Спецсталь: состав, изготовление, обработка

Рейтинг:  0 / 5

Звезда не активнаЗвезда не активнаЗвезда не активнаЗвезда не активнаЗвезда не активна
 

Новые отрасли промышленности, бурно развившиеся во второй половине ХХ века (аэрокосмическая, атомная, электроэнергетическая) предъявили новые требования ко многим сортам стали. Космической и атомной отраслям необходимы материалы, способные работать в вакууме, при температуре от нескольких тысяч градусов до почти абсолютного нуля, в условиях высокой радиации и вибрации, в химически-агрессивных средах... Стали, способные выдерживать такие условия и нагрузки относятся к категории специальных.

Они могут отличаться от обычных сортов стали

  • особым химическим составом
  • специальным способом изготовления и выплавки
  • специальным способом обработки

Обычно спецстали отличаются от остальных по всем трем параметрам (хотя в принципе достаточно наличия и одного из данных факторов, чтобы определить сталь как специальную). В настоящее время доля специальных сталей в сортаменте металлургической промышленности постоянно растет, что и не удивительно: спрос на такую сталь существует машино- и судостроении, на транспорте... не говоря уж о военно-промышленном комплексе.

К специальным сталям относятся сплавы с повышенным содержанием никеля, хрома, вольфрама, молибдена, ванадия и др. элементов.

Главным признаком легированной специальной стали является то, что легирующие добавки вводятся в ее состав специально для достижения определенных свойств металла.

В маркировке таких сталей легирующие добавки обозначаются буквами:

  • Х - хром (Cr)
  • Н – никель (Ni)
  • К – кобальт (Co)
  • М – молибден(Mo),
  • В – вольфрам(W),
  • Т – титан (Ti)
  • Д – медь (Cu)
  • Г – марганец (Mn)
  • С – кремний (Si)
  • Ф – ванадий (V),
  • Р – бор (B)
  • А – азот (N),
  • Б – ниобий(Nb)
  • Е – селен (Se)
  • Ц – цирконий(Zr),
  • Ю – алюминий(Al)
  • Ч – редкоземельные элементы.

Например, для придания стали повышенной жаростойкости, в ее состав добавляют хром (а также отчасти алюминий и кремний).

Вступая в реакцию с кислородом, эти элементы образуют в структуре металла особо плотные и прочные структуры из тугоплавких кристаллов, что позволяет металлу выносить высокие температуры.

Увеличивают жаростойкость стальных сплавов и добавки таких металлов, как титан, ниобий или тантал.

Такие стальные сплавы называют еще сильхромами, к ним, например, относятся:

  • 08Х17Т
  • 15Х25Т
  • 15Х6СЮ
  • 36Х18Н25С2

Первые две цифры в их маркировке обозначают сотые доли процента углерода, процент легирующих добавок определяют цифры после маркирующей буквы (кроме тех случаев, когда содержание добавки составляет мене одного процента).

Следовательно, в жаропрочной стали 36Х18Н25С2 будет 0,36% углерода, 18% хрома, 25% никеля и 2% кремния. А в марке 15Х6СЮ при 0,15% углерода и 6% хрома будет еще около одного процента кремния и алюминия.

Хром и никель, будучи добавленными в состав стали придают ей также и устойчивость к коррозии. При этом по своей структуре хромо-никелевые нержавеющие стали делятся на несколько видов, среди коих наибольшее значение получили:

  • ферритная (F)
  • мартенситная (C)
  • аустенитная (A)

Ферритная хромистая нержавейка содержит очень мало углерода, имеет малую твердость и может притягиваться магнитом. В отечественной маркировке такая нержавеющая сталь определяется чаще всего по сочетанию 12Х17. Ферритные стали отличаются высокой жаропрочностью и плохой свариваемостью. В этой связи из нее производят преимущественно цельнокатаные изделия: листовой прокат, трубы и прутки.

Мартенситные сплавы наиболее тверды, но менее устойчивы к коррозии, и тоже могут (но не всегда) проявлять магнитные свойства. Их использование уместно при изготовлении столовой посуды, производстве металлорежущего инструмента и в некоторых областях машиностроения.

Аустенинтная нержавейка отличается высоким содержание хрома (до 20 %) и никеля (до 15 %), хорошими антикоррозийными свойствами и отсутствием магнитных свойств. Она наиболее популярна у потребителей, поскольку достаточно легко поддается обработке. Аустенитные сплавы широко употребляются в промышленности и особо популярны при использовании в крепежных элементах.

Кислотоустойчивость стали увеличивается также при введения в ее состав никеля и молибдена. Придают устойчивость к кислотам и добавки марганца и меди.

Например, в стали 10Х17Н13М2Т кроме 0,1% углерода, 17% хрома и 13% никеля будет еще 2% молибдена и около процента титана. Но заводская марка стали отражает ее состав не полностью. В стали марки 12Х18Н10Т кроме 0,12% углерода, 18% хрома, 10% никеля и процента титана будет еще присутствовать 0,3% меди, 0,2% марганца и 0,8% кремния. Но об их наличии можно узнать уже только в специальной справочной литературе.

Там же можно выяснить, что сталь 12Х18Н10Т относится к аустенитным и входит в группу высоколегированных термо- и коррозионноустойчивых сталей. Для получения полной информации о свойствах "нержавеек" можно еще обратиться к ГОСТ 5632–72, в котором описаны все виды специальных сталей, их химсостав, физические свойства и даны рекомендациями по применению.

Из ГОСТ 5632–72 легко понять, что к аустенитной группа сталей относится множество стальных сплаво, в том числе и так называемые нержавейки 300 серии. Они все жаропрочны, устойчивы к коррозии и поэтому очень востребованы на рынке.

Разумеется, свойства сплавов могут изменяться в зависимости от соотношения легирующих элементов. Так, примесь серы может сделать сталь более прочной, но снизит ее устойчивость к коррозии.

Например, чрезвычайно жаростойкая аустенитная сталь А1, способная работать при температуре до 1100 C, содержит довольно много серы - поэтому подвержена коррозии и не должна использоваться в кислотной среде. Но зато детали из нее незаменимы при производстве щелочей, из стали А1 делаются крекинговые узлы, установки каталитического реформинга и проч.

Надо заметить, что в процессе производства также и нелегированной стали в ее состав могут попадать различные примеси и легирующие элементы, которые присутствуют в железной руде. Такие естественные добавки обычно не оказывают заметного влияния на качество стали, но иногда их сочетание может «само собой» придавать ей особые свойства. Такое наблюдалось, например, в средневековье, когда «дамасская сталь», выгодно отличалась от всех прочих по своим качествам, просто в силу особого состава железной руды, не будучи легированной в строгом смысле этого слова. «Дамасская сталь» отличалась, как известно, сочетанием высокой прочности и гибкости (упругости).

Эти свойства современная металлургия может воспроизводить вполне целенаправленно. Например, ее близким аналогом «дамасской стали» можно считать ножевую сталь 95Х18.

Это высоколегированная хромистая нержавейка не уступает «дамасской» по твердости и устойчивости режущей кромки, и превосходит по устойчивости к коррозии. Не удивительно, что ее и по сей день используют для производства холодного оружия. Хотя основное, промышленное, предназначение данного вида стали — быть материалом для производства износостойких деталей, которые работают при температуре до 500 градусов в умеренно-агрессивных средах.

Что же касается упругости, то по этому показателю дамасскую сталь превосходит сплав 60С2А, содержащий кремний (1,6-2,0%), марганец ( 0,60-0,90%), хром (до 0,3%), никель (до 0,25%), медь ( 0,20%), фосфор и серу (до 0,025%), который используется при производстве рессор и тяжело нагруженных пружин.

Кроме того, надо отметить, что порой и очень малая доля легирующего элемента (в количестве 0,1% и менее), влияет на ее свойства весьма существенно. Поэтому "специальным составом" следует признать и беспримесно-чистое железо. Благо, что одним из примеров спецстали может служить т.н. «цементированная» сталь, в которая получается путем внедрения углерода в особо чистое железо.

Тот же процесс является и примером того, что сталь может становиться специальной и в зависимости от специального особого способа выплавки.

Свойства обычных и специальных сортов стали, имеющих один и тот же химический состав, могут сильно различаться в зависимости от того, каким технологическим путем они получены - томасовским или бессемеровским способами, в мартеновских, тигельных или электрических печах.

Примером тому могут служить стальные сплавы с содержанием 0,6-0,8% углерода и около 0,6-1% марганца.

Сплавы для продукции широкого применения (например для закаливаемых рельсов), производятся томасовским способом или в обычных мартеновских печах. Специальную сталь почти того же состава, необходимую для производства штампов и особо прочных режущих инструментов получают в электропечах; металл, подходящий для пил и лемехов выплавляют в бессемеровских и «кислых» мартеновских печах.

Разница в итоговых физических свойствах стали связана с тем, что при использовании определенных технологий плавки даже минимальные примеси различных элементов (азота, кислорода, серы и фосфора и пр.) могут оказать своё влияние на конечные свойства сплава. Из чего следует, что повлиять на свойства стали, сделав ее специальной, может и технология последующей обработки. Примером тому могут служить сорта листовой стали для глубокой вытяжки, полученные из мягкой низкоуглеродистой стали.

Сейчас активно разрабатываются технологи, которые позволяют придавать многим сортам стали специальные свойства в процессе обработки. Особенно это относится к спецэлектрометаллургии, основные направления развития которой заключаются в:

  • Совершенствовании способов выплавки и переплавки агрегатов специальных составов для получения спецсталей заданного качества металла
  • Разработке способов изготовления спецсталей «земного» (то есть не авиакосмического) назначения.

При этом наибольшее внимание направлено на достижение снижения себестоимости производства специальных сталей. Наиболее перспективным направлением в этой сфере считается производство специальных сплавов методами порошковой металлургии.

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Рейтинг 5.00

Добавить комментарий

Поиск