§ 17. СПЕЦИАЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИОННЫЕ СТАЛИ

Специальные стали - это высоколегированные (свыше 18%) стали, обладающие особыми свойствами - коррозионной стойкостью, жаростойкостью, жаропрочностью, износостойкостью и др.
Коррозионностойкие стали. Коррозионностойкой (или нержавеющей) называют сталь, обладающую высокой химической стойкостью в агрессивных средах. Коррозионностойкие стали получают легированием низко- и среднеуглероднстых сталей хромом, никелем, титаном, алюминием, марганцем. Антикоррозионные свойства сталям придают введением в них большого количества хрома или хрома и никеля. Наибольшее распространение получили хромистые и хромоникелевые стали.
Хромистые стали более дешевые, однако хромоникелевые обладают большей коррозионной стойкостью. Содержание хрома в нержавеющей стали должно быть не менее 12% (табл. 7). 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. Эта сталь устойчива в слабоагрессивных средах (вода, пар). Сталь 40X13 применяют после закалки в масле с температурой 1000-1050°С и отпуска (180-200°C) со шлифованной и полированной поверхностью. После термической обработки эта сталь обладает высокой твердостью (HRC 52-55).

7. Химический состав (%) некоторых нержавеющих сталей

Более коррозионностойка (в кислотных средах) сталь 12X17. Для изготовления сварных конструкций эта сталь не рекомендуется в связи с тем, что при нагреве ее выше 900-950°С и быстрого охлаждения (при сварке) происходит обеднение периферийной зоны зерен хромом (ниже 12%). Это объясняется выделением карбидов хрома по границам зерен, что приводит к межкристаллитной коррозии.
Межкристаллитная коррозия - особый, очень опасный вид коррозионного разрушения металла по границам аустенитных зерен, когда электрохимический потенциал пограничных участков аустенитных зерен понижается вследствие обеднения хромом и при наличии коррозионной среды границы зерен становятся анодами (см. § 50).
Для предотвращения этого вида коррозии применяют сталь, легированную титаном 08X17Т. Сталь 08X17Т применяют для тех же целей, что и сталь 12X17, а также и для изготовления сварных конструкций.
Хромоникелевые стали содержат большое количество хрома и никеля, мало углерода и относятся к аустенитному классу. Для получения однофазной структуры аустенита сталь (например, 12Х18Н9) закаливают в воде при температуре 1100-1150°С; при этом достигается наиболее высокая коррозионная стойкость при сравнительно невысокой прочности. Для повышения прочности сталь подвергают холодной пластической деформации и применяют в виде холоднокатаного листа и ленты для изготовления различных деталей.
Сталь 12Х18Н9 склонна, как и хромистая сталь ферритного класса, к межкристаллитной коррозии при нагреве. Причины возникновения межкристаллитной коррозии те же – обеднение периферийной зоны зерен хромом (ниже 12%) вследствие выделения из аустенита карбидов хрома. Для предотвращении межкристаллитной коррозии сталь легируют титаном, например сталь 12Х18Н9Т, или снижают содержание углерода, например сталь 04Х18Н10.
Хромоникелевые нержавеющие стали аустенитного класса имеют большую коррозионную стойкость, чем хромистые стали, их широко применяют в химической, нефтяной и пищевой промышленности, в автомобилестроении, транспортном машиностроении в строительстве.
Для экономии дорогостоящего никеля его частично заменяют марганцем. Например, сталь 10Х14Г14НЗ рекомендуется как заменитель стали 12Х18Н9. Сталь аустенитно-мартенситного класса 09Х15Н8Ю применяют для тяжелонагруженных деталей. Сталь аустенитно-ферритного класса 08X21Н6М2Т"применяют для изготовления деталей и сварных конструкций, работающих в средах повышенной агрессивности - уксуснокислых, сернокислых, фосфорнокислых.
Разработаны марки высоколегированных сталей на основе сложной системы Fe-Cr-Ni-Mo-Си-С. Коррозионная стойкость хромоникельмолибденомедистых сталей в некоторых агрессивных средах очень велика. Например, в 80%-ных растворах серной кислоты. Такие стали широко используют в химической, пищевой, автомобильной и других отраслях промышленности.
Жаростойкие стали. При высоких температурах металлы и сплавы вступают во взаимодействие с окружающей газовой средой, что вызывает газовую коррозию (окисление) и разрушение материала. Для изготовления конструкций и деталей, работающих в условиях повышенной температуры (400-900°С) и окисления в газовой среде, применяют специальные жаростойкие стали. Под жаростойкостью (или окалиностойкостью) принято понимать способность материала противостоять коррозионному разрушению под действием воздуха или других газовых сред при высоких температурах.
К жаростойким относят стали, содержащие алюминий, хром (рис. 28), кремний (табл. 8). Такие стали не образуют окалины при высоких температурах. Например, хромистая сталь, содержащая 30% Сг, устойчива до 1200°С. Введение небольших добавок алюминия резко повышает жаростойкость хромистых сталей (рис. 29). Стойкость таких материалов при высоких температурах объясняется образованием на их поверхности плотных защитных пленок, состоящих в основном из оксидов легирующих элементов (хрома, алюминия, кремния). Область применения жаростойких сталей - изготовление различных деталей нагревательных устройств и энергетических установок.
Жаропрочные стали. Некоторые детали машин (двигателей внутреннего сгорания, паровых и газовых турбин, металлургического оборудования и т. п.) длительное время работают при больших нагрузках и высоких температурах (500-1000°С). Для изготовления таких деталей применяют специальные жаропрочные стали. Под жаропрочностью принято понимать способность материала выдерживать механические нагрузки без существенных деформаций при высоких температурах. К числу жаропрочных относят стали, содержащие хром, кремний, молибден, никель и др. Они сохраняют свои прочностные свойства при нагреве до 650°С и более Из таких сталей изготовляют греющие элементы теплообменной аппаратуры, детали котлов, впускные и выпускные клапаны автомобильных и тракторных двигателей (см. табл. 8). В зависимости от назначения различают клапанные, котлотурбинные, газотурбинные стали, а также сплавы с высокой жаропрочностью.

Рис.28. скорость окисления сталей (0,5% С) в зависимости от содержания хрома

8. Коррозионностойкие, жаростойкие и жаропрочные стали

Рис. 29. Скорость окисления жаростойкой стали (С=0,1%, Cr=6%, Mo=0,5%) при 800ºС в зависимости от содержания алюминия

Износостойкие стали. Для изготовления деталей машин, работающих в условиях трения, применяют специальные износостойкие стали - шарикоподшипниковые, графитизированные и высокомарганцовистые.
Шарикоподшипниковые стали (ШХ6, ШХ9, ШХ15) применяют для изготовления шариков и роликов подшипников. По химическому составу (ГОСТ 801-60) и структуре эти стали относятся к классу инструментальных сталей. Они содержат около 1% Си 0,6-1,5% Сг. Для деталей размером до 10 мм применяют сталь ШХ6 (1,05-1,15% С и 0,4-0,7% Сг), а для деталей размером более 18 мм – сталь ШХ15 (0,95-1,05% С и 1,3-1,65% Сг). Термическая обработка шарикоподшипниковых сталей с небольшим содержанием хрома заключается в закалке и низком отпуске (до 200°С), в результате чего обеспечивается твердость HRG 60-66.
Графитизированную сталь (высокоуглеродистую, содержащую 1,5-2% С и до 2% Сг) используют для изготовления поршневых колец, поршней, коленчатых валов и других фасонных отливок, работающих в условиях трения. Графитизированная сталь содержит в структуре ферритоцементитную смесь и графит. Количество графита может значительно меняться в зависимости от режима термической обработки и содержания углерода. Графитизированная сталь после закалки сочетает свойства закаленной стали и серого чугуна. Графит в такой стали играет роль смазки.
Высокомарганцовистую сталь Г13Л, содержащую 1,2% С и 13% Мп, применяют для изготовления железнодорожных крестовин, звеньев гусениц и т. п. Эта сталь обладает максимальной износостойкостью, когда имеет однофазную структуру аустенита, что обеспечивается закалкой (1000-1100°С) при охлаждении на воздухе. Закаленная сталь имеет низкую твердость (НВ 200), после сильного наклепа ее твердость повышается до НВ 600.

Коррозионная стойкость стали повышается, если содержание углерода снизить до минимально возможного количества и ввести легирующий элемент, образующий с железом твердые растворы, в таком количестве, при котором повысится электродный потенциал сплава. Сталь, стойкую против атмосферной коррозии, называют нержавеющей. Сталь или сплав, имеющие высокую стойкость при коррозионном воздействии кислот, солей, щелочей и других агрессивных сред, называют кислотостойкими.

Коррозия – это разрушение металлов из-за взаимодействия электрохимического взаимодействия их с окружающей средой. Конструкционные материалы обладают высокой коррозионной стойкостью. Углеродистые и низколегированные стали неустойчивы против коррозии в атмосфере, воде и других средах. Коррозионно-стойкими называют металлы и сплавы, которые способны сопротивляться коррозионному воздействию среды.

Хром – основной легирующий элемент, делающий сталь коррозионностойкой в окислительных средах.

Жаростойкость – это способность металлов и сплавов сопротивляться коррозионному воздействию газов при высоких температурах. Коррозионное воздействие газов приводит к окислению стали при высокой температуре. На интенсивность окисления влияют состав и строение оксидной пленки. Если пленка пористая, то окисление происходит интенсивно, если плотная – замедленно или вообще прекращается.

Для получения плотной оксидной пленки, которая препятствует проникновению кислорода вглубь стали, ее легируют хромом, кремнием или алюминием. Чем больше легирующего элемента в стали, тем выше ее жаростойкость.

Теплостойкость. Для инструментального материала она определяется наивысшей температурой, при которой он сохраняет свои режущие свойства. Теплостойкость применяемых инструментальных материалов составляет от 200 до 1500о С. По степени убывания теплостойкости материалы располагаются в следующем порядке: сверхтвердые, режущая керамика, твердые сплавы, быстрорежущие, легированные, углеродистые стали. Даже при воздействии в течении долгого времени температур высокие жаропрочные свойства должны оставаться на прежнем уровне. Металл горячих штампов должен оказывать устойчивое сопротивление отпуску.

Жаропрочность – это способность стали сопротивляться механическим нагрузкам при высоких температурах. К жаропрочным относят стали и сплавы, способные работать в нагруженном состоянии при высоких температурах в течение длительного времени. Жаропрочные стали обычно одновременно и жаростойкие.

Ползучесть – это деформация, увеличивающаяся под длительным действием постоянной нагрузки и высокой температуры. Для углеродистых и легированных конструкционных сталей ползучесть наблюдается при температурах выше 350 °C.

Ползучесть характеризуется пределом ползучести, под которым понимают напряжение, вызывающее деформацию стали на определенную величину за определенное время при заданной температуре.

Жаропрочные сплавы. Развитие жаропрочных никелевых сплавов началось с небольших добавок титана и алюминия к обычному нихрому. Добавление менее 2 % титана и алюминия без термической обработки заметно повышает показатели ползучести нихрома при температурах около 700 °C.

Жаропрочные никелевые сплавы подразделяют на деформируемые и литейные. Жаропрочные свойства деформируемых сплавов формируются при термической обработке. Литейные жаропрочные никелевые сплавы по составу сходны с деформируемыми, но обычно содержат большее количество алюминия и титана.

Хладостойкость – способность металла оказывать сопротивление деформации и разрушению, которые могут возникнуть под воздействием низких температур.

Электротехническая сталь является тонколистовой мягнитномягкой сталью. Из нее изготавливают сердечники электротехнического оборудования. В состав данной стали входит кремний. Различают холоднокатаную и горячекатаную электротехническую сталь, а также динамную и трансформаторную. Для легирования стали электротехнической используют 0,5 % Al.

Износостойкая сталь. Для деталей, работающих в условиях абразивного износа, высоких давлений и ударов (траки гусеничных машин, щеки дробилок, переводные стрелки железнодорожных и трамвайных путей), применяют высокомарганцевую литую сталь 110Г13Л аустенитной структуры, содержащую 0,9 % С и 11,5 % Мп.

В литом состоянии структура стали состоит из аустенита и карбидов типа (Ре, Мп)3С, выделяющихся по границам аустенитных зерен, и ее прочность и ударная вязкость сильно снижены, поэтому литые детали подвергают закалке с нагревом до 1100 °C и охлаждению в воде. При такой температуре карбиды растворяются в аустените и сталь приобретает более устойчивую аустенитную структуру.

В условиях ударного воздействия и абразивного изнашивания в поверхностном слое стали образуются дефекты кристаллического строения (дислокации, дефекты упаковки), что приводит к поверхностному упрочнению. Повышение твердости и износостойкости в результате наклепа возможно при ударных нагрузках и холодной пластической деформации.

Износ это изменение размеров, формы, массы или состояния поверхности изделия или инструмента
вследствие разрушения (изнашивания) поверхностного слоя изделия при трении.
Износ приводит к снижению функциональных качеств изделий и к потере их потребительской ценности.
Увеличению износостойкости изделий способствуют как применение материалов с высокой износостойкостью

Мы поставляем военную броню А-3, С450, 45х2мфба, сталь 96 всем оборонным предприятиям.

Концерну Калашников, Уралвагонзавод...

На гражданке идет на защитные конструкции атомных станций, бронирование автомобилей, как пулестойкая сталь на бензовозы, как броня на двери, мишени в тир, Дробилки, Броня бетоносмесителя, мельницы, бронекамеры, бронепанели, замена стали 110Г13л, пластины дробеметов, защита в цементном оборудовании, везде где идет абразивный износ. Это лучшая защита от износа и трения.

Износ и трение не воздействует на эти стали. С450, С500 лучший вариант работы на трение

Высокопрочные стали

Во многих высокопрочных сталях в качестве легирующего элемента используется марганец, главным образом, для увеличения прокаливаемости и некоторого улучшения свариваемости стали.

Хорошие высокопрочные стали легируют вольфрамом и ванадием. Последний элемент добавляется в основном для измельчения зерна стали. Дешевые высокопрочные стали могут в своем составе содержать никеля, молибдена и других дешевых дефицитных элементов. Содержание серы и фосфора в высокопрочных сталях должно быть минимальным. Фосфор даже в малых количествах существенно увеличивает чувствительность высокопрочных сталей к надрезу. Сера очень вредно влияет на свариваемость стали и прочность сварных соединений.

Лучшая высокопрочная сталь военная пулестойкая броня А3.

Более дешевый аналог сталь 96 (марка 45х2мфба).

Для бетоносмесителей лучше всего исползовать бронелист

Лучшая сталь для цементной промышленности 45Х2НМФБА сталь 96 и ударопрочная сталь с повышенной стойкостью на износ броня А3. Характерный пример использования:

Броня бетоносмесителя.
Для брони бетоносмесителей лучше всего исползовать бронелист из военной стали А-3.
Как вариант лист 110г13 мы можем поставить, но он в 10 раз хуже и работает он только на наклеп, как и сталь Гадфильда.
Тогда как пулестойкие, износостойкие стали А3 спокойно реагируют на абразивный износ, обладают высочайшей абразивной стойкостью.
Абразивно устойчивая пулестойкая сталь А-3 на гражданке регулярно испольуется в дробилках как футеровка, защита, камерах дробеметов и мельницах.

Бетоносмесительная установка это комплект технологического оборудования ЦБЗ для выполнения технологических операций
по приготовлению цементобетонных смесей; имеет в комплекте блок дозирования каменных материалов, расходный
бункер цемента с дозатором, смесительный блок со смесителем непрерывного или циклического действия, систему
дозирования воды и химических добавок. Управление всеми процессами автоматизировано.
Бетоносмесители имеют много комплектующих подверженных износу.
Нужны запасные части? Обращайтесь! Мы можем поставить не только износостойкие стали, но и сделать любые запчасти.

К износостойким сталям относят:

Износостойкие, ударопрочные стали Ро ссийского производства: 45Х2НМФБА и военную бронесталь А3

Стали наклепного типа 110г13, 110г13л, г13

Относительно износостойкие импортного производства: hardox , raex , fora , xar.

Износостойкие стали описываются как "феномен металлических поверхностей", которые перемещаются относительно друг друга получения изношены из-за царапин на поверхности друг с другом или в связи с металлической адгезии. Свойства износостойких сталей дает им возможность противостоять износу, из-за трения, удара или сжимающих нагрузок от внешних факторов, таких как цемент, песок, камни и т.д., и предназначены для использования в строительстве оборудования и для замены изношенных деталей. Самосвальные кузова, подъемно-транспортное оборудование и дробильные машины, например, подвергаются непрерывному, абразивному и ударному износу. В качестве решения, специальные конструкционные стали были разработаны, которые обладают высокой устойчивостью к износу и истиранию. Факторы, влияющие на износостойкость сталей. Есть четыре основных фактора, которые имеют значительное влияние на износостойкость сталей. Это (I) термообработка, (II) легирующих добавок, (III) влияние содержания углерода, и (IV) эффекты карбидов, как первичный, так и вторичный. Большой фактором, влияющим на износостойкость является "твердость". В общем, износ возрастает сопротивление как материала становится все труднее. Существует прямая связь между твердостью и износостойкостью. Сопротивление стальной поверхности от износа в первую очередь зависит от "эффективной" твердости в результате разрушающего действия абразивных частиц и зависит от деформационного упрочнения скорость стали под применяемых условий. Факторы, влияющие на пластическую деформацию, например, размера зерна, температура рекристаллизации, твердость, скорость деформации, также влияют на износ сталей. В отличие от монокристаллов, имеющих свободные границы, зерна поликристаллического стали находятся под влиянием их neighours в процессе деформации, их действие на ограничения деформации мере, когда средний диаметр зерна больше, чем микроскопических областей контакта. Таким образом связываться через большое количество зерен резко снижает скорость износа. Поэтому большой размер зерна нежелательно для хорошей износостойкостью свойства стали. Оксидная пленка выпускается в воздух в результате механического окисления предотвращает контакт металл / металл и снижает скорость износа до тех пор, пока слой оксида остается связан с поверхностью. Стали которые противостоят эффекту окисления, скорее всего, обладают тяжелой адгезией и переносом металла, особенно если они также обладают низкой прокаливаемостью. Текстура поверхности износа дорожки значительной степени зависит от микроструктуры материала. Разрывная структура является преимуществом в Одер ингибировать серьезный рост зерна. Таким образом углеродистые стали менее подвержены износу, чем однородного нержавеющей стали. Из-за структуры феррито-перлитной стали в С износа ограничена ферритового компонента и, следовательно, только за счет увеличения углерода, содержание феррита может быть уменьшено и твердость может быть увеличена в результате чего в увеличении износа тивление. Закалка становится легко, как количество углерода возрастает. Если количество углерода превышает 0,6%, твердость закаленного становится почти постоянным. Хотя когда твердость становится постоянной, износостойкость не станет стабильным в этой точке, но увеличивает износостойкость далее при увеличении содержания углерода. Когда стали материал закаленное, утюг и углерод вместе и материальные превращается в мартенсит. Это мартенсит является эффективным для износостойкости. Однако в высокой углеродистой стали или высоколегированной стали, не весь материал превращается в мартенсит при закалке и отжиге, и около 20% до 30% материала остается аустенита. Это остаточный аустенит не хорошо для износостойкости. Наличие сплава карбидов повышает износостойкость сталей. Следовательно легирующие элементы, такие как хром, ванадий, вольфрам. молибден способствуют износостойкости в сталях. Карбиды будучи самым трудным компонентом в микроструктуре оказывает решающее влияние на износостойкость. Кроме того, чем меньше размер карбидов в стали, тем выше будет его износостойкость. Есть три основных пути укрепления структуры сталей по (I) легирования, (II) термическая обработка (II) наклеп. Эффект упрочнения на углеродистых сталей на износостойкость показано на фиг.1. износостойкость Рис. 1

Отношения твердости и упрочнения Пример износостойких сталей Износостойкие специальные конструкционные стали являются, как правило, закаленного или закалки и отпуска, и есть прекрасная мартенситной или мартенситной-бейнитный микроструктуру. Закаленной и отпущенной стали приспособлены для различных приложений с достаточной прочности и стойкости достигается либо за счет процесса термообработки или термомеханической прокатки. Твердость этих сталей предназначена, чтобы иметь требуемую износостойкость вместе с необходимой жесткостью в экономичным способом. Эти стали производятся в толщинах до 120 мм. Они производятся под торговыми названиями XAR, BRINAR, DILLIDUR и HARDOX т.д. Нормализованная специальная конструкционная сталь с твердостью 300 HB теперь доступен для конструкций, подвергающихся низким или умеренным уровнем износа, таких как захватов металлолома, в то время как HB сорт 600 отвечает экстремальные требования износостойкости. Покрытие твердости спектр от 300 до 600 НВ, подходящий материал, таким образом, доступны каждый тип износа подвергается применения. Сорт наиболее используется в настоящее время является сталь с твердостью 400 НВ, что составляет около пяти раз столь прочным, как обычной конструкционной стали. Стали с 450 HB, еще одного модифицированного сорта, показать даже более высокую твердость и, в то же время, хорошую прочность. Это позволяет реализовать более стабильных и легких конструкций, которые также высокой устойчивостью к износу воздействия. Основными направлениями использования для HB стали 450 включают производство самосвальных кузовов и режущими кромками. Все износ стойких сталей содержат хром в качестве легирующей добавки, которая оказалась очень эффективной, особенно в странах с низким кислоты СМИ. Высокая прочность обеспечивает хорошую стабильность формы и, таким образом, немного деформации. Из тонкого листового металла, позволяющие большую чистую нагрузку также возможны. Стали имеют уровень прочности, что гарантирует высокую ударопрочность даже при самых сложных условиях, таких как суб минусовых температурах, например. Носите сопротивление стали не представляют никаких проблем при воздействии пламени, плазменной и лазерной резки. Они показывают хорошую свариваемость и низкой чувствительностью к холодному растрескиванию. Аустенитная марганца (Mn) стали является очень жестким и пластичный материал, обладающий высокой ударной вязкости. Mn сталь представляет собой мягкий материал, имеющий первоначальную твердость около 220 до 240 НВ. Износостойкий из Mn стали основана на явлении упрочнения. Когда поверхность Mn стали в условиях интенсивной нагрузки воздействия или сжимающей нагрузки, он твердеет от поверхности, а основной материал остается жестким. Глубина и твердость рабочей закаленной поверхности изменяются в зависимости от применения и Mn марки стали. Работа закаленный слой может быть 10 мм до 15 мм глубиной и твердость может быть до 560 HB в первичных обращений. Соотношение Mn / C, и количество хрома также относятся к желаемой износостойкости этих сталей.

ВПК России в рамках модного слова импортозамещение широко продвигает бронесталь типа А3.

Она легко вытесняет гражданских и иностранных конкурентов благодаря многократному превосходству

Конструкционные износостойкие стали

Под термином «конструкционные стали» подразумевается ряд сплавов, используемых в изготовлении разнообразных узлов, деталей, конструкций и механизмов в машиностроении и строительной области. Конструкционные стали отличаются от других типов особой прочностью.

Конструкционные стали имеют несколько классификаций. В частности их можно разделить по содержанию углерода и добавок на углеродистые и легированные ; по способам обработки (цементуемые и улучшаемые), по предназначению - пружинные, подшипниковые. Особую категорию таких сталей составляют износостойкие сплавы, разрабатываемые для работы в экстремально тяжелых условиях, где присутствует высокий абразивный износ, износ в результате скольжения и ударов.Эти сплавы разрабатываются специально для механизмов и оборудования, работающих в горно-добывающей и лесопильной промышленности, на переработке отходов и металлолома, в строительстве дорог, почвообработке и т. д.

Износостойкие стали должны обладать повышенной твердостью. Этого добиваются различными способами. Как правило, для получения данного типа сплавов используются разнообразные легирующие элементы, в частности, марганец. Из отечественных сплавов такой сталью является высокомарганцовистая сталь Г13. Она имеет от 1 до 1,4% углерода и от 12 до 14% марганца в своем составе. Поскольку эта сталь относится к аустенитным, ее характерной особенностью является только стойкость к интенсивному наклепу.

Шарикоподшипниковые стали предназначены для работы в условиях повышенного истирающего износа, возникающего вследствие трения скольжения и трения качения. Эти стали содержат приблизительно 1% углерода и до 1,5% хрома. К таким сплавам относятся отечественные стали ШХ6, ШХ9, ШХ15.

Особняком стоят высокопрочные износостойкие легированные военные стали типа А3 и стали производства концерна SSAB Oxelosund AB, в частности, линейка сплавов, объединенных общим названием Hardox. Так же, как и вышеописанные марки шарикоподшипниковых сталей, Хардокс-стали имеют в своем составе высокое содержание хрома. Например, в марке Hardox 500 от 1 до 1,5% в зависимости от толщины листа. Однако содержание углерода в этих сплавах намного ниже. Отдельные марки этого бренда включают всего 0,2% С. Концентрация углерода влияет на такие характеристики сталей, как твердость и прочность. Несмотря на то, что сплавы Hardox относятся к низкоуглеродистым, они, тем не менее, являются высокопрочными. К примеру, сталь Hardox 450 обладает твердостью в 425-475 НВ и прочностью на разрыв - 1400 МПа. Производитель добивается этого, применяя различные инновационные методики, например, миролегирование, продувку инертными газами в ковше, а также выбирая исходное сырье по высоким стандартам. На заводах концерна практикуется, в частности, использование руды с низким содержанием серы. Сравнительные испытания на Уралвагонзаводе иностранных и Российских сталей в рамках программы импортозамещения показывают, что ХАРДОКС многократно проигрывает А3.

Лабораторные испытания на истирание и износ не дают ХАРДОКСУ эксплуатироваться более 3 месяцев, тогда как А3 практически вечен.

В отечественной практике используется в качестве износостойкого сплава также сталь с высоким содержанием углерода и кремния - так называемая графитизированная сталь. Количество этих двух элементов варьирует от 1,3 до 1,75%. За счет присутствия кремния часть углерода образует графит. Эти сплавы применяются для выплавки валов, производства штампов, калибров, пресс-форм.

Высокомарганцевые стали наподобие марки Г13 уступает по твердости (эта характеристика составляет примерно 200-250 НВ), но относится к недорогим вариантам износостойких сталей. Максимальную износостойкость этот сплав приобретает после закалки при температуре от 1000 до 1100 °С и охлаждении на воздухе. Такая сталь может быть применена для производства звеньев тракторных гусениц, крестовин, устанавливаемых на железных дорогах.

Использование износостойких сталей является весьма выгодным и перспективным в любой отрасли, где детали, узлы и другие изделия из стальных сплавов подвергаются повышенным нагрузкам. Поэтому с каждым днем спрос на такие стали неуклонно и стремительно растет.

Износостойкие стали

Стали и сплавы износостойкие в условиях истирающего износа (трения качения, трения скольжения). В подобных условиях работают детали типа шарико- и роликоподшипников, валы, детали дорожных и землеройных машин.

Чтобы материал имел повышенную износостойкость в таких условиях, необходима высокая твердость.

Наряду с высокоуглеродистыми сталями в качестве износостойких материалов используют белый чугун, твердые сплавы. Последние имеют исключительно высокую износостойкость.

Особую группу износостойких сталей составляют шарикоподшипниковые стали, имеющие около 1 % C и от 0,6 до 1,5 % Cr: ШХ6 (0,6 % C), ШХ9 (0,9 % C), ШХ15 (1,5 % C) и др.

В качестве износостойкого сплава используется и графитизированная сталь. Такая сталь имеет в своем составе повышенное содержание углерода (1,3…1,75 %) и кремния (1,3…1,75). Благодаря этому часть углерода в стали выделяется в виде графита.

Графитизированные стали применяется для изготовления штампов, калибров, валов.

Износостойкие материалы в условиях действия ударного изнашивания в абразивной струе. Типичными - деталями подвергающимися подобному износу, являются рабочие органидезинтеграторов (мельниц для дробления песка).

Наиболее износостойкими материалами в условиях ударного абразивного износа являются сплавы типа А3. Износоустойчивая броня А3 нашла широкое применение в цементной и горношахтной промышленности. Полезные свойства: износостойкость , ударопрочность, пулестойкость, абразивная устойчивость , взрывозащита, идеальная свариваемость, позволяют навсегда забыть о ХАРДОКС и стали 110г13, г13, 110г13л (литой вариант).

Износостойкая высокомарганцовистая сталь марки Г13 для работы в условиях изнашивания, сопровождаемого большими удельными нагрузками. Сталь Г13 имеет в своем составе 1…1,4 % углерода и 12…14 % марганца, она имеет аустенитную структуру и относительно низкую твердость (200…250 HB). Сталь Г13 широко используется для изготовления таких деталей, как корпуса шаровых мельниц, щек камнедробилок, крестовин рельсов, гусеничных траков, козырьков землечерпалок и т.д. Склонность к интенсивному наклепу является характерной особенностью сталей аустенитного класса.

Износостойкая, ударопрочная пулестойкая сталь А3 превосходит 110г13 и ХАРДОКС в 10-ки раз в сложных условиях изнашивания, сопровождаемого большими удельными и ударными нагрузками

Сталь - деформируемый (ковкий) сплав железа с углеродом (до 2,14%) и другими элементами. Получают, главным образом, из смеси чугуна со стальным ломом в кислородных конвертерах, мартеновских печах и электропечах. Сплав железа с углеродом, содержащий более 2,14% углерода, называют чугуном.

Классификация сталей и сплавов производится:

По химическому составу;

По структурному составу;

По качеству (по способу производства и содержанию вредных примесей);

По степени раскисления и характеру затвердевания металла в изложнице;

По назначению.

Химический состав

По химическому составу углеродистые стали делятся в зависимости от содержания углерода на следующие группы:

Малоуглеродистые - менее 0,3% С;

Среднеуглеродистые - 0,3-0,7 С;

Высокоуглеродистые - более 0,7 % С.

Для улучшения технологических свойств стали легируют. Легированной называется сталь, в которой, кроме обычных примесей, содержатся специально вводимые в определенных сочетаниях легирующие элементы (Cr , Ni , Mo , V , Al , B , Ti и др.), а также Mn и Si в количествах, превышающих их обычное содержание как технологических примесей (1% и выше). Как правило, лучшие свойства обеспечивает комплексное легирование.

В легированных сталях их классификация по химическому составу определяется суммарным процентом содержания легирующих элементов:

Низколегированные - менее 2,5% ;

Среднелегированные - 2,5-10% ;

Высоколегированные - более 10% .

Структурный состав

Легированные стали и сплавы делятся также на классы по по структурному составу:

В отожженном состоянии - доэвтектоидный, заэвтектоидный, ледебуритный (карбидный), ферритный, аустенитный;

В нормальном состоянии - перлитный, мартенситный и аустенитный.

К перлитному классу относятся углеродистые и легированные стали с низким содержанием легирующих элементов, к мартенситному - с более высоким и к аустенитному - с высоким содержанием легирующих элементов.

Условия производства

По качеству, то есть по способу производства и содержанию вредных примесей, стали и сплавы делятся на четыре группы

Таблица 1.1 Классификация сталей по качеству

Обыкновенного качества (рядовые)
Качественные		Менее 0,035
Высококачественные	Менее 0,025	Менее 0,025
Особовысококачественные	Менее 0,015	Менее 0,025

Стали обыкновенного качества

Стали обыкновенного качества (рядовые) по химическому составу - углеродистые стали, содержащие до 0,6% С. Эти стали выплавляются в конвертерах с применением кислорода или в больших мартеновских печах. Примером данных сталей могут служить стали Ст0, Ст3сп, Ст5кп.

Стали обыкновенного качества, являются наиболее дешевыми, уступают по механическим свойствам сталям других классов.

Стали качественные

Стали качественные по химическому составу бывают углеродистые или легированные (08кп, 10пс, 20). Они также выплавляются в конвертерах или в основных мартеновских печах, но с соблюдением более строгих требований к составу шихты, процессами плавки и разливки.

Углеродистые стали обыкновенного качества и качественные по степени раскисления и характеру затвердевания металла в изложнице делятся на спокойные, полуспокойные и кипящие. Каждый из этих сортов отличается содержанием кислорода, азота и водорода. Так в кипящих сталях содержится наибольшее количество этих элементов.

Стали высококачественные

Стали высококачественные выплавляются преимущественно в электропечах, а особо высококачественные - в электропечах с электрошлаковым переплавом (ЭШП) или другими совершенными методами, что гарантирует повышенную чистоту по неметаллическим включениям (содержание серы и фосфора менее 0,03%) и содержанию газов, а следовательно, улучшение механических свойств. Это такие стали как 20А, 15Х2МА.

Стали особовысококачественные

Особовысококачественные стали подвергаются электрошлаковому переплаву, обеспечивающему эффективную очистку от сульфидов и оксидов. Данные стали выплавляются только легированными. Их производят в электропечах и методом специальной электрометаллургии. Содержат не более 0,01% серы и 0,025% фосфора. Например: 18ХГ-Ш, 20ХГНТР-Ш.

Назначение

По назначению стали и сплавы классифицируются на конструкционные, инструментальные и стали с особыми физическими и химическими свойствами.

Конструкционные стали

Конструкционные стали принято делить на строительные, для холодной штамповки, цементируемые, улучшаемые, высокопрочные, рессорно-пружинные, шарикоподшипниковые, автоматные, коррозионностойкие, жаростойкие, жаропрочные, износостойкие стали.

Строительные стали

К строительным сталям относятся углеродистые стали обыкновенного качества, а также низколегированные стали. Основные требования к строительным сталям - их хорошая свариваемость. Например: С255, С345Т, С390К, С440Д.

Стали для холодной штамповки

Для холодной штамповки применяют листовой прокат из низкоуглеродистых качественных марок стали 08Ю, 08пс и 08кп.

Цементируемые стали

Цементируемые стали применяют для изготовления деталей, работающих в условиях поверхностного износа и испытывающих при этом динамические нагрузки. К цементируемым относятся малоуглеродистые стали, содержание 0,1-0,3% углерода(такие, как 15, 20, 25), а также некоторые легированные стали (15Х, 20Х, 15ХФ, 20ХН, 12ХН3А, 18Х2Н4ВА, 18ХГТ, 30ХГТ, 20ХГР).

Улучшаемые стали

К улучшаемым сталям относят стали, которые подвергаются улучшению - термообработке, заключающейся в закалке и высоком отпуске. К ним относятся среднеуглеродистые стали (35, 40, 45, 50), хромистые стали (40Х, 45Х, 50Х), хромистые стали с бором (30ХРА, 40ХР), хромоникелевые, хромокремниемарганцевые, хромоникельмолибденовые стали.

Высокопрочные стали

Высокопрочные стали - это стали, у которых подбором химического состава и термической обработкой достигается предел прочности примерно вдвое больше, чем у обычных конструкционных сталей. Такой уровень прочности можно получить в среднеуглеродистых легированных сталях - таких, как 30ХГСН2А, 40ХН2МА, 30ХГСА, 38ХН3МА, 03Н18К9М5Т, 04Х11Н9М2Д2ТЮ.

Пружинные стали

Пружинные (рессорно-пружинные) стали сохраняют в течение длительного времени упругие свойства, поскольку имеют высокий предел упругости, высокое сопротивление разрушению и усталости. К пружинным относятся углеродистые стали (65, 70) и стали, легированные элементами, которые повышают предел упругости - кремнием, марганцем, хромом, вольфрамом, ванадием, бором (60С2, 60С2ХФА, 55ХГР, 50ХГС).

Подшипниковые стали

Подшипниковые стали (шарикоподшипниковые) стали имеют высокую прочность, износоустойчивость, выносливость. К подшипниковым предъявляют повышенные требования на отсутствие различных включений, макро- и микропористости. Обычно шарикоподшипниковые стали характеризуются высоким содержанием углерода (около 1%) и наличием хрома (ШХ9, ШХ15).

Автоматные стали

Автоматные стали используют для изготовления неответственных деталей массового производства (винты, болты, гайки и др.), обрабатываемых на станках-автоматах. Эффективным металлургическим приемом повышения обрабатываемости резанием является введение в сталь серы, селена, теллура, а также свинца, что способствует образованию короткой и ломкой стружки, а также уменьшает трение между резцом и стружкой. Недостаток автоматных сталей - пониженная пластичность. К автоматным сталям относятся такие стали, как А12, А20, А30, А40Г, АС11, АС40, АЦ45Г2, АСЦ30ХМ, АС20ХГНМ.

Износостойкие стали

Износостойкие стали применяются для деталей, работающих в условиях абразивного трения, высокого давления и ударов (крестовины железнодорожных путей, траки гусеничных машин, щеки дробилок, черпаки землеройных машин, ковши экскаваторов и др.). Пример износостойкой стали - высокомарганцовистая сталь 110Г13Л.

Коррозионно-стойкие (нержавеющие) стали

Коррозионно-стойкие (нержавеющие) стали - легированные стали с большим содержанием хрома (не менее 12%) и никеля. Хром образует на поверхности изделия защитную (пассивную) оксидную пленку. Углерод в нержавеющих сталях - нежелательный элемент, а чем больше хрома, тем выше коррозионная стойкость.

Структура для наиболее характерных сплавов этого назначения может быть:

Ферритно-карбидной и мартенситной (12Х13, 20Х13, 20Х17Н2, 30Х13, 40Х13, 95Х18 - для слабых агрессивных сред (воздух, вода, пар);

Ферритной (15Х28) - для растворов азотной и фосфорной кислот;

Аустенитной (12Х18Н10Т) - в морской воде, органических и азотной кислотах, слабых щелочах;

Мартенситно-стареющей (10Х17Н13М3Т, 09Х15Н8Ю) - в фосфорной, уксусной и молочных кислотах.

Сплав 06ХН28МТ может эксплуатироваться в условиях горячих (до60˚С) фосфорной и серной (концентрации до 20%) кислот.

Коррозионностойкие стали и сплавы классифицируют в зависимости от агрессивности среды, в которой они используются, и по их основному потребительскому составу на собственно коррозионно-стойкие, жаропрочные и криогенные.

Коррозионно-стойкие стали

Изделия из собственно коррозионностойких сталей (лопатки турбин, клапаны гидравлических прессов, пружины, карбюраторные иглы, диски, валы, трубы и др.) работают при температуре эксплуатации до 550˚С.

Жаропрочные стали

Жаропрочные стали способны работать в нагруженном состоянии при высоких температурах в течение определенного времени и при этом обладают достаточной жаропрочностью. Данные стали и сплавы применяются для изготовления труб, клапанных, паро- и газотурбинных деталей (роторы, лопатки, диски и др.)

Для жаропрочных и жаростойких машиностроительных сталей используются малоуглеродистые (0,1-0,45% С) и высоколегированные (Si , Cr , Ni , Co и др.). Жаропрочные стали и сплавы в своем составе обязательно содержат никель, который обеспечивает существенное увеличение предела длительной коррозионной прочности при незначительном увеличении предела текучести и временного сопротивления, и марганец. Они могут дополнительно легироваться молибденом, вольфрамом, ниобием, титаном, бором, йодом и др. Так, микролегирование бором, а также редкоземельными и некоторыми щелочноземельными металлами повышает такие характеристики, как число оборотов при кручении, пластичность и вязкость при высоких температурах.

Рабочие температуры современных жаропрочных сплавов составляют примерно 45-80% от температуры плавления. Эти стали классифицируют по температуре эксплуатации (ГОСТ 20072-74):

при 400-550˚С -15ХМ, 12Х1МФ, 25Х3МВФ;

при 500-600˚С -15Х5М, 40Х10С2М, 20Х13;

при 600-650˚С -12Х18Н9Т, 45Х14Н14В2М, 10Х11Н23Т3МР, ХН60Ю, ХН70Ю,

Жаростойкие стали

Жаростойкие (окалиностойкие) стали обладают стойкостью против химического разрушения поверхности в газовых средах, в том числе серосодержащих, при температуре +550-1200˚С в воздухе, печных газах (15Х5, 15Х6СМ, 40Х9С2, 30Х13Н7С2, 12Х17, 12Х17, 15Х28), окислительных и науглероживающих средах (20Х20Н14С2, 20Х23Н18) и работают в ненагруженном или слабонагруженном состоянии, так как могут проявлять ползучесть при приложении больших нагрузок. Жаростойкие стали характеризуют по температуре начала интенсивного окисления. Величина этой температуры определяется содержанием хрома в сплаве. Так, при 15% Сr температура эксплуатации изделий составляет +950˚С, а при 25% Сr +1300˚С. Жаростойкие стали также легируют никелем, кремнием, алюминием.

Криогенные стали

Криогенные машиностроительные стали и сплавы (ГОСТ 5632-72) по химическому составу являются низкоуглеродистыми (0,10% С) и высоколегированными (Cr , Ni , Mn , и др.) сталями аустенитного класса (08Х18Н10, 12Х18Н10Т, 03Х20Н16АГ6,03Х13АГ19 и др.). Основными потребительскими свойствами этих сталей являются пластичность и вязкость, которые с понижением температуры (от +20 до -196˚С) либо не меняются, т.е. не происходит резкого уменьшения вязкости, характерного при хладноломкости. Криогенные машиностроительные стали классифицируют по температуре эксплуатации в диапазоне от -196 до -296˚С и используют для изготовления деталей криогенного оборудования.

Инструментальные стали

Инструментальные стали по назначению делят на стали для режущих, измерительных инструментов, штамповые стали.

Стали для режущих инструментов

Стали для режущих инструментов должны быть способными сохранять высокую твердость и режущую способность продолжительное время, том числе и при нагреве. В качестве сталей для режущих инструментов применяют углеродистые, легированные инструментальные, быстрорежущие стали.

Углеродистые инструментальные стали

Углеродистые инструментальные стали содержат 0,65-1,32% углерода. Например, стали марок У7, У7А, У13,У13А. К данной группе, помимо нелегированных углеродистых инструментальных сталей, условно относятся также стали с небольшим содержанием легирующих элементов, которые не сильно отличаются от углеродистых.

Легированные инструментальные стали

В данную группу сталей входят стали, содержащие легирующие элементы в количестве 1-3%. Легированные инструментальные стали имеют повышенную (по сравнению суглеродистыми инструментальными сталями) теплостойкость- до +300˚С. Наиболее широко используют стали 9ХС (сверла, фрезы, зенкеры), ХВГ (протяжки, развертки), ХВГС (сверла, фрезы, зенкеры больших размеров).

Быстрорежущие стали

Быстрорежущие стали применяют для изготовления различного режущего инструмента, работающего на высоких скоростях резания, так как они обладают высокой теплоустойчивостью-до +650˚С. Наибольшее распространение получили быстрорежущие стали марок Р9, Р18, Р6М5, Р9Ф5, Р10К5Ф5.

Стали для измерительных инструментов

Инструментальные стали для измерительных инструментов (плиток, калибров, шаблонов) помимо твердости и износостойкости должны сохранять постоянство размеров и хорошо шлифоваться. Обычно применяют стали У8….У12, Х, 12Х1, ХВГ, Х12Ф1. Измерительные скобы, шкалы линейки и другие плоские и длинные инструменты изготовляют из листовых сталей 15, 15Х. Для получения рабочей поверхности с высокой твердостью и износостойкостью инструменты подвергают цементации и закалке.

Штамповые стали

Штамповые стали обладают высокой твердостью и износостойкостью, прокаливаемостью и теплостойкостью.

Стали для штампов холодного деформирования

Эти стали должны обладать высокой твердостью, износостойкостью и прочностью, сочетающейся с достаточной вязкостью, также должны быть теплостойкими. Например Х12Ф1, Х12М, Х6ВФ, 7ХГ2ВМ, 6Х5В3МФС. Во многих случаях для изготовления штампов для холодного деформирования используют быстрорежущие стали.

Стали для штампов горячего деформирования

Эти стали должны иметь высокие механические свойства (прочность и вязкость) при повышенных температурах и обладать износостойкостью, окалиностойкостью, разгаростойкостью и высокой теплопроводностью. Примером таких сталей могут служить стали 5ХНМ, 5ХНВ, 4Х3ВМФ, 3Х2В8Ф, 4Х2В5МФ.

Валковые стали

Данные стали применяют для рабочих, опорных и прочих валков прокатных сплавов, бандажей составных опорных валков, ножей для холодной резки металла, обрезных матриц и пуансонов. К валковым сталям относят такие стали, как 9Х1, 55Х, 60ХН, 7Х2СМФ.