Сталь марки 40Х10С2М (ЭИ107)
Сталь марки 100Х13М (ЭИ515)
Сталь марки 95-110Х18 (ЭИ229)
Подшипниковая сталь мартенситного класса. Назначение: кольца, шарики и ролики подшипников высокой твёрдости для нефтяного оборудования, втулки оси, стержни и другие детали, к которым предъявляются требования высокой прочности и износостойкости работающих при температуре до 500°С или подвергающиеся действию умеренных агрессивных сред (морской и речной воды, щелочных растворов, азотной и уксусной кислоты и др.). По отношению к сварке сталь является трудносвариеваемой. Склонность к отпускной хрупкости низкая, проявляется только при температурах отпуска 450-600°С.
Химический состав стали 95Х18(ЭИ229) по ГОСТ 5632-72 "Стали высококачественные и сплавы коррозионностойкие, жаростойкие и жаропрочные" должен соответствовать следующим требованиям, табл.1
Таблица 1 - Химический состав стали марки 95Х18 (ЭИ229), % (ГОСТ 5632-72)
| C |
Si |
Mn |
Cr |
P |
S |
Mo |
Ti |
Cu |
Fe |
| 0,90 |
н.б. |
н.б. |
17,0 |
н.б. |
н.б. |
- |
н.б. |
н.б. |
основа |
| -1,0 |
0,8 |
0,8 |
-19,0 |
0,030 |
0,025 |
0,3 |
0,3 |
Температура начала деформации, в данном случае ковки - 1180°С, конца - 850°С. Термическая обработка после горячей деформации - отжиг с перекристаллизацией. Твёрдость после отжига 212-217 НВ. Для исключения трещин нагрев под закалку состоит из двух стадий: подогрева до 800-850°С, и непосредственного нагрева под закалку до 1050-1060°С, последующей выдержкой 6 мин для деталей толщиной до 3 мм, 7-10 мин для деталей 6-8 мм. Режим охлаждения предполагает воздух или масло. После отпуска при температуре 140-150°С и выдержке 2-3 часа твердость должна быть не ниже 56 ед. HRCэ.
После закалки, количество остаточного аустенита в состоянии может достигать 34 %. Обработка холодом (-70°С, 1 час) приводит к снижению остаточного аустенита до 9%. Ударная вязкость (КСИ) после закалки, обработки холодом и низкого отпуска - менее 1,0 Дж/см2 (0,31; 0,38; 0,48).
Твёрдость после закалки с 1050°С, обработки холодом и низкого отпуска при температурах 100, 150 и 200 градусов имеет значения соответственно 60-61, 59-61, 57-59 ед. HRCэ.
Выбор марки определяется требованием твёрдости и толщины рабочей кромки. При необходимости получения твёрдости 58-62 ед. HRCэ в инструментах (изделиях), без обработки холодом, с толщиной рабочей кромки более 0,1-0,2 мм, применяют сталь марки 110Х18М, имеющей избыточные карбиды. Сталь с содержанием углерода 1,0-1,2% необходимо легировать молибденом в количестве 0,5-0,8%. Он замещает часть хрома в карбиде М23С6, что позволяет увеличить концентрацию хрома в растворе и повысить стойкость против коррозии. Кроме того, молибден вызывает дисперсионное твердение при отпуске и способствует повышению вторичной твёрдости и теплостойкости. Выделяющийся карбид более богат молибденом и этот процесс не сопровождается сильным уменьшением концентрации хрома в ?-фазе. Кроме того, сталь 110Х18М сохраняет высокую твёрдость после отпуска при 150°С и при 350-400°С, а следовательно после шлифования и заточки.
Улучить свойства и служебные характеристики последней стали можно за счёт реализации дополнительных рафинирующих переплавов - электрошлакового (ЭШП) и вакуумно-дугового (ВДП), с соответствующей маркировкой: 110Х18М-Ш и 110Х18М-ШД.
Электрошлаковый процесс, мало изменяя содержание газов, снижает концентрацию серы, а также способствует некоторому уменьшению размеров карбидов и более равномерному их распределению (примерно на 1 балл) из-за большой скорости охлаждения. Кроме того, ЭШП за счёт изменения условий охлаждения (в кристаллизаторе) уменьшаются пористость и рыхлость. Плотность отожжённой стали 110Х18М после ЭШП, возрастает с 7,8131 до 7,8222 г/ см3 . Также, в результате ЭШП, имеет место глубокое рафинирование стали от неметаллических включений, являющихся концентраторами напряжений, а следовательно, причиной разрушения изделий.
Вакуумно-дуговой процесс напротив позволяет, осуществить глубокое рафинирование стали от газов и цветных примесей, сохраняя направленную кристаллизацию.
Совместно, два эти процесса (ЭШП и ВДП) позволяют, повысить горячую пластичность, особенно в поперечном направлении, увеличить прочность и вязкость на 5-10% в состоянии высокой твёрдости 60-67 ед. HRCэ.
Сталь 110Х18М и тем более 110Х18М-ШД, является дорогостоящим и трудоёмким в обработке материалом, но клинки, сделанные из этого материала, являются по-настоящему превосходными.
К сожалению, применительно к последней группе сталей, очень велик разброс качества исходного металла. Как и любая, высоко легированная сталь со сложным технологическим процессом изготовления предполагает строгую технологическую дисциплину и требует особых режимов термообработки.
В заключении, каковы же цены на рассмотренные стали? На второе полугодие 2005 год средние цены на круг 17-20 мм следующие: 40Х10С2М(ЭИ107) - 50 тыс.руб, 100Х13М(ЭИ515) - 100 тыс.руб, 110Х18М-ШД - 180 тыс.руб. Сегодня на рынке действует закон - соотношение цены и качества, а главное есть возможность выбора.
Доктор технических наук, профессор кафедры общая металлургия
Южно-Уральского государственного университета
Илья Валерьевич Чуманов
|
