Высокопрочные стали: свойства и марки

Высокопрочные стали применяют при изготовлении ответственных изделий и деталей – в частности, частей авиационных двигателей. Источник unsplash.com

Сталь служит сырьем для производства стального металлопроката, который применяется в разных отраслях. Ориентируясь на спрос и потребности покупателей, металлургические предприятия выпускают стальные сплавы, особое место среди которых занимают высокопрочные стали.

В статье расскажем, какие бывают виды высокопрочной стали, где они используются и какая маркировка к ним применяется.

Какая сталь считается высокопрочной

В нашей стране к этой группе относят марки стали, изделия из которых в состоянии выдерживать нагрузку от 1800 МПа и выше в течение продолжительного времени без разрушения или деформации.

Также к различным видам высокопрочной стали предъявляются и другие требования: в частности, такие материалы должны обладать устойчивостью к хрупкому разрушению, иметь соответствующий уровень вязкости и пластичности.

Достижение нужных физических свойств обеспечивается за счет тщательного подбора состава для каждого вида высокопрочной стали и соответствующей термической обработки. Четкое соблюдение металлургами всех технологических норм гарантирует получение качественного продукта.

Производство и разновидности высокопрочных сталей

В состав большинства разновидностей стали входят в различных пропорциях два основных компонента — железо и углерод. Так, для производства высокопрочных марок обычно выбирают сталь со средней степенью легирования и содержанием углерода в диапазоне от 0,25 до 0,4 %.

Стали с таким содержанием углерода высокопрочные, но хрупкие и ломкие, поэтому для того, чтобы увеличить их показатели пластичности и вязкости, металлурги при производстве высокопрочной стали используют различные добавки — никель, молибден, хром, медь, кобальт и другие. Для получения требуемых физических свойств такие материалы подвергаются термической обработке.

В соответствии с химическим составом, характером термической обработки и физическими характеристиками различают три основных разновидности высокопрочных сталей:

• Среднеуглеродистые комплексно-легированные (марки 30ХГСН2А, 40ХГСНЗВА и другие) — при их производстве металл подвергают закалке с последующим отпуском, что придает материалу высокие параметры надежности и прочности. Также эти качества повышаются за счет добавления никеля, вольфрама, молибдена и ванадия в различных пропорциях для разных марок.
• Мартенситно-стареющие (марки 03Н18К9М5Т, 03Н12К15М10 и другие) — безуглеродные сплавы, состоящие из железа и никеля с легирующими добавками, в качестве которых могут использоваться алюминий, титан или хром. Такие материалы имеют высокую прочность порядка 2000 МПа, а за счет используемых добавок обладают и хорошей пластичностью — отлично режутся и свариваются.
• Метастабильные аустенитные (марки 25Н25М4Г1, 30Х9Н8М4Г2С2 и другие) — при производстве материалов этой группы термическое воздействие сочетается с пластической деформацией. В качестве легирующих элементов используются никель, молибден, хром и кремний. За счет своего химического состава и технологии обработки эти марки стали приобретают высокую пластичность и стабильную аустенитную структуру.

Стандартизация производства продукции такого типа зависит от формы ее исполнения. Так, выпуск одной из востребованных марок высокопрочной стали 30ХГСА может регламентироваться несколькими разными ГОСТами – в зависимости от того, сортовой это прокат, стальные прутки или полосовой прокат.

Используемая при производстве высокопрочной стали маркировка содержит основные данные о продукте. По ней специалист быстро выберет подходящий вид продукции для определенных задач.

Так, обозначение 30ХГСА говорит о том, что в составе этой стали около 0,3 % углерода, содержится хром (буква Х), марганец (буква Г) и кремний (буква С). Буква А в конце маркировки обозначает, что данная разновидность стали относится к высококачественным.

Применение сталей повышенной прочности

Помимо промышленного применения, высокопрочные стали используют и в быту – например, из них изготавливают качественные кухонные ножи. Источник unsplash.com

Повышенные параметры прочности и износоустойчивости обеспечивают для высокопрочных сталей применение при изготовлении ответственных и высоконагруженных конструкций, деталей и рабочих элементов машин и механизмов.

К примеру, сталь марки 30ХГСА применяется для изготовления сварных конструкций, изделий и деталей машин, эксплуатация которых сопровождается повышенными механическими нагрузками, абразивным воздействием или высокой температурой. В список производимых из этого сплава изделий входят различные оси и валы для машин или механизмов, фланцы, элементы рычажных конструкций, в том числе и для авиационной отрасли.

Мартенситно-стареющие марки высокопрочных сталей (например, 03Н18К8М5Т-ВД, 03Н18М2Т2-ВИ) могут эксплуатироваться при широком диапазоне температур: от –196 до +400 градусов. Также за счет используемых при их производстве добавок сплавы этой группы обладают повышенной химической стойкостью и их применяют для производства изделий, эксплуатируемых в агрессивных средах, например резервуаров высокого давления для химической промышленности.

ГОСТ для высокопрочных сталей предписывает производить их сварку по особой технологии. Для большинства материалов этой группы при сварке требуются подогрев и специальные сварочные материалы, способные формировать сварной шов с повышенной устойчивостью к нагрузкам и деформации. По окончании сварочных работ во многих случаях требуется дополнительная термическая обработка.