo3 i 21HMF stosuje się wszędzie tam, gdzie występuje para przegrzana, wysokie ciśnienie i długotrwałe obciążenie cieplne:
- rurociągi i kolektory parowe,
- kotły energetyczne i przemysłowe,
- wymienniki ciepła, reaktory chemiczne,
- instalacje petrochemiczne i rafineryjne,
- elementy turbin i armatury ciśnieniowej.
Dzięki wysokiej odporności cieplnej i długiej trwałości eksploatacyjnej, stale kotłowe stanowią podstawowy materiał konstrukcyjny dla nowoczesnych elektrowni i instalacji energetycznych.
Stale kotłowe, takie jak 25HM (25CrMo4), 16Mo3, 15HM czy 21HMF (13CrMo4-5), to fundament energetyki i przemysłu ciężkiego.
Łączą wysoką wytrzymałość w podwyższonej temperaturze, odporność na korozję i pełzanie oraz bardzo dobrą spawalność.
Dzięki kontrolowanemu składowi i odpowiedniej obróbce cieplnej, gatunki te pozwalają budować konstrukcje, które przez dziesięciolecia wytrzymują ekstremalne warunki pracy.