Перлитные типы стали и их применение

Перлитный вид стали является разновидностью жаропрочных металлов. Относится к низко- и среднелегированному классу и применяется в качестве конструкционной или инструментальной стали. Этот тип удобно обрабатывать после отжига или проката на любом оборудовании.

Поскольку перлитные виды стали используются достаточно широко, потребителям важно знать, что они собой представляют, каких бывают марок. Также следует разобраться, как влияет перлит на функции стали и ее структуру. Не менее важный нюанс – сферы применения.

Описание перлитной стали

Низколегированные виды перлитной стали относятся к жаропрочным. Легирующие добавки хрома и молибдена позволяют повысить температуру эксплуатации изделий из перлитной стали при температуре в диапазоне +450…+550 °С, а добавление ванадия повышает этот показатель до +600 °С.

Жаропрочные типы перлитной стали, благодаря внесению в их состав хрома, не только приобретают устойчивость к воздействию высокой температуры, но и значительно повышают свою коррозионную стойкость. Дополнительным плюсом легирования сплавов молибденом становится повышение их прочности в условиях воздействия экстремальной температуры.

Ванадий также используют в качестве легирующей добавки. При его соединении с атомами углерода и образовании высокодисперсных карбидов прочность металла повышается.

Для оптимизации физических характеристик стального сплава производят нормализацию, а также закалку с последующим температурным отпуском. Результатом такой обработки становится получение феррито-перлитных видов стали с дисперсной карбидной структурой.

Перлитные разновидности стали используются в производстве:

• шестерен, втулок крестовин, цилиндров и многих других деталей, работа которых связана с воздействием высокой температуры (до +500 °С);
• звеньев трубопроводных магистралей, паронагревательного оборудования, коллекторов и прочих деталей и узлов, эксплуатируемых под воздействием высокой температуры и давления;
• узлов и деталей оборудования, работающих при температурах от +585 °С;

Для того чтобы сталь перлитного класса приобрела в полной мере свои высокие эксплуатационные качества, ее необходимо подвергнуть закалке в масле. После закаливания металл нужно отпустить, соблюдая соответствующие параметры. Такая обработка дает возможность добиться максимальных показателей по прочности, износостойкости и твердости.

Производство перлитной стали

Выработка разных типов перлитной стали представляет собой интересный и сложный процесс. Формирование перлитов в структуре легированной стали достаточно проблематично, даже если соблюдены все параметры термической обработки. Поскольку в процесс вовлечены все присутствующие в составе сплава добавки, это затрудняет получение эвтектоидной структуры.

Распределение легирующих элементов в зонах с разной структурой не всегда бывает равномерным. Особенно нежелателен в этом отношении избыток такой добавки, как хром. В то же время добавление в сплав легирующих добавок необходимо для улучшения физико-химических характеристик металла. Включение никеля положительно сказывается на свариваемости, а введение титана позволяет повысить не только плотность, но и эластичность.

Отжиг включает в себя:

• нагрев с выходом на точку отжига, который может быть полным или неполным;
• выдержку для равномерного прогревания;
• медленное остывание металла после достижения фазового перехода.

Время каждого из этапов определяется, исходя из требований к конкретному процессу выплавки.

Характеристики и маркировка

Структуру перлитной стали, как правило, классифицируют по трем количественным параметрам:

1. Процентному содержанию ферритов и перлитов.
2. Величине межпластиночных интервалов в структуре сплава.
3. Размеру сгущений перлита.

На величину этих показателей влияет температурный режим. Полное формирование перлитных структур в результате постепенного охлаждения сплавов с содержанием углерода от 0,2 до 0,8 % требует соблюдения определенных условий.

При содержании углерода в концентрации менее 0,6 % получается вырожденный перлит, имеющий низкую текучесть при высокой пластичности и большой коэффициент линейного растяжения.

Для углеродистых видов перлитной стали, которые содержат углерод в концентрации, превышающей 0,6 %, характерно наличие нормальных пластинок цементита, обуславливающих высокую текучесть. Все эти сорта, как правило, не имеют специальной маркировки.

Классификация видов перлитной стали

Существует множество классификаций сплавов перлитного класса. Принадлежность к тому или иному виду зависит от ряда параметров. Сталь разделяют на группы по составу, химическим или механическим свойствам. Кроме того, в основе систематизации может лежать область их применения.

По качеству сплава эти виды стали делят на три основных категории:

• обыкновенные;
• качественные;
• высококачественные.

Также, описывая тот или иной сплав, упоминают способ его получения. Перлитная сталь может быть:

• мартеновской;
• бессемеровской;
• тигельной;
• полученной в кислородном конвертере;
• вырабатываемой в электрической печи.

По области применения сталь может быть:

• инструментальной;
• конструкционной;
• специальной;
• штамповочной;
• жаропрочной;
• строительной.

При маркировке легированных сортов первым делом указывают их углеродистость. Далее буквами обозначают содержащиеся в сплаве легирующие добавки, если процентное содержание превышает полтора процента (в противном случае их не указывают). Такая маркировка необходима из-за того, что у углеродистых и высоколегированных видов стали разные области применения и заменить одну другой нельзя.

Перлитные типы стали, содержащие вторичный цементит и ледебурит, практически идентичны с доэвтектическим чугуном.

Конструкционные группы стали, имеющие предел текучести более 360 МПа, маркируют буквами М или W 03.

Также в основе классификации часто лежит свариваемость:

• М02 – низколегированные перлитные типы стали с добавлением хрома и молибдена;
• М01 – перлитные виды стали с пределом текучести менее 360 МПа;
• М04 – перлитные типы стали с высоким содержанием хрома.

Также перлитные виды стали разделяют по их углеродистости. Так, эвтектоидные содержат строго 0,8 % углерода. Меньшее процентное содержание этого элемента позволяет отнести сплавы к доэвтектоидным, а большее – к заэвтектоидным. Для стали эвтектоидной группы характерно содержание пластинчатого или зернистого перлита. Доэвтектоидные содержат феррито-перлитную комбинацию, а заэвтектоидные – перлито-цементитную.

Сфера применения перлитной стали

Использование перлитных сплавов для изготовления тех или иных деталей или конструкций определяется ее свойствами. Например, из жаропрочных и жаростойких марок выполняют:

• котельное оборудование;
• турбины;
• компрессоры;
• печи;
• паропроводы;
• запорную арматуру.

Наиболее распространенные стали перлитного класса:

• 15Х – идет на изготовление втулок, шестерен, валиков и толкателей.
• 40ХГ – используется при изготовлении штоков, метизов и шпилек.
• 16Г2АФ – конструкционная сталь, идет на металлические фермы.
• 35ГС – часто служит материалом для арматуры, имеющей периодический профиль.

Перлитные типы стали изначально хорошо поддаются механической обработке. Такой металл без проблем режется, поддается штамповке и хорошо сваривается, что делает его одним из наиболее часто применяемых.

Сварка перлитной стали

Сваривание перлитных сталей обычно производится методами, которые применимы ко всем низко- и среднелегированным металлам. При использовании ручной электрической дуговой сварки лучше всего в этом случае подойдет применение электродов с фтористо-кальциевым покрытием, что обеспечивает защиту сварного шва от образования кристаллизации и микротрещин в околошовном металле. Такое соединение будет обладать хорошими прочностными характеристиками.

Для сваривания деталей из стали перлитного класса оптимально подходят температурные режимы, которые применимы ко всем металлам с высоким процентным содержанием легирующих компонентов.

В целом, перлитные стальные сплавы широко применяются для изготовления деталей и узлов различных конструкций и механизмов благодаря высокой прочности в сочетании с хорошей пластичностью, однако их применение в производстве жаропрочных изделий ограничено.