Клейнер Леонид Михайлович ( Пермский государственный технический университет (ПГТУ), г. Пермь НОВЫЙ КЛАСС СТАЛЕЙ И ОРИГИНАЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ КОНКУРЕНТОСПОСОБНЫХ КОНСТРУКЦИЙ, МАШИН, МЕХАНИЗМОВ

1 Аннотация. Раскрыты особенности низкоуглеродистых мартенситных сталей, позволяющие на % снизить затраты по обеспечению высокого комплекса служебных характеристик металлоконструкций, в т.ч. сварных, с прочностью 0,2 = Н/мм 2. Показаны возможные области эффективного применения при производстве конкурентоспособной в РФ и на мировом уровне металлопродукции. В годах прошедшего столетия разработан новый класс низкоуглеродистых мартенситных сталей (НМС) типа 07Х3ГНМ, 12Х2Г2НМФТ, 12Х3ГАФ, 08Х2Г2Ф с прочностью 0,2 = Н/мм 2, обладающих уникальными техническими и технологическими свойствами и повышенной технологичностью относительно традиционных конструкционных сталей типа 20ХГСА, 10ХСНД, 12Х2НМФ, 38ХН3М. Разработаны НМС для спецтехники, освоены металлургической и машиностроительной промышленностью РФ и Украины. Организовано производство в виде листа, ленты, сортового проката, фасонного профиля, поковок, штамповок, труб. НМС широко применяются в новых образцах специальной техники, в грузоподъемных механизмах, в нефтяной промышленности. Опыт производства сталей и изделий из них имеют ОАО "Мотовилихинские заводы", ОАО Нижегородский машзавод, Волгоградский ОАО Баррикады. Освоено более 25 специальных изделий, из которых 14 получили Государственные премии.

Эффективность применения НМС в изделиях. Повышение прочности в 1,5 2,0 раза. Снижение веса изделий в 1,5 2,0 раза. Уменьшение затрат энергии на единицу совершаемой работы на %. Повышение коэффициента использования металла на %. Повышение комплекса технических характеристик вновь разрабатываемых изделий в целом (металлоемкость, скорость, ресурс, энергозатраты, износостойкость). Например, при строительстве мостового перехода через реку Кама потребуется на т стали меньше, чем при его изготовлении из стали 10ХСНД. 2

Область применения производство конкурентоспособных в РФ и на мировом уровне: гидроцилиндров всех типоразмеров для систем управления механизмов; нефтедобывающего оборудования (штанги, качалки, штанговые насосы, насосно-компрессорные, обсадные и транспортные трубы); дорожно-строительных комплексов; лесодобывающих и обрабатывающих комплексов; мостовых ферм (сварные конструкции) для переходов через реки, ж/дороги, и т.п.; грузоподъемных механизмов; дисков сцепления для самоходных машин; металлоконструкций автотракторного, сельскохозяйственного и т.п. машиностроения; высокопрочных сварных узлов (телескопические стрелы, направляющие балки); термоупрочненной металлопродукции с использованием совмещенного процесса горячего формообразования с закалкой на воздухе (листовой и сортовой прокат, трубы, фасонный профиль, поковки, штамповки). Максимальная эффективность применения обеспечивается при производстве новых конструкций, разработанных с учетом особенностей НМС. 3

Особенности НМС Природа НМС обеспечивает отсутствие хрупкого состояния и остаточных напряжений в свежезакаленном состоянии. Это обуславливает технологические преимущества НМС: возможность осуществлять совмещенный процесс горячего формообразования с закалкой на воздухе; хорошая свариваемость в термоупрочненном и отожженном состоянии всеми способами сварки, не требуют предварительного подогрева, ограничения времени между сваркой и отпуском и между закалкой и отпуском, не склонны к образованию холодных и горячих трещин; закаливаются охлаждением на спокойном воздухе, не склонны к короблению при закалке и сварке; хорошо деформируются в закаленном состоянии; подвергаются поверхностному упрочнению всеми видами химико-термической обработки; характеризуются глубокой прокаливаемостью, высокой ударной вязкостью, низкой критической температурой хрупкости. НМС позволяют обеспечить экологически чистую технологию, исключающую использование минеральных масел, щелочей, технической воды, кислот. В результате не требуются затраты на регенерацию, утилизацию и нейтрализацию. 4

Новые технологические процессы Особые свойства НМС позволили разработать новые оригинальные технологические процессы, уменьшающие стоимость металлопродукции и изделий на 30 50%: технология производства термоупрочненной металлопродукции совмещенным процессом горячего формообразования с закалкой при естественном охлаждении на воздухе. Исключает отжиг, дополнительный высокотемпературный нагрев для закалки и очистку от окалины; изготовление термоупрочненных деталей и сварных конструкций с прочностью В = Н/мм 2 из термоупрочненных заготовок. Исключает упрочняющую термообработку деталей и применение вредных охлаждающих сред. Сокращает цикл изготовления. Исключает правку деталей и сложных конструкций, обусловленную в традиционной технологии короблением при закалке. Позволяет производить сварку без ограничения условий; изготовление сложных сварных конструкций из нетермоупрочненных элементов с последующей бездеформационной закалкой охлаждением на воздухе. Обеспечивает равнопрочность сварных соединений, точность геометрических размеров; технология изготовления высокопрочных гидроцилиндров из термоупрочненных труб с применением сварки; технология поверхностного упрочнения всеми известными способами. Обеспечивает повышение прочности основы деталей и повышение износостойкости в 1,5 раза. Наибольший эффект достигается при использовании новых сталей и технологических процессов в новых конструкциях с конкурентоспособными техническими характеристиками. 5

Эффективность применения Высокая прокаливаемость при охлаждении на воздухе Исключается обязательное применение жидких закалочных сред Исключаются все виды брака при закалке в жидкие среды (образование трещин, коробление и др.) Обеспечение свойств в узком интервале значений Облегчается обработка резанием, в т.ч. сердцевины термоупрочненных цементованных шестерен ( 0,2 =1000…1100 Н/мм 2 вместо 1000…1500 Н/мм 2 ) Отсутствие склонности к деформации и короблению Исключается правка, вызванная деформацией при термообработке Обеспечивается бездеформационная закалка конструкции, сваренной из нетермоупрочненных элементов Совмещение горячего формообразования с закалкой на воздухе и в штампах без использования жидких сред Исключается закалка, правка, транспортировка в термический цех Обеспечивается изготовление точных термоупрочненных заготовок в металлургическом производстве с точностью, которую гарантирует оборудование для обработки давлением Отсутствие обезуглероживания Не требуется защита и дополнительные припуски Хорошая свариваемость в термоупрочненном, В 1000 Н/мм 2 и нетермоупрочненном состояниях Отсутствует склонность к холодным и горячим трещинам Исключается подогрев по сварку Исключается ограничение времени между сваркой (сборкой) и отпуском Ликвидируется зона термического влияния (при закалке конструкции в целом) Повышается надежность из-за устранения остаточных напряжений сварки Возможна сварка сердцевины термоупрочненных цементованных и азотированных деталей Технологические особенности 6

Обеспечение благоприятного сочетания характеристик прочности и вязкости при температурах до –50 С ( 0,2 = 800…1000 Н/мм 2 ) Возможность использования для сложных сварных конструкций Возможность эксплуатации при знакопеременных нагрузках Возможность эксплуатации в условиях Крайнего Севера Снижение веса на 20…30 % Хорошая деформируемость в холодном состоянии,в т.ч. термоупрочненном Возможность применения для сложных нежестких сварных термоупрочненных конструкций, получаемых с использованием холодной деформации Возможность формообразования элементов конструкции ТехнологичностьПроектирование с учетом новых технологических возможностей Закаливаемость при охлаждении на воздухе Исключается применение жидких охлаждающих сред и проточной воды Устраняется необходимость утилизации жидких охлаждающих сред Устраняется необходимость очистки деталей после закалки Возможность совмещения горячего формообразования с закалкой Исключается операция самостоятельной закалки(дополнительный нагрев, окалина, очистка деталей) Правка в термоупрочненном состоянии Исключается длительная операция отжига, необходимого для осуществления правки проката; уменьшается окалинообразование 7 Конструкторские особенности Экологические особенности

8

9

10

11