Все о перлитных сталях

Потребителям металлов важно выяснить, что это такое — перлитные стали, какие марки к ним относятся. Необходимо разобраться, каково влияние перлита на свойства и структуру стали. Еще один важный нюанс — узнать, где применяют жаропрочные стали.

Сразу стоит указать, что перлитные стали принято относить к слаболегированному и среднелегированному типам. Когда их отожгут или прокатают на специальном оборудовании, можно обрабатывать конструкции самыми разными режущими приспособлениями. С химической точки зрения перлитная сталь традиционно представляет собой смесь железа с углеродом. Перлитом металловеды называют эвтектоидное сочетание феррита и цементита. Эта микроструктура появляется при относительно медленном понижении температуры менее чем до 727 градусов.

Одновременно гамма-железо переходит в другую форму — альфа-железо. Этот процесс сопровождается понижением концентрации углерода. В доэвтектоидной стали содержится довольно много феррита. Дисперсность сплава определяется степенью его переохлаждения в процессе производства.

При этом суммарная доля легирующих компонентов должна достигать максимум 5%. Такие особенности химического состава позволяют добиться отличного результата и получать превосходные сплавы почти любого назначения. Необходимо понимать при этом, что перлит эвтектоидной стали отличается от сорбита и троостита только уровнем дисперсности. Чем она выше, тем тверже и прочнее оказывается образец. Поэтому варьирование этих структур не менее актуально, чем корректировка по углероду.

Кристаллическая решетка сталей меняется несколько раз, при различных температурах — 768, 898, 910 и 1390 градусов. Пластинчатый перлит получается в том случае, если сплав стремительно остужают, и входящий в его состав цементит приобретает форму пластинок на микроуровне. Но если остужать заготовку еще быстрее, вместо этой микроструктуры получатся совершенно другие образования.

Перлитные стали относятся к самым разным категориям сплавов в зависимости от точного состава, химических и физических свойств, области применения. По классам качества выделяют:

• металл обыкновенного качества;
• качественную продукцию;
• высококачественные партии.

По способу производства в основном упоминают такие виды, как:

• мартеновские;
• бессемеровские;
• тигельные;
• получаемые в кислородных конвертерах;
• вырабатываемые в электрических печах.

Выделяют такие категории (марки) сплавов, как:

• инструментальные;
• конструкционные;
• специальные;
• штамповочные;
• жаропрочные;
• строительные стали.

Маркировка легированных сталей иллюстрирует количественное содержание углерода. Дальше буквами показывают содержание легирующих компонентов. Если их доля менее 1,5%, эту концентрацию просто не пишут. Углеродистые сплавы четко отличают от легированных образцов. Они не взаимозаменяемы.

Что касается сплавов конструкционных с пределом текучести свыше 360 МПа, они маркируются как М03 или W03. По свариваемости также выделяют группы:

• М02 (сталь низколегированная, содержание хрома и молибдена);
• М01 (перлитная группа с текучестью до 360 МПа);
• М04 (высокохромистые сплавы).

По вхождению углерода выделяют прежде всего эвтектоидную сталь. В ней содержится точно 0,8% этого элемента; при меньшей концентрации говорят о доэвтектоидной, а при большей — о заэвтектоидной группе. Доэвтектоидный сплав еще относят к феррито-перлитной категории. В эвтектоидном металле встречается пластинчатый либо зернистый перлит. Заэвтектоидная продукция состоит из перлито-цементитной комбинации.

Сталь 45 перлит относят к доэвтектоидной категории. Этот металл необходимо улучшать (к примеру, отжигая его или закаливая). Необходимые качества достигаются только после перевода в аустенитное состояние. То же самое относится и к стали 60 перлит; она предназначена для различных конструкций и содержит относительно много марганца. Иногда применяют и подкаливающиеся перлитные стали, но это уже прерогатива узких специалистов.

Очень интересно выяснить, как все это получают. Выработать перлит в легированной стали трудно даже при отлично поставленной термообработке. Образование эвтектоида усложняется вовлечением в процесс вспомогательных веществ. Порой между различными структурами легирующие компоненты распределяются неравномерно. Добавлять большое количество хрома не рекомендуется. Введение дополнительных компонентов позволяет улучшать характеристики сплава. Так, никель улучшает свариваемость металла. Титан увеличивает не только плотность, но и эластичность материала. Последовательность производства та же, что и у сталей других типов: плавление шихты, кипение ванны, раскисление. Подвергают отжигу на зернистый перлит как эвтектоидные, так и заэвтектоидные сплавы.

Процедура отжига подразумевает:

• прогрев до точки полного или неполного отжига (в зависимости от конкретного состава);
• поддержание в равномерно прогревающемся состоянии;
• после достижения фазового перехода — постепенное охлаждение сплава с учетом всех особенностей конкретной плавки.

То, где применяют перлитную сталь, зависит от ее конкретных характеристик. Так, потребителями жаростойких или теплоустойчивых продуктов являются производства:

• котельного оборудования;
• турбин;
• компрессоров;
• печей;
• паропроводов;
• запорной арматуры.

Хорошими примерами перлитных сталей являются:

• 15Х;
• 40ХГ;
• 16Г2АФ;
• 35ГС;
• 16М.

Из 15Х часто делают втулки и шестеренки, валики и толкатели. Сплавы 40ХГ идут на штоки, болты и шпильки. Материал 35ГС востребован производителями арматуры с периодическим профилем. Продукцию категории 16Г2АФ обычно отпускают для изготовления металлических ферм. Получают из нее и иные металлоконструкции.

Большой проблемой является образование холодных трещин и потеря прочности в местах, которые обрабатывают сварщики. Профессионалы часто прибегают к подогреву свариваемых изделий. В технологии сварки есть и иные нюансы:

• при обработке сталей с разным уровнем легирования электроды и присадки берут с расчетом на менее легированный металл;
• режим, напротив, подбирают под более легированную часть;
• ручная дуговая сварка подразумевает применение электродов с фтористо-кальциевой поверхностью;
• при незначительной или нулевой разнице в легировании можно прогревать металл до предельно допустимого для менее легированного образца значения;
• подогрев должен производиться очень тщательно (низкие температуры неэффективны, высокие — нарушают химические и физические свойства материала).