Лекция 3

1.Углеродистые и легированные стали

(для работы в условиях климатического холода)

Обозначение легирующей добавки:

{X-Cr; H-Ni; B-W; M- Mo; Ф – V; T – Ti; Ю- Al;Д-Cu; Г- Mn;C- Si;К-Co;Ц-цирконий;Р- B (бор);Б- Nb (ниобий); А- N₂ азот, если в середине и качественная сталь, если в конце.

Обычно криогенные установки работают внутри отапливаемого здания, но часть аппаратов устанавливается на открытом воздухе ,при температуре воздуха более 220К.

Свариваемые углеродистые и низколегированные стали составляют 70% объема потребления металла в криогенной технике.

1.1.Углеродистые стали

А) Ст 3, Сталь 20

Низкая коррозионная стойкость, невысокая прочность ( _в=450 МПа), повышенная пластичность КСИ=700 кДж/м²

Используется- днища, корпуса сосудов под давлением, обечайки .

Б).Сталь 45 (_в=640 МПа,КСИ=430 кДж/м²)

Среднеуглеродистая сталь, низкая коррозионная стойкость, подвергается термообработке –поверхностное уплотнение токами ВЧ и отпуск.

Используется- детали, к которым предъявляют требования высокой поверхностной твердости и повышенной износостойкости при малой деформации (валы); трубы для изготовления баллонов без ограничения по давлению и т=223-423К.

1.2.Низколегированные хромосодержащие стали

А).Сталь 20Х ( _в=400-450 МПа, КСИ=700 кДж/м²)

Цементируемая сталь с низкой коррозионной стойкость, износоустойчивая поверхность при вязкой сердцевине.

Используются- детали средних размеров повышенной точности (втулки, шпиндели) ; детали, работающие при больших скоростях и средних удельных давлениях ( плунжеры, штоки впускных клапанов кислородных установок)

Б).Сталь 40Х (_в=600-700 МПа, КСИ=600 кДж/м²)

Повышенная прочность

Используется- колен. валы ; фрикционные диски ; шестерни ; роторы турбокомпрессоров; седла клапанов .

Рабочий диапазон температур Т=200-700К. Может использоваться для крепежных деталей.

В).Сталь 38Х2МЮА или 38ХМЮА ( _в1000 МПа,₀₂ 850 МПа,

КСU900 кДж/м^2, HRC 50.

• конструкционная высококачественная, упрочняется азотированием работать ответственные детали с высокой твердостью и минимальной доводкой при т/о -- плунжерные насосы для жидких азота и кислорода, втулки криогенно-газовых машин, цилиндры насосов.

1.3 Хромистые нержавеющие стали

Работают в среде влажного пара.

А).Сталь 20Х13 (_в=700-800 МПа,₀₂=450-650 МПа, КСU=600-800 кДж/м²

Применяется для деталей, подвергающихся ударным нагрузкам: седла клапанов, тарелки, уплотняющие элементы арматуры, крепежные детали;

Б).Сталь 30х13

Применяется для деталей с повышенной твердостью: клапаны арматуры, штоки, втулки цилиндров, крепежные детали.

2.Легированные стали для криогенных температур

2.1 Никелесодержащие среднелегированные конструкционные стали.

Для повышения вязкости используют закалку и высокий отжиг

А).Сталь 12ХНЗА – высокая поверхностная твердость в сочетании с вязкой сердцевиной.

Используется- корпуса клапанов, валы, цилиндры поршневых детандеров.

Б).18Х2Н4ВА (В- вольфрам)

18Х2Н4МА ( М- молибден) – (_в=1000-1100 МПа, ₀₂=750-800 МПа, KCU=600-100 кДж/м².

Металл используется до 75К, но при статической нагрузке, при т/о _в=1400 МПа.

высококачественные цементируемые стали мартенситного класса

Используется на ответственных высоконагруженных деталях при статических, циклических и динамических нагрузках при температуре Т=200-670К: шпильки, подвески, оси, валы турбодетандеров

2.2 Нержавеющие стареющие стали

Дисперсионно-твердеющие стали аустенитного класса

ЭП –электросталь пробная (з-д Электросталь)

ЭП-164 или 08Х15Н24В4ТР

ЭП-33 или 10Х11Н23Т3МР

ЭП 921 или 03Х9К14Н6МЗД

Разрабатывались как жаропрочные конструкционные материалы. После т/о и старения имеют повышенную прочность (выше 800 МПа) при сохранении удовлетворительной вязкости при Т20К. Рабочий диапазон температур

4-1000К.

А). Сталь ЭП-164 –08Х15Н24В4ТР

Используются: для нагруженных несварных деталей , подвески внутренних сосудов Дьюара, фланцевые соединения, штоки арматуры.

Имеет _в750 МПа, ₀₂450 МПа, KCU=1100 кДж/м² при Т=293 К и KCU=900 кДж/м² при Т=20 К.

Б). ЭП-33 - 10Х11Н23ТЗМР

Состав- 0,1 % С; 0,6% Si; 0,6 Mn; 10-12,5% Cr; 21-25 % Ni; 2,6-3,2% Ti;

1,0-1,6 %Mo.

_в возрастает от 1100 МПа при комнатной температуре до 1560 МПа при Т=20К. Удельная вязкость снижается с 500 до 450 кДж/м².

Рабочий диапазон температур 20-870 К

Используются: тяжелонагруженные несварные детали, крепеж, пружины.

Т , К	в, МПа	02, МПа	KCU, кДж/м^2
293	1100	850	500
77	1410	1000	480
20	1540	1140	450

В). ЭП 921 - 03Х9К14Н6МЗД – нержавеющая сталь мартенситного класса.

Состав – 0,03% C; 0,01% P; 0,1 Si; 8,5-9,5% Cr; 13-14% Co; 6-7% Ni; 3-4% Mo; 1,0-1,5% Cu; 0,2-0,6% Mn; 0,1-0,25% V.

Характеризуется высокой прочностью и твердостью, удовлетворительной пластичностью и вязкостью при низких температурах.Используется: высоконагруженные детали, уплотнительные узлы арматуры

( седла, валы), элементы турбодетандеров- валы, подпятники.

Рабочая температура - Т=20-670К.