Конструкционные высокопрочные низкоуглеродистые стали мартенситног

Рис. 5.9. Зависимость ударной вязкости от температуры испы­ тания: А - закалка 900 °С, воздух, отпуск 300 °С, предел теку­ чести 800 МПа; ■ - закалка 900 °С, воздух, отпуск 560 °С, пре­ дел текучести 800 МПа

Таблица 5.9

Коррозионная стойкость в 3% р-р NaCl при +20 °С (сравнительные испытания)

Таблица 5.10

Коррозионная стойкость в 5% р-р NaCl в деарированной дистиллированной воде, насыщенной СОг

5.3. Технологичность НМС

Технологичность стали в условиях машинострои­ тельного и других видов производств изделий характери­ зуется возможностью изготовления термоупрочненных деталей с минимальными затратами в кратчайший пери­ од, а также вкладом технологического процесса в повы­ шение эксплуатационных характеристик.

Технологичность стали оценивают по двум пара­ метрам:

1)универсальностью применения в изделиях в ши­ роких интервалах варьирования прочности, износостой­ кости и условий эксплуатации;

2)универсальностью использования в различных технологических процессах, которую, в свою очередь, определяют широта изменения технологических пара­ метров отдельных операций и совместимость различных технологических процессов.

Конструкционные стали используют в широком диапазоне значений прочности 600-1400 МПа и твердо­ сти до 60 HRC.

Стали с более высокой прочностью применяют ре­ же, поскольку возникают ограничения по допустимой величине упругой деформации, которую определяет мо­ дуль упругости (.Е), слабо зависящий от химического состава.

Вмашиностроении используют порядка 500 марок термоупрочняемых сталей. Такое количество определя­ ется различными требованиями к прочности и комплексу свойств - пластичности, вязкости трещиностойкости, отпускоустойчивости, износостойкости, усталости, необ­

ходимых для реализации конструкционной прочности в различных условиях эксплуатации. Большое количест­ во марок необходимо вследствие того, что традиционно применяемые улучшаемые стали обеспечивают конст­ рукционную прочность в узком интервале значений ком­ плекса свойств.

Кним относятся среднелегированные марки сталей

ссодержанием углерода до 0,4 %, содержащие марганец, хром, титан, никель, молибден, вольфрам, ванадий, кремний, ниобий и др., в различных сочетаниях при суммарном количестве не более 7 %.

Традиционные среднеуглеродистые конструкциионные стали обеспечивают ограниченный комплекс свойств и работоспособность в узких интервалах изме­ нения условий функционирования. Это объясняет ис­ пользование большого количества марок сталей, области применения которых указаны в широко распространен­ ной литературе для общего и специального машино­ строения.

Структура НМ позволяет получать для отдельной марки стали необходимые свойства в широком диапазоне значений и обеспечивает универсальность при использо­ вании в различных технологических процессах.

Особенности строения НМС предопределяют и ос­ новные отличия в сочетании свойств:

1.Широкий диапазон изменения характеристик прочности от ов= 600 до 1400 МПа в сочетании с высо­ кими значениями пластичности и вязкости 5 = 12...22 %

и Ч> = 50...70 %, KCU = 100...200 Н/см2, KCV =

=80... 120 Н/см2

2.Высокую твердость поверхности, упрочненной ХТО и наплавкой HRC = 58...64 при сохранении требуе­ мой твердости сердцевины

3.Критическая температура хрупкости ниже ми­ нус 50 °С.

4.Отсутствие склонности к хрупкому разрушению.

Универсальность использования в различных тех­ нологических процессах состоит в том, что НМС позво­ ляют осуществлять:

1.Совмещенный процесс - закалка с деформацион­ ного нагрева (исключение отдельной операции закалки).

2.Закалку охлаждением на воздухе без деформации

икоробления.

3.Все способы ХТО.

4.Сварку всеми способами в любых климатиче­ ских условиях.

5.Наплавку для повышения износостойкости с со­ хранением прочности основного металла.

6.Совмещение режимов термического воздействия при спекании с износостойкими материалами (диски сцепления, в т.ч. тяжелых машин).

7.Унификацию технологического процесса терми­ ческого упрочнения.

8.Исключение из технологического процесса эко­ логически вредных закалочных средств.

9.Повышение надежности технологического про­

цесса.

10. Упрочняющую термическую обработку загото­ вок в больших сечениях.

11. Совмещение режимов термической обработки с режимами других сталей и прочих материалов (покры­ тие эмалями и т.п.).

12. Деформацию и термическую обработку в широ­ ком интервале значений величин деформации, темпера­ тур, скоростей нагрева и охлаждения.

Таким образом, НМС свободны от присущих сред­ неуглеродистым конструкционным сталям недостатков, позволяют по-новому решить задачу термического уп­ рочнения проката и других видов полуфабриката, полу­ чаемого обработкой давлением. Закаливаемость на воз­ духе позволяет осуществить в действующем потоке ме­ таллургического производства проката совмещенный процесс формообразования с закалкой без применения жидких охлаждающих сред. Становится возможно эко­ номичным и простым путем на существующем оборудо­ вании без капитальных затрат создать экологически чистый технологический процесс изготовления термоуп­ рочненного проката с прочностью 1000-1200 Н/мм2 и с высокими характеристиками пластичности и вяз­ кости.

НМС хорошо обрабатываются давлением в холод­ ном состоянии. Это обусловлено низким коэффициентом деформационного упрочнения К = 1,05... 1,15 и высокой пластичностью в термоупрочненном состоянии, что по­ зволяет увеличить величину деформации за один проход, следовательно, уменьшить число проходов при холодной деформации.

Примеры реализации технологичности НМС

По новой технологии из НМС 07ХЗГНМЮА на оборудовании Волжского трубного завода и Нижнеднеп­ ровского завода им. К. Либкнехта изготовлены промыш­ ленные партии горячекатаных термоупрочненных труб различного сортамента (0180x36; 0325x50; 0122x25 мм и др.). Закалка труб проводилась охлаждением на воз­ духе на холодильнике прокатных станов. В трубах рав­ номерно по длине обеспечиваются мартенситная струк­ тура и высокие характеристики прочности: а в = = 1090... 1150Н/мм2, Сто,2= 810...920 Н/мм2; и пластично­ сти: 5 = 14... 16 %, ц/ =51 ...66 %.

На Первоуральском новотрубном заводе осущест­ вили технологию совмещенного процесса формообразо­ вания с закалкой на воздухе при производстве насосно­ компрессорных труб (НКТ) 073x5,5 мм из НМС 08Х2Г2ФА и 07ХЗГНМЮА. Освоение новой технологии позволило в потоке массового производства трубопро­ катного агрегата ТПА 140-3 повысить прочность отече­ ственных НКТ с о ,= 680 до а в = 1000 Н/мм2

При горячей прокатке НКТ использовали обычную схему: прошивка, раскатка, редуцирование. Температура конца деформации составляла 950-1000 °С, закалка про­ исходила при охлаждении труб на холодильнике стана; скорость охлаждения была такова, что время до начала мартенситного превращения составило 3-4 мин. Общая длительность нахождения труб на холодильнике была 8-10 мин. Точность размеров труб определялась усло­

виями горячей деформации. Медленное охлаждение на воздухе при закалке не вызывало дополнительного ко­ робления. Комплекс механических свойств и микро­ структура НКТ из низкоуглеродистых мартенситных сталей полностью соответствовали требованиям амери­ канского стандарта API-5ST. Варьирование режимами отпуска закаленных труб обеспечивало различный уро­ вень характеристик прочности, пластичности, вязкости. Это позволило организовать производство НКТ различ­ ных групп прочности в соответствии с требованиями ГОСТ 633-80 и ТУ 14-159-230-93 [9].

Новый технологический процесс освоен также при изготовлении термоупрочненного листового проката толщиной 5 = 3...20 мм и сортового проката 085 мм в условиях Волгоградского металлургического завода «Красный Октябрь». При охлаждении листа из НМС 12Х2Г2НМФТ, 07ХЗГНМЮА, 08Х2Г2ФА на холодиль­ нике прокатного стана «2000» и далее в стопах по 5-24 листа обеспечивается микроструктура низкоуглеро­ дистого мартенсита, что свидетельствует о полной про­ качиваемое™. Полностью закалился и сортовой прокат 085 мм из стали 07ХЗГНМЮА, охлажденный в потоке на холодильнике стана 450-1, а затем в штабелях.

Перспективно применение НМС и новой техноло­ гии при производстве термоупрочненного фасонного профиля и проката для насосных штанг. В условиях Ижевского металлургического завода изготовлена горя­ чим прессованием с закалкой на воздухе партия фасон­ ного профиля различного сечения из НМС 07ХЗГНМЮА; на Пермском АО «Камасталь» - насосные штанги 019 и 022 мм из стали 12ХЗГАФБ. Однородная мартенситная структура и отсутствие окалины, возни­ кающей от дополнительного нагрева под самостоятель­ ную операцию закалки, позволили повысить эксплуата­ ционные характеристики штанг в 3-4 раза, а также ис­ ключили операцию очистки. Новая экологически чистая технология совмещенного горячего формообразования