Применение легированных сталей. Легированных сталей применение
Применение легированных сталей
Легирующие элементы придают стали специальные свойства, например, жаропрочные, коррозионно-стойкие, быстрорежущие, электротехнические, немагнитные, окалиностойкие и другие стали. Некоторые легированные стали, особенно коррозионно-стойкие, незаменимы в металлургической и химической промышленности, так как служат конструкционным материалом для изготовления аппаратуры и ее деталей, работающих в условиях одновременного воздействия высоких температур, давлений и агрессивных химических сред.
К недостаткам легированных сталей следует отнести высокую стоимость, сложность термической обработки, дефицитность некоторых легирующих элементов.
Конструкционные легированные стали. Их используют для изготовления деталей машин и механизмов, приборов, ответственных металлических конструкций. К этой группе относят среднелегированные и в основном низколегированные стали. Низколегированная сталь является переходной между углеродистыми и легированными сталями, она по своей основе соответствует малоуглеродистой стали (0,1 – 0,2%С), легированной кремнием, марганцем, хромом, никелем, медью, ванадием, ниобием и некоторыми другими элементами в небольших количествах.
Марганцовистые стали выпускают следующих марок: 10Г2, 14Г2, 35Г2, 50Г2 и др. Сталь 10Г2 отличается высокой пластичностью, хорошей свариваемостью, применяется для изготовления змеевиков, фланцев, штуцеров, пучков труб и крепежных деталей. Изделия из нее могут работать при низких температурах (до –70°С). Стали 35Г2, 50Г2 имеют повышенную износостойкость и служат для изготовления осей, небольших коленчатых валов, штоков, шестерен, пружин, амортизаторов. Марганцовистые стали хорошо поддаются обработке резанием и штамповке в холодном состоянии. Однако после закалки эти стали склонны к короблению и появлению трещин. При добавлении хрома и титана склонность марганцовистых сталей к таким дефектам существенно снижается.
Хромистые, хромоникелевые стали делят на цементуемые и улучшаемые. Из цементуемых сталей (например, 15Х, 20Х, 15ХРА, 12Х2Н4А, 18ХГТ) изготовляют детали (зубчатые колеса, шестерни, плунжеры, шлицевые валики, поршневые пальцы, толкатели и др.) относительно небольших размеров, работающие на износ при тяжелых нагрузках и имеющие высокие твердость поверхностного слоя и прочность сердцевины. Улучшаемые стали (например, 35Х, 38ХА, 35ХРА, 37ХН3А, 38ХНЗМФ) обладают высокой прочностью, пластичностью, высоким пределом выносливости, малой чувствительностью к отпускной хрупкости, хорошей прокаливаемостью (глубина закалки до 20 мм). Из них изготовляют детали крупных сечений, такие, как роторы турбокомпрессоров, фрикционные диски прессов, кривошипы, валы больших диаметров, шестерни крупных размеров и др.
Инструментальные легированные стали. Общие требования для всех инструментальных сталей – высокая твердость и прочность при удовлетворительной вязкости, хорошая износостойкость. Кроме того, инструментальные стали должны хорошо закаливаться, а сталь для режущего инструмента должна иметь высокую теплостойкость (красностойкость). Инструментальные стали применяют для изготовления режущего, ударно-штампового и измерительного инструмента.
Для режущего инструмента применяют низколегированные инструментальные стали с суммарным содержанием легирующих элементов от 1 до 6 % и углерода от 0,9 до 1,2 %. Основные легирующие элементы для сталей этой группы – хром, вольфрам или ванадий, которые, являясь сильными карбидообразующими элементами, несколько увеличивают твердость закаленной стали и значительно повышают ее износостойкость. Из сталей X, 9ХС, ХВГ, ХВСГ изготовляют сверла, фрезы, метчики, плашки, развертки, протяжки. На инструменте ставят клеймо с обозначением марки стали.
Для изготовления режущего инструмента, работающего при высоких скоростях резания и применяемого для обработки труднообрабатываемых материалов, применяют быстрорежущие стали, которые относят к высоколегированным сталям. Основные легирующие элементы для быстрорежущих сталей вольфрам, кобальт, молибден (более 1%) , ванадий, хром. Стали Р9Ф5, Р9К10, Р18К5Ф2, Р18, Р6М5 сохраняют красностойкость до 650 °С и твердость не ниже HRC 60. Высокие режущие свойства быстрорежущей стали достигаются термической обработкой, состоящей из нагрева до 1270—1290°С и последующего трехкратного отпуска при 560°С.
Легированные стали и сплавы с особыми свойствами. К этой группе относятся стали и сплавы на основе железа, в которых суммарное содержание легирующих элементов составляет более 10%: коррозионно-стойкие, износостойкие, жаропрочные, жаростойкие, магнитные, немагнитные, электротехнические, с особыми упругими свойствами и др.
Коррозионно-стойкие стали и сплавы получают при легировании железа с элементами, повышающими электрохимический потенциал сплава. Таким элементом, в частности, является хром. Сплавы, содержащие более 12% хрома, имеют электроположительный потенциал и обладают хорошей коррозионной стойкостью на воздухе, в воде, растворах солей, во многих щелочах, органических, а также в неорганических кислотах (в зависимости от их концентрации) и в других агрессивных средах. В состав этих сталей вводят также никель, марганец, титан, молибден.
Коррозионно-стойкие стали применяют для изготовления гальванических ванн, ванн промывки деталей в горячей воде, для изготовления деталей насосов для перекачки электролитов, теплообменной аппаратуры.
Коррозионно-стойкие хромистые стали 08X13, 12X13, 20X13, 30X13, 40X13, 12X17, 15Х25Т, 08Х17Т, 14Х17Н2 обладают достаточной стойкостью в условиях загрязненного воздуха, воды, пара, в растворах щелочей слабой концентрации, в некоторых кислотах. Наибольшая коррозионная стойкость указанных марок сталей достигается после термической обработки.
Хромоникелевые и хромоникелемолибденовые коррозионно-стойкие стали 12Х18Н9, 12Х18Н9Т, 04Х18Н10, Х17Н13М2Т, 14Х17Н2, 06ХН28МДТ получают увеличением содержания хрома или добавлением небольших количеств никеля к хромистой стали для увеличения ее коррозионной стойкости. Эти стали менее прочны, чем хромистые, но более пластичны. Широко применяют для сварных конструкций, работающих в высокоагрессивных средах, для изготовления деталей машин, используемых в пищевой промышленности.
Кроме того, из этих сталей изготовляют детали теплообменных аппаратов, мембран, сильфонов, вентиляторов (эксплуатирующихся в химических цехах). Для получения наибольшей коррозионной стойкости эти стали закаливают в воде после нагрева при 1100—1150°С.
Для экономии дорогостоящего никеля его частично заменяют марганцем. Например, сталь 10Х14Г14Н3 рекомендуется как заменитель стали 12Х18Н9; 08Х18Г8Н2Т как заменитель стали 08Х18Н10Т.
Эти стали и сплавы применяют для изготовления деталей и узлов автоматических линий нанесения гальванопокрытий (универсальных роботов, транспортируемых подвесок, устройств для загрузки деталей в гальванический барабан и др.).
Магнитные стали и сплавы в зависимости от магнитных свойств – значений коэрцитивной силы и магнитной проницаемости – делят на магнитно-твердые и магнитно-мягкие.
Магнитно-твердые стали и сплавы применяют для изготовления постоянных магнитов, они имеют большую коэрцитивную силу (напряженность магнитного поля, которое должно быть приложено к образцу для того, чтобы его размагнитить). Магниты небольшой мощности делают из хромистой стали и хромокобальтовой стали. Для изготовления магнитов небольшого размера, но большой мощности применяют магнитный сплав ЮНДК24 (9 % А1; 13,5 % Ni; 3 % Сu; 24 % Сo; остальное – железо), у него очень высокая коэрцитивная сила.
Магнитно-мягкие стали и сплавы обладают малой коэрцитивной силой и большой магнитной проницаемостью. К ним относят электротехническую нелегированную сталь или технически чистое железо и железоникелевые сплавы (пермаллои).
Жаропрочными называют стали и сплавы, способные работать в нагруженном состоянии и сохранять достаточную механическую прочность при высоких температурах (500—1000°С) в течение определенного времени от 100 до 100 000 ч.
Основными легирующими элементами в этих сталях и сплавах являются хром и никель. Для упрочнения сплава и уменьшения скорости ползучести добавляют тугоплавкие металлы: молибден, ниобий, вольфрам. Разработаны различные марки этих сталей, например 15Х11МФ, 15Х25Т, 09Х14Н16Б, ХН45Ю, 20Х23Н18; 40Х9С2, ХН70Ю, ХН77ТЮР. Жаропрочные стали используют преимущественно в котло- и турбиностроении.
Кроме рассмотренных выше сталей и сплавов в различных отраслях промышленности применяют также другие стали и сплавы: высокопрочные мартенситно-стареющие, графитизированные, стали и сплавы для работы при низких (ниже -80°С) температурах, сплавы с особыми тепловыми и упругими свойствами и др.
studfiles.net
ПРИМЕНЕНИЕ ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ
Легированные стали, содержащие менее 0,25% С, могут применяться в качестве строи тельных либо котельных. Основная цель легирования строительных сталей - повышение уровня прочности и снижение температуры хладноломкости Tx (температура перехода из вязкого в хрупкое состояние). Для повышения прочности применяют легирование марганцем либо марганцем совместно с кремнием. Такой прочностью обладают строительные стали, например, марок 14Г2 и 17ГС; такое легирование позволяет использовать эти марки сталей при температурах до -40°С. Добавки хрома и никеля позволяют снизить температуру хладноломкости до -60°С (стали ЮХСНД, 15ХСНД).
Основное применение легированные стали нашли в различных отраслях машиностроения, транспорта и энергетики. Стали, содержащие 0,1-0,2% С, могут применяться для изготовления деталей с цементованной поверхностью (цементуемые легированные стали). К ним относятся стали 15Х.20Х, 20ХН, применяемые для изготовления деталей сложной формы, но работающие при сравнительно невысоких удельных давлениях. Для повышенных нагрузок используют стали 18ХГТ, 12ХНЗА, а для высоких напряжений - сталь типа 18Х2Н4ВА (сталь мартенситного класса).
Легированные стали, содержащие 0,3- 0,5% С, относятся к улучшаемым сталям. Напомним, что «улучшение» - это специальная термическая обработка, состоящая из закалки и последующего высокого (600-650°С) отпуска. Такая обработка обеспечивает высокий уровень ударной вязкости, поэтому детали из улучшаемых сталей могут выдерживать внезапные перегрузки. превышающие расчетные, работать в условиях ударного нагружения, знакопеременных нагрузок и т.п.
Для конкретного назначения таких сталей очень важной характеристикой является прокаливаемость (глубина проникновения внутрь детали закаленного мартенситного слоя). Величина прокаливаемости должна быть такой, чтобы обеспечить сквозную закалку детали по всему сечению.
Для деталей толщиной до 30-40 мм используют стали, легированные одним элементом (40Х, 40Г). Легирование двумя и более элементами увеличивает прокаливаемость до 60 мм (сталь 40ХН) и даже свыше 100 мм (сталь 40ХНМ). Чтобы сэкономить дефицитный никель, применяют комплексное легирование улучшаемых сталей более дешевыми элементами марганцем, кремнием, хромом.
ПРОИЗВОДСТВО ЧУГУНА
Железоуглеродистые сплавы, называемые чугунами, содержат более 2% углерода. Кроме углерода в чугунах всегда присутствуют кремний (до 4%), марганец (до 2%), также фосфор и сера (в повышенном по сравнению со сталью количестве). Чугун является основным исходным материалом для получения стали, на это расход дуется примерно 80-85% производимого в стране чугуна. Вместе с тем чугун-наиболее распространенный в промышленности литейный сплав.
Исходным материалом для выплавки чугуна служат железные руды. Рудный материал представляет собой различные окислы железа. Железные руды содержат и пустую породу, состоящую из кварца и песчаников с примесью глин. Железные руды относительно богаты. Наиболее богатые руды содержат 60% железа и больше, наиболее бедные (но используемые в металлургической промышленности) – 30-40%.
Для удаления из доменной печи тугоплавкой пустой породы и золы (продукт сгорания топлива) использую доменные флюсы, которые выбирают в зависимости от вида пустой породы. В качественных рудах пустая порода, как правило, содержит избыток SiO2, т. е. является кислой. Поэтому в качестве флюса используют сильноосновные материалы, главным образом известняк СаСО3, содержащий после обжига 50-55% СаО.
Вводимый в доменную печь флюс сплавляется с пустой породой руды и золой, образуя легкоплавкий сплав-доменный шлак, который удаляется затем из печи через специальную шлаковую летку. Избыток извести в доменном шлаке способствует также удалению из чугуна серы.
Основные требования к доменному топливу - высокая теплотворность, малое содержание золы, отсутствие вредных примесей, прежде всего, серы. Топливо в доменных печах служит не только источником теплоты, но и реагентом, обеспечивающим восстановление железа из руды и образование чугуна (за счет науглерожирания железа). Главным видом топлива в доменных печах является кокс; он содержит 10-13% золы и не более 2% серы.
Однако кокс - дорогое и дефицитное топливо. На заводах СССР впервые в мировой практике применена технология доменной плавки с применением природного газа. Вдувание 60 - 100 м3 природного газа на 1 т выплавляемого чугуна снижает расход кокса на 10-15%, повышает восстановительную способность доменных газов, обеспечивает более высокую производительность доменной печи. Наиболее эффективным является использование природного газа в сочетании с высокотемпературным дутьем, обогащенным кислородом.
Подготовка руды к плавке заключается в ее дроблении до нужного размера (10-80 мм), сортировка по классам крупности на специальных механических грохотах и обогащении руды. Для плавки обогащают около 80% всей руды, доводя содержание железа в концентраторах до 60- 65%. Основным способом обогащения железной руды является магнитный. Тонкоизмельченную руду помещают в магнитное поле, где магнитные частицы руды отделяются от пустой породы (сухая магнитная сепарация). При мокрой сепарации руда при воздействии на нее магнитного поля одновременно промывается водой.
Получаемые в результате обогащения тонкоизмельченные концентраты могут уноситься из доменной печи восходящим потоком горячих газов. Это нарушает ход выплавления чугуна и снижает производительность домны. Поэтому необходимо железнорудное сырье подвергать окускованию - агломерации или скатыванию.
Агломерация - это процесс окускования мелкой руды спеканием. Руду предварительно подвергают увлажнению и окомкованию до размера комочков не менее 5 мм. В газовой печи при температуре 1300-1500°С происходит спекание шихты (смеси рудной пыли, концентрата, металлической стружки и т.п.) в пористый продукт - агломерат.
При агломерации происходит восстановление окислов железа и, что особенно важно, на 85- 95% из руды удаляется наиболее вредная примесь - сера. Куски агломерата размером более 10 мм направляются в доменный цех. Более мелкий агломерат возвращается на переработку.
Другим эффективным способом окусковывания тонкоизмельченных концентратов является окатывание (производство окатышей). Для лучшего скатывания-гранулирования – шихту увлажняют и в ее состав добавляют некоторое количество связующего, например бентонитовой глины. Сырые окатыши диаметром 20-30 мм получают во вращающихся барабанах, конусных или тарельчатых грануляторах. Затем окатыши сушат при 200-400°С, после чего обжигают при 1300-1400°С, в результате чего они приобретают высокую прочность и не разрушаются при загрузке в доменную печь. Применение окаты шей - прогрессивное направление в подготовке доменной шихты.
Устройство доменной печи. Доменная печь вертикальная печь шахтного типа. Высота ее (до 35 м) в 2,5-3 раза превышает диаметр наиболее утолщенной части (рис. 46). Стенки печи выкладывают из огнеупорных материалов (шамота). Нижнюю часть горна и его основание (лещадь) выполняют из особо огнеупорных материалов - углеродистых (графитизированных) блоков. Кроме того, предусмотрены циркуляционные устройства для охлаждения стенок печи (на 3/4 высоты) водой. Кладка печи снаружи заключена в стальной кожух, стенки которого имеют толщину до 40 мм.
С увеличением полезного объема доменных печей повышается их экономичность. Современные крупные доменные печи имеют объем до 5000 м3.
Воздух для горения топлива вдувается через 14-36 фурм в верхнюю часть горна печи (для выплавки 1 т чугуна требуется до 3000 м3воздуха). Значительный эффект дало применение высокотемпературного (1200-1300°С) дутья, обогащенного кислородом.
Доменная печь работает непрерывно в течение 5-10 лет. По мере необходимое т в нее загружают отдельными порциями шихтовые материалы, периодически выпускают готовый чугун и шлак, непрерывно удаляют доменные газы. Доменная печь работает по принципу противотока. Шихтовые материалы - агломерат, кокс и др. загружают сверху с помощью засыпного аппарата. Для выплавки 1 т чугуна расходуется в среднем 1,8 т офлюсованного агломерата, 550 кг кокса. Навстречу опускающимся материалам снизу вверх движется поток горячих газов, образующихся при сгорании топлива.
Процесс восстановления железа происходит последовательно от высших окислов к низшим и далее к чистому металлу (принцип А. А. Байкова): Fе2О3→Fе3О→ FеО→Fе.
Главными восстановителями железа в доменной печи являются образующиеся в результате взаимодействия углекислого газа с углеродом кокса окись углерода СО и твердый углерод кокса.
Косвенное восстановление Fe2О3 начинается при температурах 400-500°С в верхней части печи. По мере опускания рудных материалов повышаются температура и содержание СО в доменных газах; при этом создаются условия для окончательного восстановления железа. Эти процессы заканчиваются в нижней части печи при температурах 900-950°С.
Рис. 46. Профиль рабочего пространства доменной печи.
1- чугунная летка, 2 – горн, 3 – заплечики, 4 – распер, 5 – шахта, 6 – колошник, 7 – засыпной аппарат, 8 – горизонт образования чугуна, 9 – горизонт образования шлака, 10 – зона горения кокса, 11 – слой шлака, 12 - шлаковая летка, 13 – расплавленный чугун.
Одновременно в шахте печи проходит также косвенное восстановление окислов железа водородом. Прямое восстановление твердым углеродом кокса происходит .при температурах 950- 1000°С и выше (зона распара печи, см. на рис. 46). Процесс восстановления железа заканчивается при 1300-1400°С; получаемое железо находится в твердом состоянии в виде пористой (губчатой) массы. Такое железо подвергается затем науглероживанию и в нижней части шахты начинается плавление сплава (чугуна). Жидкий чугун, стекая вниз, омывает 'куски раскаленного кокса и дополнительно интенсивно науглероживается. В нем также растворяются восстановленный марганец, кремний, сера и другие примеси. Конечный состав чугуна устанавлдвается в горне.
Шлакообразование начинается примерно в распаре печи. Химический состав шлака определяет состав чугуна, поэтому важнейшая характеристика шлака - его основность (отношение содержания основных окислов к содержанию кислотных окислов) - строго контролируется. С увеличением основности шлака улучшаются удаление серы и восстановление марганца; для восстановления же кремния основность шлака должна быть уменьшена.
Доменный шлак по мере его накопления выпускают в расплавленном состоянии через шлаковые летки в ковши-шлаковозы емкостью около 30 т, транспортируемые по железнодорожным путям.
Расплавленный чугун выпускают через одну-две чугунные летки по 10-18 раз в сутки. В ковшах-чугуновозах емкостью 80-100 т его по железнодорожным путям подают либо в сталеплавильный цех для передела в сталь, либо на специальную разливочную машину для получения чугунных отливок.
Таким образом, в доменных печах выплавляют передельные (ГОСТ 805-69) и литейные ч./ гуны, а также некоторые ферросплавы.
poisk-ru.ru
1.6 Свойства и применение легированных сталей. Легированные стали
Похожие главы из других работ:
Анализ изотермических и термокинетических диаграмм распада переохлажденного аустенита и выбор режимов термической обработки для патрубка из стали 30Г2 и главного шатуна из стали 12Х2Н2
1. Фазовый состав, структура, свойства и назначение сталей
1.1 Общие положения Легированные стали - это сплавы на основе железа, в химический состав которых специально введены легирующие элементы, обеспечивающие при определенных способах производства и обработке требуемую структуру и свойства...
Выбор марки стали для детали
1.1 Механические свойства сталей
При выборе марки стали для конкретной детали необходимо исходить из следующих основных положений: 1. В первую очередь на выбор той или иной марки стали оказывают влияние характер силовых воздействий...
Конструкционные углеродистые стали и сплавы
Строение и свойства сталей и сплавов
Чистые металлы (содержание основного компонента 99,99-- 99,999%) обладают низкой прочностью, поэтому их в технике используют редко (кроме Сu и Аl в электротехнике)...
Легированные стали
1.4 Дефекты легированных сталей
Кроме дефектов, характерных для углеродистых сталей, в легированных сталях проявляются и специфические дефекты: дендритная ликвация, флокены и отпускная хрупкость II рода. Дендритная ликвация...
Легированные стали
1.5 Структура легированных сталей в нормализованном состоянии
Легированные стали в зависимости от структуры, получаемой после нагрева до 900°С и охлаждения на воздухе (т.е. после нормализации), подразделяются на пять классов; 1. перлитный; 2. мартенситный; 3. аустенитный; 4. ферритный; 5. карбидный...
Металлургические процессы при сварке низкоуглеродистых, низколегированных и высоколегированных сталей
1.1 Состав и свойства сталей
Стали этих групп относятся к хорошо сваривающимся практически всеми видами сварки, сталям. Основные требования при их сварке - обеспечение равнопрочности сварного соединения основному металлу, отсутствие дефектов...
Повышение служебных свойств трубной стали контролируемой прокаткой
4. Служебные свойства трубных сталей и способы их повышения
Трубные стали - стали с определенным химическим составом и определенными служебными свойствами. Как известно...
Сравнительная характеристика свойств чугуна, стали и пластмассы
3.1 Классификация легированных сталей
Рис. 13. Легированная сталь Легированные стали классифицируют по структуре в равновесном состоянии, по структуре после охлаждения на воздухе, по равновесной структуре стали делятся на: доэвтпектоидные с избыточном ферритом в структуре...
Технологические основы сварки плавлением и давлением
1.1 Механические свойства и химический состав сталей
...
Технология изготовления кронштейна навески оборудования
1. Общая характеристика легированных конструкционных сталей
...
Технология конструкционных материалов и материаловедение
Раздел 2. Основные классы конструкционных легированных сталей. Общая характеристика, примеры, применение. Инструментальные легированные стали
Конструкционная легированная сталь Конструкционная сталь, общее название группы сталей, предназначенных для изготовления строительных конструкций и деталей машин или механизмов...
Технология сварки различных сталей
Сварка легированных сталей
Свариваемость таких сталей зависит от содержания углерода и легирующих компонентов и ухудшается с ростом содержания углерода и легирующих компонентов. Стали кремне-марганцевой группы 15ГС...
Технология сварочного производства
5.2 Сварка углеродистых и легированных сталей
Низкоуглеродистые и низколегированные стали обладают хорошей свариваемостью и свариваются всеми способами без особых трудностей. Углеродистые и легированные стали с содержанием углерода более 0,3% (например, 45, 30ХГСА, 40ХНМА и др...
Хромистые стали
3. Состав, свойства и обработка конструкционных хромистых сталей
...
Хромоникелевые стали Х18Н9
Коррозионные свойства хромоникелевых сталей
Наряду с высокими механическими и технологическими свойствами в хромоникелевых сталях может возникать склонность к межкристаллитной коррозии, в особенности после медленного охлаждения или длительного нагрева стали...
prod.bobrodobro.ru
