Обзор стали 12Х1МФ и сферы ее применения

Обзор стали 12Х1МФ, сферы ее применения и аналогов позволяет сделать правильный выбор и корректно использовать этот материал. Внимание надо уделить характеристикам и расшифровке марки, химическому составу и термообработке. А также стоит проанализировать твердость стали и особенности ее сварки.

Продвинутая марка стали 12Х1МФ отличается содержанием углерода на уровне 0,12%. Но надо понимать, что это средний показатель. В разных случаях он может быть немного меньше или немного больше. Индекс Х1 говорит, что химический состав стали включает в среднем 1% хрома (при максимуме 1,2%). Две последние буквы показывают наличие хрома и ванадия, обеспечивающих эффект легирования.

Содержание прочих элементов:

• кремния не менее 0,17 и не более 0,37%;
• марганца от 0,4 до 0,7%;
• никеля максимум 0,3%;
• молибдена от 0,25 до 0,35%;
• меди до 0,2%;
• фосфора не более 0,03%;
• серы не более 0,025% (при условии, что иные параметры не заданы согласно ГОСТ 5520 от 1979 года или индивидуальному заказу на поставку).

В отношении сплава 12Х1МФ действует ГОСТ 20072. Это означает, что такой металл имеет высокую тепловую устойчивость. Ковка начинается при температуре 1240 градусов. Завершается она после понижения температуры до 780 градусов. После нормализации металл приобретает твердость от 123 до 179 МПа. В случае отжига после горячего прокатывания твердость этого материала составит 217 МПа. В последнем случае конструкция полностью отвечает ГОСТ 20072. Плотность при комнатной температуре составляет 7800 кг на 1 куб. м. При 100 градусах этот показатель уменьшается до 7780 кг на 1 м3. Если температура вырастает до 400 градусов, масса 1 кубометра составит уже только 7680 кг, а при подъеме до 800 градусов она снизится до 7540 кг. Свариваемость у стали 12Х1МФ ограничена. Практикуется:

• ручная сварка электрической дугой;
• автоматическое сваривание;
• контактное соединение.

Настоятельно рекомендуется прогревать материал перед сваркой. После окончания ее требуется профессиональная термообработка. После нормализации и отпуска сплав обрабатывается твердосплавными резцами с эффективностью резания 1,5. Если же используются быстрорежущие стали, то индекс эффективности уменьшается до 1,35. Важно: такая результативность достигается только при твердости поверхности 138 единиц по шкале HB. При других значениях могут быть существенные отклонения от норматива.

Самая низкая критическая точка — Mn – достигается всего лишь при 430 градусах. Подняв температуру до 730 градусов, удается выйти на уровень Ar1. Прибавив еще 30 градусов, получают отметку Ac1. Завершающий критический участок — Ac3, который в ряде источников именуется еще Acm, наступает при выходе на 890 градусов. Но еще раньше, при 825 градусах, состояние металла соответствует точке Ar3.

За рубежом существует ряд точных заменителей такого стального сплава. В каждой стране, где есть такая продукция, действуют свои внутренние стандарты. Так, в ФРГ вместо 12Х1МФ применяют сталь 1.7715. Встречается и аналог с более изощренным обозначением — 14MoV6-3. Английские металлурги тоже разработали соперничающую марку сплава.

Она обозначается как 1503-660-440. При этом испанским аналогом российской стали выступает 13MoCrV6. Отгрузка может идти в вариантах:

• поковок;
• проката сортового;
• металлопроката фасонного типа;
• стальных полос;
• стальных листов.

При этом классифицируется отпускаемая продукция как:

• В03;
• В22;
• В23;
• В32;
• В33.

12Х1МФ — это типичная жаропрочная сталь с низким уровнем легирования. Зная это, несложно подобрать для нее оптимальную область использования. Наибольшая рабочая температура будет не выше 570-585 градусов. Из подобного металла получаются хорошие трубы пароперегревателей. Допускается также изготовление технологических и прочих трубопроводов, коллекторных систем, рассчитанных на повышенное давление.

Отдельные поковки отгружают для последующего изготовления паровых котлов. Такие же поковки подойдут и для получения паропроводов. В некоторых случаях из 12Х1МФ вырабатывают части цилиндров паровых турбин. Наконец, можно делать и иные детали, рассчитанные на потолок рабочих температур 540-580 градусов.

Свариваемость без ограничений достижима, если варить не подогретую сталь без дальнейшей термической обработки. Но использование такого режима удается с большим трудом и при низком качестве работы. Как и для других низкоуглеродных сталей, рекомендовано применение сварочной проволоки порошкового типа, отвечающей нормам ГОСТ Р ИСО 7634. Очень важно добиваться продолжительной крепости обрабатываемого металла при повышенной температуре.

В одном из вариантов ванна заполняется твердым раствором. Металл легируют, чтобы вырастала температура, при которой происходит рекристаллизация. Это позволяет уменьшить скорость диффузии. При втором подходе сталь закаливают и отпускают, чтобы получилась особо дисперсная фазовая смесь. Для работы хорошо подходят электроды марок:

• ТМЛ-1У;
• ТМЛ-3У;
• ЦЛ-39.

Большой проблемой является структурное изменение в местах, подвергаемых термическому влиянию, то есть там, где сталь оплавляется и перегревается. В подобных ситуациях неоднородность пластических свойств обнаруживается особенно сильно. Потому плохой термический цикл может спровоцировать зарождение холодных трещин. Вероятность их появления в оплавленных и перегретых зонах в десятки раз выше, нежели в исходном металле. Заблаговременный и сопутствующий подогрев позволяет исключить возникновение холодных трещин. Благодаря ему заметно снижается образование мартенсита.

Надо отметить, что прогрев теплоустойчивых сталей продуктивен только при ограниченном верхнем пределе температуры. Если она завышается, аустенит распадается. Вместо него появляется слишком грубая структура, состоящая из феррита и перлита. А она не даст требуемой долговременной прочности и должной ударной вязкости. Ручная аргонодуговая сварка применяется, когда делают корневой шов многопроходным методом. Неповоротные стыки на трубах паропроводов преимущественно создаются путем автоматической орбитальной сварки. Поворотные стыки готовят за счет автоматической сварки под флюсом. Такой подход оправдан при работе с трубопроводами и котловыми коллекторами.