Области применения сталей и их заменители

1. Нержавеющая сталь

Прутки и поковки из коррозионностойкой стали в закаленном состоянии предназначены для изготовления деталей, работающих в агрессивных средах.
Применение закаленной и коррозионностойкой стали в машиностроении позволяет снизить энергоемкость и трудоемкость при производстве деталей. В последнее время наблюдается увеличение использования низкоуглеродистых коррозионностойких сталей и сплавов в химической, криогенной, пищевой и легкой промышленности, обусловленной их высокой стойкостью в агрессивных средах.
Низкоуглеродистые коррозионностойкие марки стали применяются для изготовления сварного оборудования и трубопроводов, работающих в контакте с азотной кислотой и аммиачной селитрой, предназначена для изготовления основных узлов оборудования для синтеза карбамида и капролактама, работающих в кипящей фосфорной и 10% уксусной кислотах, сернокислых средах.
Тросы из нержавеющей стали используются в тех ситуациях, где не должна иметь место коррозия, а также при работе в условиях высоких температур, например, в яхтенном спорте, авиации, химической и пищевой отрасли.
Несмотря на малую относительную величину объемов производства нержавеющие стали в ряде случаев практически являются отраслеобразующим материалом. Например, развитие таких отраслей как авиакосмическая, нефтехимическая, пищевая, медицинская и бытовая впрямую зависит от рынка нержавеющего металлопроката.
Нержавейка применяется в сельхозмашиностроении, вагоностроении, автомобилестроении, в авиакосмической, нефтехимической, медицинской, пищевой промышленности (в т.ч. винодельческой промышленности для перекачивания вин, фруктовых соков, виноматериалов), при производстве инструмента сложной конфигурации (например, ножей для обработки кожи), в атомном машиностроении, в энергетическом машиностроении, в дизайне и оформлении, в судостроении, на заводах капитального ремонта транспорта, в производстве бытовой техники.
Коррозионностойкие стали - это стали, которые не окисляются в агрессивной среде (пар, кислота, соль и др. химические вещества).
Коррозионная стойкость сталей объясняется образованием на поверхности металла очень тонких пленок сложных окислов, которые плотно прилегают к поверхности металла и препятствуют проникновению агрессивных веществ в глубину металла. Такие пленки называют пассивными, а процесс их образования - пассивацией.
Коррозионностойкие стали способны к самопассивации. Нарушение пленки пассивации на них легко восстанавливается. Все коррозионностойкие стали подразделены на две группы: хромистые и хромоникелевые.
Хромистые стали с низким содержанием углерода (менее 0,1%) и с высоким содержанием хрома (более 15%) являются ферритными и закалке не поддаются.
Остальные хромистые стали подвергают закалке с невысоким отпуском для получения антикоррозионных свойств. Хромоникелевые стали имеют структуру аустенита . Эти стали обладают хорошей стойкостью в различных кислотах.
Основным недостатком этих сталей является склонность к межкристаллитной коррозии. Устойчивость против межкристаллитной коррозии достигается закалкой этих сталей при температуре 900-10000С с охлаждением в воде или на воздухе. Чувствительность стали к межкристаллитной коррозии существенно снижается при введении в сталь 0,6 - 0,8 % титана.
Снижению склонности к межкристаллитной коррозии способствует уменьшение содержания углерода в стали. Для связывания углерода в устойчивые карбиды вводят небольшие добавки ниобия, однако при вводе ниобия возможно образование ферритной фазы.Добавка кремния делает аустенитные стали более прочными и упругими.
Нержавеющий металлопрокат находит все большее применение в промышленности и строительстве, обеспечивая более высокое качество, долговечность и эстетику конечного продукта.

2. Инструментальная сталь

Инструментальные стали - это группа марок сталей, которые путём термообработки приобретают высокую твёрдость, прочность и износостойкость, которые необходимы для обработки металла резаньем или давлением.
По своему назначению инструментальные стали делятся на:

Стали для измерительного инструмента, низколегированные и углеродистые стали;
Стали для режущего инструмента (быстрорежущие) ледебуритного класса, высокой теплостойкости;
Штамповые стали для холодной деформации, не теплостойкие стали заэвтектоидного и ледебуритного класса;
Штамповые стали для горячей деформации, теплостойкие стали - доэвтектоидные, эвтектоидные и заэвтектоидные.

Сталь углеродистая инструментальная

Принадлежность стали к углеродистым обозначается буквой У, после которой идет цифра - среднее содержание углерода в десятых долях процента. Эти стали бывают качественные и высококачественные (с буквой А в конце марки).
Углеродистые инструментальные стали вследствие отсутствия легирующих элементов склонны к перегреву, имеют очень узкий интервал термообработки: 740-780°С для сталей У10-У12 и 730-750°С для сталей У7, У8.
Большое влияние на результаты термообработки оказывает исходная структура металла после прокатки. Грубопластинчатую структуру перлита очень тяжело превратить в зернистую без промежуточной нормализации.
Эти стали обладают большой склонностью к обезуглероживанию, особенно стали У7-У10, на сталях с большим содержанием углерода У12-У13 обезуглероживание незначительное, однако они склонны к образованию цементитной сетки.
Основным недостатком этих сталей является низкая прокаливаемость и склонность к перегреву.
Сталь инструментальная нелегированная относится к материалам общего назначения, применяемым, главным образом, для малоответственных инструментов.

Сталь инструментальная легированная

Инструментальные легированные стали имеют ряд преимуществ перед инструментальными углеродистыми сталями, они обладают лучшей прокаливаемостью, не склонны к перегреву, имеют лучшую износостойкость, ударную вязкость, прочность.
Инструментальные стали, содержащие кремний, сильно обезуглероживаются при отжиге, а требуемая твердость достигается с трудом, поэтому эти стали выдерживают при температуре 7800-800°С 4-6 часов. Они находят своё применение при изготовлении протяжек, метчиков, развёрток, штампов, и пуансонов холодной высадки, для изготовления мелкого инструмента простой формы для обработки неметаллических, цветных и легкообрабатываемых материалов.
В стали марок ХГ и Х имеется большое количество карбидов, повышающих стойкость инструмента. Применяются они для изготовления протяжек, метчиков, разверток, штампов, и пуансонов холодной высадки. Эти стали менее склонны к обезуглероживанию.
Сталь ХВГ является одной из наилучших инструментальных сталей. Карбиды хрома и вольфрама придают ей высокую стойкость против истирания, марганец - высокую прокаливаемость, а вольфрам - мелкозернистость. Отжигают эту сталь при температуре 780-800°С. Эта сталь характеризуется малым короблением. Из нее изготовляют детали сложной формы и большой длины.
Сталь типа ХВ5 приобретает очень высокую твердость после закалки. (HRC 67-68) . Эту сталь применяют для изготовления мелкого инструмента простой формы для обработки твердых металлов

3. Быстрорежущая сталь

Общей тенденцией последних лет является значительное увеличение объёмов использования специальных сталей и сплавов, обработка которых резанием и давление сопряжена с существенными трудностями. В этих условиях всё более возрастающие требования предъявляются к свойствам быстрорежущих сталей.
Основным свойством быстрорежущих сталей является красностойкость, т.е. способность сохранять высокую твердость, прочность и износостойкость при повышенных температурах.
Известно, что в процессе резания инструмент разогревается и тем больше, чем выше скорость резания и выше твердость обрабатываемого материала. Очень важно иметь инструмент, не теряющий режущих свойств при высоких скоростях резания. Инструмент из быстрорежущих сталей может резать металл при температурах 550-600°С.
Быстрорежущие стали известны давно. Совершенствование состава привело к появлению марок, имеющих различные области применения.
Поскольку быстрорежущие стали содержат большое количество легирующих элементов, они легко закаливаются на воздухе. Эти стали относят к разряду трещиночувствительных, т.к. даже при незначительной закалке в них возникают значительные напряжения. Достигнуть необходимой твердости в них очень сложно, т.к. они легко окисляются и обезуглероживаются в результате термообработки.
Термообработка инструмента - процесс еще более сложный. Чтобы сталь не окислялась и не обезуглероживалась при температуре закалки инструмента, ее нагревают в соляных ваннах.Красностойкость стали характеризуется твердостью в закаленном состоянии не менее 58 HRC

4. Жаропрочные стали и сплавы

Жаропрочные и жаростойкие стали применяют при изготовлении многих деталей газовых турбин реактивной авиации, в судовых газотурбинных установках, стационарных газовых турбинах, при перекачке нефти и нефтепродуктов, в аппаратуре крекинг - установок, при гидрогенизации топлива, в нагревательных металлургических печах и многих других установках.
Ряд сплавов применяемых в авиационной промышленности нашел применение и в других отраслях. Одними из наиболее жаропрочных сплавов являются сильхромы и хромоникелевые стали, используемые при изготовлении клапанов выпуска авиационных поршневых моторов, лопаток газовых турбин турбокомпрессоров надува авиамоторов и рабочих лопаток первых газовых турбин и первого реактивного двигателя.