1.4. Классификация и маркировка сталей
1.4.3. Легированные стали
66
Молибден (Mo) – эффективно повышает прочность стали при высоких температурах и вводится в стали обычно совместно с хромом, который по- вышает стойкость карбидов, препятствуя графитизации стали в процессе длительной эксплуатации. Молибден вводят в состав некоторых аустенитных сталей для повышения коррозионной стойкости. Окалиностойкость молибден не повышает. Содержание молибдена в пределах от 0,15% до 1,2%.
Хром (Cr) вводится в низколегированные стали для повышения устой- чивости карбидов и для улучшения окалиностойкости. Хром недорог и неде- фицитен (от 0,5% до 2,5%).
Никель (Ni) – дорогой и дефицитный легирующий элемент вводится в аустенитные жаропрочные стали в количестве не менее 9% для получения аустенитной структуры. Вместе с никелем вводится хром. Никель повышает коррозионную стойкость аустенитных сталей. В перлитную сталь идущую на изготовление барабанов, вводится никель в количестве около 1% для повы- шения предела текучести и улучшению сопротивления хрупкому разруше- нию.
Ванадий (W) способствует повышению прочности в условиях длитель- ной эксплуатации при высоких температурах. Ванадий измельчает зерно ста- ли и образует очень устойчивые карбиды. Присадка ванадия в количестве 0,2-0,4%
Алюминий (Al) в конструкционных сталях применяют как раскисли- тель; уменьшает склонность к росту зерна аустенита; в высоколегированных сталях и сплавах используют для увеличения жаростойкости (окалиностой- кость).
Кремний (Si) в количестве 0,4 % остается в стали после раскисления (технологическая примесь), при большем содержании – легирующий эле- мент; повышает прочностные и снижает пластические свойства, увеличивает жаростойкость (окалиностойкость)стали.
Марганец (Mn) в количестве до 0,8 % остается в стали после раскисле- ния и уменьшения вредного влияния серы (технологическая примесь), при большем содержании – легирующий элемент; способствует стабилизации аустенитной структуры, увеличивает прочность и прокаливаемость стали;
снижение пластичности стали наблюдается при содержании марганца более 1,5 %. В высоколегированных жаропрочных сталях марганец применяют для частичной замены дефицитного никеля.
Введение в стали совместно кремния и марганца повышаю хладостой- кость сталей, кремнемарганцовистые стали часто называют хладостойкими.
Бор (B) вводится в саль в небольшом количестве (0,002-0,005%) для повышения прочности при высоких температурах. Присадка бора улучшает свариваемость сталей.
Титан и ниобий (Ni, Nb) в малоуглеродистых сталях снижают склон- ность к охрупчиванию из-за образования мартенсита, так как связывают с уг-
леродом труднорастворимые карбиды, тем самым, понижая содержание уг- лерода в аустените.
Вольфрам (V) вводится в аустенитные стали для повышения жаро- прочности. Он дорог и дефицитен.
Медь (Cu) в количестве 0,15-0,25 % повышает сопротивление стали ат- мосферной коррозии; при содержании 1,5-2 % несколько повышает твер- дость и прочность отожженной стали.
Классификация легированных сталей. Легированные стали классифи- цируют по нескольким признакам: по химическому составу, содержанию ле- гирующих элементов, структуре и назначению.
По химическому составу в зависимости от общего количества легиру- ющих элементов стали подразделяют на никелевые, хромистые, хромонике- левые, хромомолибденовые, кремнемарганцовистые, хроммолибденванадие- вые и т.д.
В зависимости от содержания легирующих элементов легированные стали делятся на три группы:
низколегированные (менее 2,5%);
среднелегированные (от 2,5 до 10%);
высоколегированные (более 10%).
Классификация по микроструктуре несколько условна. Характерные для конкретного класса структуры получаются в результате различных ре- жимов термической обработки: ферритные, перлитные, мартенситные и аустенитные.
Стали ферритного класса содержат мало углерода, свыше 13% хрома или более 2,5% кремния, применяются как коррозионностойкие или инстру- ментальные.
Стали перлитного класса наиболее распространены. Структура сталей этого класса после нормализации или отжига состоит из феррита и перлита или перлита и карбидов. Такие стали содержат мало легирующих примесей.
Все они относятся к низко- и среднелегированным сталям, обладают хоро- шей обрабатываемостью режущим инструментом. Многие стали перлитного класса, содержащие 0,15-0,20% углерода, хорошо свариваются.
Стали мартенситного класса закаливаются на мартенсит при охлажде- нии на воздухе и относятся в основном к среднелегированным сталям. Эта сталь обычно легирована большим количеством различных элементов (хром, никель и др.). Массовая доля углерода в этих сталях повышенная. Стали наиболее широко применяются для изготовления пружин, крепежа.
Стали аустенитного легированы большим количеством (до 30%) леги- рующих элементов (никель, хром, марганец и др.). Содержание углерода ко- леблется в широких пределах. Их применяют для изготовления поверхностей теплообмена парогенераторов, регенеративных подогревателей, паропере- гревателей котлов, паропроводов, арматуры на сверхвысокие и сверхкрити- ческие параметры пара, а также для плакировки корпусов реакторов ВВЭР.
68
По назначению легированные стали могут быть разделены на три ос- новных класса:
конструкционные;
инструментальные;
стали с особыми свойствами.
Каждый из этих классов подразделяется на подклассы более узкого назначения.
Маркировка легированных сталей. Для маркировки легированных ста- лей принята буквенно-цифровая система. Каждый легирующий элемент обо- значается прописной русской буквой: марганец – Г, кремний – С, хром – Х, никель – Н, молибден – М, вольфрам – В, ванадий – Ф, титан – Т, алюминий – Ю, мель – Д, ниобий– Б, кобальт – К, бор – Р, фосфар – П, цирконий –Ц.
Легирующий элемент обычно обозначают первой буквой его названия, но это не всегда соблюдается. Например, молибден, марганец и медь начи- наются на букву М. Поэтому молибден обозначается буквой М, а два осталь- ных буквами, входящими в их название: медь – Д, марганец – Г.
Цифры, стоящие за буквами примерное содержание легирующих эле- ментов в %. Если менее 1%, то цифра не стравится. При содержании от1% до 2% ставится цифра 1.
Двузначное число вначале марки – среднее содержание углерода в со- тых долях %. При содержании углерода менее 0,8% ставится цифра 0,8.
Некоторые группы сталей содержат дополнительные обозначения:
марки шарикоподшипниковых сталей начинаются с буквы Ш, быстрорежу- щих – Р, электротехнических – Э, автоматных – А, сталей для постоянных магнитов – Е.
Для повышения качества и улучшения механических свойств некото- рые марки сталей подвергают вторичному переплаву. В маркировке стали вводится указание вида вторичного переплава следующей аббревиатурой по- сле буквенных и цифровых обозначений: переплав в вакуумных дуговых пе- чах – (ВДП) ВД; плазменная выплавка – ПТ, электрошлаковый переплав – Ш; электронно-лучевой переплав – ЭЛП; плазменно-дуговой переплав – ПДП; обычная дуговая плавка – ОДП. Качественные легированные стали со- держат не более 0,035% серы и 0,035% фосфора, а высококачественные не более 0,025% серы и 0,025% фосфора.
Буква Р также используется для обозначения стали роторов турбин, например сталь 25Х1М1ФА иногда обозначают Р2 или Р2МА.
Буква А в середине марки стали означает, что сталь легирована азотом (14Г1АФ), а в конце марки низко- и среднелегированных сталей означает, что сталь является высококачественной, т.е. с меньшим содержанием вред- ных примесей (12Х1М1ФА).
Буква У в конце марки низколегированных сталей обозначает, что сталь улучшенная, т.е. прошла термообработку – нормализацию или отпуск (17Г1СУ).
По-другому могут быть обозначены некоторые опытные и исследова- тельские стали. Так стали выплавленные на заводе «Электросталь» обозна- чаются буквами ЭИ (электросталь исследовательская), ЭП (электросталь пробная), а затем указывается порядковый номер, например, ЭИ257 (12Х14Н14В2М), ЭИ268 (14Х17Н2), ЭП182 (20Х1М1Ф1ПТ).
Основные характеристики и область применения некоторых марок перлитного класса приведены в табл. 1.11.
Таблица 1.11. Основные характеристики и область применения некоторых марок перлитного класса
Марка стали Термиче- ская обработка
Траб,
°С в, МПа
0,2, МПа
,
%
,
%
KCU, кДж/м
2
Ткр,
°С Примене- ние 22К Нормали-
зация (900°С) +
отпуск (660°С)
20 350 500
430- 520 350 290
215- 300 185- 210 200
21 18 19
45- 50 45 60
600- 850
≤+40
÷–50 – –
Сосуды давления,
корпуса ВВЭР ма- лой и сред-
ней мощ- ности, кор-
пуса паро- генерато- ров, ком- пенсаторов
объема, емкостей САОЗ и др.
вспомога- тельного оборудова-
ния 16ХМ Нормали-
зация (900- 920°С) + отпуск
(630- 650°С)
20 400 500
460- 540 500 450
290- 350 250 270
21- 25 23 20
55- 67 69 75
1200- 2700 1600
– Трубы пе- регревате- лей, паро- перегрева-
телей коллекто- ров, флан-
цы для длительной
работы (до 500°С) 12Х1МФ Нормали-
зация или закалка
(950- 980°С) +
отпуск (720–
760°С)
20 520 580
520 440 300
330 320 210
25 22 25
67 75 66
150 110 –
– Трубы па- роперегре-
вателей, трубопро- воды высо-
кого и сверхвысо- кого давле-
70 ния для длительной
службы (до585°) 12Х2МФБ Закалка
(1060- 1080°С) +
отпуск (840- 860°С)
20 550 580 620
507 355 320 275
302 230 22 0200
36 31 33 34
78 78 81 85
1400 1790
– –
– Трубы ко- тельных установок,
паропере- греватели, паропрово-
ды для длительной
работы (до 570°С) 15Х2МФА Закалка
(920°С ) + высокий отпуск + (650°С)
20 350
570 495
490 410
15- 23 14
55- 75 71
2100 2600
≤–
10÷+5
Корпусные сваривае-
мые кон- струкции, обечайки, днище кор- пуса ВВЭР мощностью до 440 МВт 25Х3МФА Закалка +
высокий отпуск
20 350
750- 950 660
630 600
16 16
70 65
1600- 2300
- Не свари- ваемые де-
тали кор- пуса (фланцы, крепеж и др.) ВВЭР 10ХСНД Закалка +
отпуск
20 350
395- 550
530 350
16 19
- ≥490 800- 1800
–10 Металло- конструк- ции кипя- щих ка- нальных реакторов 10ХН1М Закалка
(890-920°) + отпуск
(680- 700°С)
20 350
550 450
450 360
16 15
- - ≤ –
10÷+1 0
-
Сосуды высокого давления ВВЭР, ме- таллокон- струкции кипящих реакторов 10ХН2М Закалка
(920°) + отпуск
(680- 660°С)
20 350
530 500
400 500
– – ≥800 1500- 2600
≤ – 20÷0
Сваривае- мые детали
обечайки корпуса реактора
15Х2НМФА (15Х2НМФ
АА)
Закалка (920°С) +
+ отпуск (650°С)
20 350
560- 620 500- 550
450- 550 400- 450
15- 20 18
55 48- 50
≥400–
600 1500- 2900
≤–
10÷0
Массивные узлы дета- лей корпу- сов ВВЭР,
фланцы, обечайки 15Х3НМФА
(15Х3НМФ АА)
Закалка (920°С) +
+ отпуск (645°С)
20 350
600- 750 500
500 450
14 12
60 50
≥600 1500- 2900
≤–10 Массивные узлы дета- лей корпу- сов ВВЭР,
фланцы, обечайки
Тема 1.5. Перлитные стали для корпусов водо-водяных энерге-