Стали для толстых листов, легированные никелем, молибденом и ванадием

В течение долгого времени почти единственным материалом для судовой брони служила цементуемая сталь с содержанием углерода 0,2—0,4%. никеля от 3 до 5% и хромоникелевая со средним содержанием никеля около 3,5% и хрома 1,5%.

Непрерывное повышение требований к свойствам листов из специальных сталей привело к применению сталей с добавкой грех и четырех легирующих элементов, что, в свою очередь, по­требовало специальных методов термической обработки.

Благодаря глубокой и равномерной закалке хромоникелевые и хромоникелемолибденовые стали особенно пригодны для изго­товления массивных изделий.

Хромоникелевая сталь обладает низкой теплопроводностью поэтому нагрев этой стали перед горячей обработкой давлением должен быть медленным.

Прокатка этих сталей в обычном интервале температур (1150—850°) в части деформаций затруднений не представляет. Значительные трудности при прокатке возникают при очистке поверхности от окалины, которая обладает чрезвычайной пла­стичностью и липучестью и с трудом отделяется от листа.

Характер термообработки хромоникелевых сталей опреде­ляется химическим составом металла. Эта сталь становится хрупкой, если медленно ее охлаждать после следующего за за­калкой отпуска (отпускная хрупкость), особенно при отпуске на температуру ниже 560°, когда вязкость стали резко падает. Поэтому после отпуска сталь должна охлаждаться быстро.

Введение в сталь молибдена сообщает ей ряд особых свойств. Стали, содержащие молибден, допускают при нагреве до темпе­ратуры закалки перегрев без ухудшения свойств. Это особенно важно для цементуемых сталей, так как изделия при цемента­ции находятся длительное время при очень высокой температуре. Введение молибдена в хромоникелевую сталь делает ее менее восприимчивой к отпускной хрупкости. У этих сталей падение значений вь и с повышением температуры отпуска происходит не так быстро, как у других сталей. Кроме того, молибден сооб­щает стали хорошую обрабатываемость резцом после отжига и медленного охлаждения.

Высокое качество сталей с добавкой   молибдена позволяет использовать их также в котлостроении.

Строительство мощных котлов, рассчитанных на высокое дав ление и высокую температуру пара, потребовало сталей с высо­кой устойчивостью против деформации при повышенных темпе­ратурах. Удовлетворяющие этому требованию стали в большин­стве случаев содержат молибден 1, который, согласно современ­ным представлениям, повышает жароустойчивость перлитных сталей при повышенных температурах. Так, высококачествен­ным котельным материалом являются стали с содержанием углепода D° 0,3 и молибдена 0,2—0,3% или стали с содержанием до 0,2% С; 0,8—1,0% Сr и до 0,5% Мo.

Исследованиями установлено положительное влияние на ме­ханические свойства малоуглеродистых сталей небольших совме­стных присадок молибдена и ванадия.

Предел текучести при длительных испытаниях у молибдено­вых и ванадиевых сталей оказался в два раза больше, чем у обычного мягкого углеродистого металла.

Хромомолибденовые стали с содержанием около 3,0% Сr; 0,3% М° и 0,1% V применяются в крекинговых и других уста­новках, где процессы идут при высоких температурах и значи­тельных давлениях.

Как и молибден, ванадий повышает теплостойкость стали; это выражается в том, что предел текучести и упругости при по­вышении температуры до 500° снижается лишь незначительно. Сталь с 0,15% С и 0,2% V имеет при 500° предел текучести 18 кг/мм'2 против 9—10 кг/мм2 для простой углеродистой стали. При высоких температурах и наличии в стали напряжений происходят изменения структуры и свойств, сопровождающиеся значительным понижением прочности металла.

При длительной работе при высоких температурах в котель­ных сталях весьма часто наблюдается процесс сфероидизации перлита, т. е. переход его из пластинчатого состояния в глобу­лярное. Металл с такой структурой имеет пониженные прочност­ные характеристики и Сопротивление сфероидизированной стали «ползучести» понижается.

Предварительный наклеп металла в холодном состоянии и последующая служба стали при высоких температурах могут в зависимости от рабочей температуры сопровождаться двумя явлениями:

  • при перегревах до 600—700° наблюдается укруп­нение зерен феррита (рекристаллизация), причем очень часто вследствие неполного завершения этого процесса величина зерен получается резко неодинаковой; такая сталь обладает понижен­ными статическими механическими свойствами и значительно сниженной ударной вязкостью;
  • при работе металла после предварительного наклепа при температурах около 250—400° по­лучает развитие старение металла, сопровождающееся повыше­нием прочностных характеристик (ab и as) и понижением пла­стических свойств (6ю), особенно ударной вязкости (ак).

В сталях, длительно работающих при температурах около 500°, на ряде установок, обнаружена графитизация (выпадение графита), особенно в зонах сварных швов, а также в местах предварительно подвергнутых вытяжке, при относительно низких температурах. Обычно графитизации предшествует процесс сфе-роидизации.

Процесс графитизации значительно    понижает надежность работы оборудования и может привести к серьезным авариям как это, например, имело место на электростанции Спрингдейв (США).

Хромованадиевые стали (например, сталь состава 0,25% С; 0,9% Сг; 0,2% V), а также хромой и келевые стали показывали при испытании следующие характеристики (табл. 48) механиче­ских свойств после термической обработки.

2

Конструкционных сталей различного химического состава, удовлетворяющих высоким требованиям по механическим и тех­нологическим свойствам, имеется очень много. Выбор марки стали производится в соответствии с назначением изготовляемого из нее изделия.

Технология и термическая обработка легированной стали вы­бираются с расчетом получения стали заданных механических свойств. Так, тяжелая танковая броня толщиной 60 мм катается а США за 21 пропуск из слитков 375 X 1050 мм. Темпера­тура колодцев при посадке слитков регламентируется в зависи­мости от времени, прошедшего от момента разливки. Если это время менее 3 час, то максимальная температура колодца при посадке слитков равна 930°; при 5 час.— 770°; при 8 час.— 550°; более 8 час.— менее 540°; при холодных слитках — менее 430°. Слитки выдерживают в колодцах при указанных темпе­ратурах полчаса, и только после этого приступают к нагреву ме­талла до температуры прокатки со скоростью не выше 55 град/час. Минимальная продолжительность нагрева 4,5 часа.

Слитки прокатываются на двухклетьевом стане; первая клеть дуо, вторая — кварто. Листы правятся в горячем состоянии на правильном станке. Обрезка от головного конца составляет минимум 20%, от хвостовой части—3% по длине.

Для умягчения броневые листы отжигаются в печи с выдвиж­ным подом в течение одних суток при 900°. Листы укладываются стопами с прокладками из заготовки или рельсов между отдель­ными листами; на охлаждение они выдаются при температуре 430-540°.

Обрезанные огнем броневые листы сажаются в закалочную печь. После нагрева подвижную платформу выдвигают и лис­ты по одному закаливают в баке с проточной водой (размеры бака: глубина 3 м, ширина 3 ж и длина 9 м).

После закалки шести листов выдвижной под закатывается обратно в печь для подогрева остальных листов. Листы, охлаж­денные в воде до температуры около 260°, подвергаются отпуску при 620°. После отпуска листы переносятся в томильный колодец с температурой 480° для сообщения им равномерного нагрева и далее правятся при этой температуре под прессом.

Низколегированная броня с 0,25—0,30% С и небольшими добавками марганца, хрома и молибдена после закалки подвер­гается отпуску, в зависимости от толщины, в пределах 480—620° и для предупреждения отпускной хрупкости — быстрому охлаж­дению после этого струйной замочкой и последующей или одно­временной правке под прессом.

Часть брони изготовляется из цементованных с одной сто­роны листов, складываемых лицевыми сторонами в пакет и в таком виде подвергаемых закалке в масле и отпуску. Извлечен­ный из печи для отпуска, пакет разделяется, и листы подверга­ются правке в одиночку.

Правленая броня должна иметь отклонения (коробоватость) не выше 2.5 мм на длине 5 м. После правки от брони отрезаются, пробы для испытания на твердость и излом.

AllSteel