1.3. Коррозионно-стойкие (нержавеющие) стали

Основным легирующим элементом всех марок нержавеющих сталей является хром. От коррозии сталь предохраняет прочная тонкая плотная пленка окислов хрома Cr₂О₃, которая образуется на поверхности деталей. Хрома должно быть не менее 12 – 13 %, в противном случае пленка не будет сплошной. Наибольшее распространение имеют хромистые и хромоникелевые нержавеющие стали.

Хромистые нержавеющие сталитипа Х13 содержат углерода 0,1 – 0,4 %. Наиболее распространенные и дешевые – 08Х13, 12Х13, 20Х13, они хорошо штампуются, свариваются и используются в химическом производстве, для медицинского оборудования, в пищевой промышленности и в быту. Стали марок 30Х13, 40Х13 после закалки и отпуска имеют твердостьHRC50 – 56 и используются в основном как инструментальные для измерительного и хирургического инструмента. Кроме перечисленных выше имеются и другие марки сталей – 12Х17, 15Х25Т, 15Х28 и т. д.

Хромоникелевые нержавеющие сталиразличных химических составов и марок типа 12Х18Н9 содержат большое количество хрома и никеля. Никель обеспечивает получение аустенитной структуры после закалки стали в воде. При этом достигается более высокая коррозионная стойкость, лучшие механические и технологические свойства.

Так же, как и некоторые хромистые стали, сталь 12Х18Н9 склонна к межкристаллитной коррозии при нагреве до температуры 550 – 750С (например, при сварке), причина этого явления – обеднение периферийной зоны зерен стали хромом ниже 12 % вследствие выделения из аустенита карбидов хрома. Для предотвращения межкристаллитной коррозии в состав сталей вводят титан (например, сталь 12Х18Н10Т) или снижают в стали содержание углерода (например, сталь 04Х18Н10).

Хромоникелевые нержавеющие стали широко применяют в химической, нефтяной промышленности, в транспортном машиностроении и строительстве. Из них катают толстостенные бесшовные трубы. Для экономии дорогостоящего никеля его иногда заменяют марганцем, который также способствует образованию аустенитной структуры. Например, сталь 10Х14Г14Н3 рекомендуется как заменитель стали 12Х18Н9.

1.4. Легированные инструментальные стали

Эти стали применяются для изготовления режущего, измерительного и ударно-штампового инструмента.

Стали для режущего инструментадолжны обладать высокой твер-достью (не нижеHRC62), превышающей твердость обрабатываемого материала, износо-, теплостойкостью (красностойкостью), т. е. способностью стали сохранять при нагреве режущей кромки структуру и свойства, необходимые для резания. По сравнению с углеродистыми эти стали обеспечивают меньшее увеличение зерна при нагреве под закалку, большую прокаливаемость, более высокие режущие свойства. Сталь 9ХФ применяют для круглых и ленточных пил, для ножей при холодной резке металла, для метчиков и другого инструмента сечением до 30 мм. Сталь 9ХС имеет прокаливаемость до 35 мм, повышенную теплостойкость (до 250 – 260С), из нее изготавливают сверла, зенкеры, развертки, фрезы, метчики, плашки и т. п.

Стали ХВГ и ХВСГ лучше закаливаются и прокаливаются. При охлаждении в масле они прокаливаются насквозь в сечении до 80 мм, менее чувствительны к перегреву. Эти стали применяют для изготовления крупных и длинных протяжек, длинных зенкеров и разверток, круглых плашек и т. п.

Быстрорежущие сталимаркируются буквой «Р», после которой цифра указывает содержание основного легирующего элемента – вольфрама. Эти стали широко применяют для изготовления разнообразного режущего инструмента, работающего при высоких скоростях резания, в тяжелых условиях. Быстрорежущие стали – высоко- и сложнолегированные, чем обеспечивается их высокая износостойкость и теплостойкость до 600 – 650С.

Долгое время основной маркой быстрорежущей стали была Р18 (18 % вольфрама). Однако во второй половине прошлого столетия вольфрам стали заменять молибденом. Наиболее распространенные в настоящее время марки быстрорежущих сталей: Р6М3, Р6М5, Р6М5К5. Химический состав этих сталей: углерода – 0,85 %; хрома – 3,5 – 4,0; ванадия 2,0 – 2,5 %. Вольфрам и молибден указаны в марках сталей. Кобальт (порядка 5 %) повышает теплостойкость стали.

Фазовый состав сталей после отжига при 800 – 850С состоит из легированного феррита, в котором растворен почти весь хром, и карбидов вольфрама, молибдена и ванадия (порядка 20 %). Для придания стали теплостойкости инструмент подвергают закалке. Для растворения карбидов и получения высоколегированного аустенита (а затем мартенсита) температура закалки высокая (1210 – 1230С), охлаждение – в масле – или ступенчатая закалка. Структура стали после закалки – высоколегированный мартенсит, нерастворенные карбиды и остаточный аустенит (около 30 %). Твердость стали –HRC60 – 62. После закалки сталь подвергают трехкратному отпуску при температуре 550 – 570С. При отпуске происходит выделение из мартенсита мелких карбидов и превращение остаточного аустенита в мартенсит. Твердость стали повышается доHRC63 – 65. Инструменты из быстрорежущей стали сохраняют режущую способность при больших скоростях резания, превышающих скорость резания инструментом из других сталей в два – три раза.

Стали для измерительного инструментадолжны быть твердыми, износостойкими и сохранять размеры инструмента при изменении температуры окружающей среды. Для изготовления калибров, скоб, шаблонов и других инструментов помимо углеродистых используют стали марок Х, 9ХС, ХВГ и др.

Стали для штампов холодного деформированиядолжны иметь высокую твердость, износостойкость при достаточной вязкости. Вытяжные, гибочные, высадочные штампы, дыропробивные пуансоны, волочильные доски делают из сталей марок Х12М, Х12Ф1, Х12Ф1Т.

Для резьбонакатного инструмента, матриц, пуансонов, гибочных, рихтовочных штампов используется сталь марки Х6ВФ.

Стали для штампов горячего деформированиядолжны иметь высокие механические свойства, которые сохраняются при многократном нагреве, глубокую прокаливаемость и обладать стойкостью против разгара. Разгаростойкость – устойчивость стали против образования поверхностных трещин при многократном нагреве и охлаждении. Для молотовых штампов используют стали марок 5ХНМ, 5ХНВ. Средненагруженный инструмент, работающий с нагревом поверхности до 600С, изготавливают из сталей марок 4Х5В2ФС и 4Х5МФ1С.