Предметы легированной стали

Когда говорят про легированные стали, часто представляют нечто вроде магического сплава, который сам по себе решает все проблемы. На деле же – приходится постоянно балансировать между содержанием хрома, молибдена и ванадия, учитывая, что перебор с легированием иногда дает обратный эффект. В портовых механизмах, например, бывали случаи, когда чрезмерно ?навороченная? сталь приводила к хрупкости крюков кранов – тут важнее оказывалась не столько формула сплава, сколько режим термообработки.

Основные заблуждения при подборе марок

Многие до сих пор уверены, что чем выше цифра после букв в маркировке, тем лучше сталь. Но возьмем ту же 40ХНМ – при неправильной закалке ее ударная вязкость падает ниже, чем у обычной 45-й. В ООО Чжэньцзян Синшэн Стальное Литье как-то пришлось переделывать партию скребков для конвейеров: изначально взяли 30ХГСА, а в условиях абразивного износа с постоянной влажностью лучше показала себя 110Г13Л. Хотя последнюю и не принято считать классической легированной.

Еще один миф – что легировка автоматически повышает коррозионную стойкость. Для нефтехимического оборудования мы пробовали использовать 20Х13, но при контакте с сернистыми соединениями быстро появлялись точечные поражения. Перешли на 12Х18Н10Т – да, дороже, но замена реже. Хотя и тут есть нюанс: при температурах выше 600°C начинается межкристаллитная коррозия, так что для печной арматуры вариант не годится.

Важно понимать, что легирование – не панацея. Иногда проще использовать биметаллические отливки: например, для рабочих колес судовых насосов основу делаем из углеродистой стали, а наплавку – из легированной стали с 13% хрома. Экономия в 2-3 раза без потери эксплуатационных качеств.

Практические кейсы в тяжелой технике

Для ковшей лесозаготовительных машин долгое время применяли 35ХМЛ. Казалось бы, проверенный вариант, но при -40°C в Сибири лопасти давали трещины. После серии испытаний остановились на 09Г2С – менее легированная, но с нормированной ударной вязкостью при низких температурах. Кстати, на сайте https://www.xszgsteel.ru есть технические спецификации по этим маркам, но в жизни часто приходится отклоняться от стандартных рекомендаций.

С дорожно-строительной техникой своя история. Зубья ковшей экскаваторов из 110Г13Л выдерживают 200-250 часов работы с гравийно-песчаными грунтами, но при встрече с гранитом крошатся за смену. Пришлось разрабатывать состав с добавкой карбидообразующих элементов – что-то среднее между 30ХН3МФ и износостойким чугуном. Получилось увеличить ресурс в 1.8 раза, хотя стоимость выросла лишь на 25%.

Интересный случай был с металлургическим оборудованием. Направляющие рольгангов из 40Х служили 6-8 месяцев, после чего требовалась механическая обработка восстанавливающих поверхность. Перешли на 38Х2МЮА с азотированием – межремонтный период увеличился до 3 лет. Правда, пришлось полностью менять технологию термообработки: обычные печи не давали нужной глубины азотированного слоя.

Ошибки, которые лучше не повторять

Как-то решили сэкономить на отжиге крупногабаритной отливки из 20Х3МВФ – пропустили стабилизирующий отпуск. Через месяц эксплуатации в узле крепления стрелы портового крана пошли трещины. Пришлось не только менять деталь, но и оплачивать простой техники. Теперь для ответственных предметов легированной стали всегда делаем двойной отпуск с контролем температуры по пирометру.

Другая распространенная ошибка – игнорирование условий сварки. Соединяли секции металлургического газоочистителя из 15Х5М без подогрева – в зоне шва пошли трещины толщиной с волос. Пришлось разрабатывать специальный технологический регламент с предварительным нагревом до 300°C и последующим медленным охлаждением в термостате.

Бывало, ошибались и в мелочах. Для крепежа в судовых насосах использовали 40ХН вместо 25Х2МФА – казалось, прочнее же. Но в условиях вибрации резьбовые соединения быстро разбалтывались. Оказалось, важнее была не прочность, а предел выносливости. Теперь для таких случаев ведем отдельную картотеку с результатами испытаний на усталость.

Нюансы термообработки

С закалкой легированных сталей всегда есть дилемма: повышать температуру для лучшей прокаливаемости или снижать для уменьшения деформаций. Для шестерен из 40ХН2МА нашли компромисс – закалка с 850°C в горячем масле с последующей обработкой холодом. Остаточные напряжения снизились на 40%, а твердость по HRC осталась на уровне 52-54.

Отпуск – вообще отдельная наука. Для 38ХН3МФА классический отпуск при 560°C дает твердость 38-42 HRC, но если поднять до 600°C – падает до 32-35. Казалось бы, потеря прочности, но для штампов холодной штамповки именно такой вариант оказался оптимальным – меньше трещин по углам.

Интересно наблюдение по цементуемым сталям. 20Х2Н4А после классической цементации дает твердый поверхностный слой, но с резким переходом. Добавили диффузионный отжиг – градиент стал плавнее, а сопротивление выкрашиванию повысилось в 1.5 раза. Такие детали сейчас используем в тяжелых редукторах для горнорудного оборудования.

Взаимодействие с другими материалами

В комбинации с высокохромистыми чугунами возникает проблема гальванических пар. Как-то поставили подшипниковые узлы, где втулки были из легированной стали 95Х18, а корпус – из чугуна СЧ20. В морской воде за сезон коррозия ?съела? посадку с натягом. Теперь для таких случаев либо применяем нержавеющие стали, либо ставим изолирующие прокладки из фторопласта.

С углеродистыми сталями проще, но есть свои хитрости. Сварные переходы между 09Г2С и Ст3sp требуют электродов с повышенным содержанием марганца – иначе в зоне сплавления образуются хрупкие структуры. После нескольких случаев отслоения наплавленного металла разработали инструкцию по послойному контролю твердости.

В комбинациях с алюминиевыми сплавами вообще отдельная история. Крепеж из 40Х для соединения стальных конструкций с алюминиевыми панелями пришлось заменить на оцинкованный – даже при влажности 60% начиналась интенсивная коррозия. Хотя цинковое покрытие на легированных сталях держится хуже, чем на углеродистых – пришлось подбирать особый режим подготовки поверхности.

Перспективы и ограничения

Сейчас экспериментируем с порошковыми предметами легированной стали – для сложнопрофильных деталей типа направляющих гидроцилиндров. Точность размеров после спекания позволяет избежать механической обработки, но пока не удается добиться стабильной плотности выше 7.8 г/см3. Возможно, придется комбинировать традиционное литье с порошковыми технологиями.

Еще одно направление – адаптация составов под аддитивные технологии. Пробовали печатать на 3D-принтере элементы ковшей из нержавеющей стали 12Х18Н10Т – прочность на разрыв получается даже выше, чем у литых аналогов, но ударная вязкость ниже в 2-3 раза. Пока неясно, связано это с пористостью или особенностью структуры.

Из традиционных методов перспективным считаем изотермический отжиг для крупных отливок. В ООО Чжэньцзян Синшэн Стальное Литье недавно приобрели печь с возможностью программирования температурных полей – первые испытания на отливках из 35ХМЛ показали снижение остаточных напряжений на 60%. Но экономическую эффективность еще предстоит оценить – оборудование дорогое, а для серийных деталей может оказаться избыточным.