Сталь СССР (стр-3 (Виды стали =  Нержавеющие стали - Инструментальные быстрорежущие стали - Мартенситные и мартенсито-ферритные стали))

Статья под цифровой редакцией подготовлена: Орловым Геннадием Викторовичем (08.11.1965) — Советским выдающимся публицистом — Историком СССР

Страницы:     [01]     [02]     [03]     [03а]     [03б]     [04]     [04а]     [04б]

Под руководством партии и при непосредственном участии тов. Сталина металлурги должны прочно закрепить за нашим Союзом первое место в Европе по. производству металлов.

Нержавеющие стали.

Понятие «легированная нержавеющая сталь» является собирательным для более чем 120 различных марок нержавеющих сталей. В течение десятилетий было разработано множество различных сплавов, которые в каждом случае применения проявляли наилучшие свойства. Все эти сплавы имеют общую отличительную черту: благодаря содержащемуся в сплаве хрому они не нуждаются в дополнительной защите поверхности. Этот присутствующий в сплаве хром образует на поверхности бесцветный прозрачный оксидный слой, который сам залечивается при повреждениях поверхности благодаря содержащемуся в воздухе или воде кислороду. По химическому составу коррозионно-стойкие стали подразделяют:

• - хромистые стали (08Х13, 12Х13, 20Х13, 30Х13, 40Х13, 12Х17, AISI 410, AISI 430, AISI 420, 1.4006, 1.4016, 1.4028);
• - хромо-никелевые стали (08Х18Н9, AISI 304, 1.4301);
• - хромо-никель-молибденовые стали (03Х17Н14М2);
• - хромо-никель-молибдено-медистые стали (Х25Н28М3Д3);
• - хром-никель-марганцевые стали (2Х13Н4Г9 (ЭИ100)).

Хромистые стали более дешевые, однако хромоникелевые обладают большей коррозионной стойкостью. Содержание хрома в нержавеющей стали должно быть не менее 12%. При меньшем количестве хрома сталь не способна сопротивляться коррозии, так как ее электродный потенциал становится отрицательным.

Наибольшая коррозионная стойкость сталей достигается после соответствующей термической и механической обработки. Так, для стали 12X13 лучшая коррозионная стойкость достигается после закалки в масле (1000-1100°С), отпуска (700-750°С) и полировки.

Кроме основных легирующих компонентов, эти стали могут быть дополнительно легированы молибденом, кремнием, титаном, ниобием, которые вводят в состав сплавов главным образом для повышения их коррозионной стойкости в определенных средах.

Легирующие добавки, особенно хром, облегчают переход металла в пассивное состояние. При достаточном легировании сплавы пассивируются непосредственно кислородом воздуха или раствора, как это имеет место для чистого хрома. Степенью устойчивости пассивного состояния определяется коррозионная стойкость этих сталей.

Широкое распространение получила классификация коррозионно-стойких сталей по структурным признакам (в таблице ниже). В зависимости от структуры стали подразделяют на классы:

• - ферритный;
• - мартенситный;
• - аустенитный;
• - феррито-мартенситный;
• - аустенито-мартенситный;
• - аустенито-ферритный.

В отдельный класс обычно выделяют коррозионно-стойкие сплавы на основе никеля (никеля и хрома, никеля и молибдена).

В свою очередь нержавеющие стали аустенитного класса подразделяются:

• - хромоникелевые;
• - хромомарганцевоникелевые;
• - хромомарганцевые.

В зависимости от соотношения углерода и хрома стали могут иметь ферритную (08X18Т, 12X17, 15Х25Т, 15X28), феррито-мартенситную (08X13, 12X13) и мартенситную (20X13, 30X13, 40X13) структуру. Стали с более высоким содержанием углерода имеют в структуре мартенсит и карбиды, остаточный аустенит и относятся к инструментальным.

Подразделение сталей на классы по структурным признакам условно и проводится в зависимости от основной структуры, полученной при охлаждении сталей на воздухе после высокотемпературного нагрева. Состав коррозионностойких сталей регламентируется ГОСТ 5632-72, а механические свойства - соответствующими ГОСТами на полуфабрикаты, например ГОСТ 7350-77 (толстый лист), ГОСТ 5582-75 (тонкий лист), ГОСТ 5949-75 (сортовой прокат) и т.д.

Благодаря своим уникальным коррозионным свойствам нержавеющие стали нашли широкое применение в аэрокосмической, химической, строительной и металлургической, пищевой промышленности (в таблице ниже).

Мартенситные и мартенсито-ферритные стали — обладают хорошей коррозионной стойкостью в атмосферных условиях, в слабоагрессивных средах (в слабых растворах солей, кислот) и имеют высокие механические свойства. В основном их используют для изделий, работающих на износ, в качестве режущего инструмента, в частности ножей, для упругих элементов и конструкций в пищевой и химической промышленности, находящихся в контакте со слабоагрессивными средами (например, 4-5%-ная уксусная кислота, фруктовые соки и др.). Эти стали применяют после закалки и отпуска на заданную твердость.

Ферритные стали — применяют для изготовления изделий, работающих в окислительных средах (например, в растворах азотной кислоты), для бытовых приборов, в пищевой, легкой промышленности и для теплообменного оборудования в энергомашиностроении.

Ферритные хромистые стали — имеют высокую коррозионную стойкость в азотной кислоте, водных растворах аммиака, в аммиачной селитре, смеси азотной, фосфорной и фтористоводородной кислот, а также в других агрессивных средах.

Коррозионная стойкость сталей ферритного класса повышается с увеличением содержания в них хрома, уменьшением содержания углерода и азота. В зарубежной практике разработаны стали с низким суммарным содержанием углерода и азота (0,025-0,035%), содержащие 18-28% Сr и 2-4% Мо, стабилизированные Ti или Nb. Эти стали называют суперферритами; они имеют высокую стойкость во многих агрессивных средах, стойки против коррозии под напряжением, питтинговой и щелевой коррозии.

Основным преимуществом сталей аустенитного класса являются их высокие служебные характеристики (прочность, пластичность, коррозионная стойкость в большинстве рабочих сред) и хорошая технологичность. Поэтому аустенитные коррозионностойкие стали нашли широкое применение в качестве конструкционного материала в различных отраслях машиностроения.

В хромоникелевых аустенитных сталях — промышленных плавок возможны следующие фазовые превращения:

• 1) образование карбидных, карбонитридных фаз при нагревах в интервале 650-850 °С;
• 2) растворение этих фаз при нагреве до более высоких температур (1100-1200 °С);
• 3) образование 5- феррита при высокотемпературных нагревах;
• 4) образование а- и емартенситных фаз при охлаждении и пластической деформации.

Хромомарганцевоникелевые и хромомарганцевые стали. Марганец, как и никель, является аустенитообразующим элементом, однако он обладает менее сильным действием на стабилизацию аустенита.

Коррозионная стойкость хромомарганцевых и хромомарганцевоникелевых сталей во многих агрессивных средах достаточно высокая, однако в средах высокой агрессивности (например, азотная кислота, среды с галогенами, сульфатами, сульфидами) марганец оказывает отрицательное влияние на сопротивление коррозии.

Поэтому коррозионностойкие хромомарганцевые стали следует применять только после тщательных испытаний на коррозионную стойкость в рабочей среде. В настоящее время в технике накоплен большой опыт по рациональному использованию сталей с частичной или полной заменой никеля марганцем в качестве коррозионно-стойкого материала.

Аустенито-ферритные стали — находят широкое применение в различных отраслях современной техники, особенно в химическом машиностроении, судостроении, авиации. Принципиальное их отличие состоит в том, что благодаря более высокому содержанию в них хрома аустенит становится более устойчивым по отношению к мартенситному превращению, хотя полностью исключить возможность образования мартенсита в этих сталях не всегда удается.

Аустенито-мартенситные стали — относят к сталям переходного класса.

Структура этих сталей после закалки представляет собой неустойчивый (метастабильный) аустенит, который может претерпевать мартенситное γ→αм- превращение в результате обработки холодом. Свойства определяются соотношением количества аустенита и мартенсита в структуре. Стали этого класса относятся к сталям повышенной прочности и технологичности. 

Инструментальные быстрорежущие стали

Стали для изготовления инструментов высокой производительности называют быстрорежущими. Основной целью легирования быстрорежущей стали является получение красностойкости и износостойкости. В связи с этим элементы, вводимые для изменения свойств, различны и зависят от ресурсов страны. Основными легирующими элементами, как и раньше, остаются W, Mo, V, Cr, Co, а эталоном служит сталь Р18. По структуре быстрорежущая сталь принадлежит к ледебуритному классу. В этих сталях присутствуют сложные карбиды, количество которых составляет около 30% от массы стали. Считают, что карбиды имеют формулы Fe4W2C, Fe3W3C, (Fe,W)6C, которые в общем виде можно записывать (Fe, W, Cr)3С и V2C. Чем выше температура, тем больше легирующих элементов переходит в твердый раствор, тем меньше их содержится в стали.

Химический состав некоторых быстрорежущих сталей приведен (в таблице ниже).

Быстрорежущие стали изготавливают как классическим способом (разливка стали в слитки, прокатка и проковка), так и методами порошковой металлургии (распыление струи жидкой стали азотом). Качество быстрорежущей стали в значительной степени определяется степенью ее прокованности. При недостаточной проковке изготовленной классическим способом стали наблюдается карбидная ликвация.

В настоящее время использование быстрорежущей стали существенно сократилось в связи с широким распространением твёрдых сплавов. Из быстрорежущей стали изготавливают в основном концевой инструмент (метчики, свёрла, фрезы небольших диаметров). В токарной обработке резцы со сменными и напайными твердосплавными пластинами почти полностью вытеснили резцы из быстрорежущей стали. По применению отечественных марок быстрорежущих сталей существуют следующие рекомендации:

Сталь Р9 рекомендуют для изготовления инструментов простой формы не требующих большого объема шлифовки, для обработки обычных конструкционных материалов (резцов, фрез, зенкеров).

Для фасонных и сложных инструментов (для нарезания резьб и зубьев), для которых основным требованием является высокая износостойкость, рекомендуют использовать сталь Р18 (вольфрамовая).

Кобальтовые быстрорежущие стали (Р9К5, Р9К10) применяют для обработки деталей из труднообрабатываемых коррозионно-стойких и жаропрочных сталей и сплавов, в условиях прерывистого резания, вибраций, недостаточного охлаждения.

Ванадиевые быстрорежущие стали (Р9Ф5, Р14Ф4) рекомендуют для изготовления инструментов для чистовой обработки (протяжки, развёртки, шеверы). Их можно применять для обработки труднообрабатываемых материалов при срезании стружек небольшого поперечного сечения.

Вольфрамомолибденовые стали (Р9М4, Р6М3) используют для инструментов, работающих в условиях черновой обработки, а также для изготовления протяжек, долбяков, шеверов, фрез.

[02]     <<<     [03]     >>>     [03а]