Специальные стали и сплавы

В настоящее время в стране выпускается боле 1000 различных марок сталей, причем доля спецсталей с каждым годом неуклонно растет.
Стали и сплавы специального назначения благодаря своим уникальным свойствам находят широкое применение в электроэнергетике, станкостроении, машиностроении, медицинеи здравоохранение, а также в создании различных агрегатов и устройств для нужд автомобильной, химической и авиационно-космической промышленности.

Применение специальных сталей и сплавов на основе никеля.

Сплавы для электроники: Mi 205 - электродная проволока, высоковольтные «свечи», NiFe 36 - детали для спаев со стеклом, «масочные» кинескопы, NiFe42 - рамки с выводами, NiCr 80-20 - нагревательные элементы.
Коррозионностойкие: Alloy 200 - корпуса аккумуляторных батарей, Monel 400, К 500 - штифты валов, несущие детали, Incoloy 925 - в нефтегазовой промышленности.
Жаростойкие: 330 - элементы печных конструкций, 600, 601- то же, электродная проволока, теплозащитные фильтры, 800, 800H, 800HT, 825 - нефтегазовая промышленность оборудование для термообработки.
Жаропрочные: A 286 - элементы трубопроводов для дутья, Inconel 718- реактивные двигатели, газовые турбины, нефтегазовая отрасль, Nimonic 80A - элементы дизельного двигателя, Inconel 725 - нефтегазовая промышленность, Hasteloy X - реактивные двигатели, несущие компоненты.

Кроме того,практически все емкости, сосуды, реакторы, трубы и другое оборудование химической индустрии изготавливается из аустенитных нержавеющих сталей. Специальные стали и сплавы остаются незаменимыми материалами для производства специального оборудования авиалайнеров и космических кораблей. Например, в настоящее время одним из самых широко применяемых двигателей гражданской авиации является CFM56, которые ежегодно устанавливаются на 625 самолетах А320 и Boeing-737. Благодаря современным технологиям производства становится возможным применение новых турбинных лопаток из композиционных монокристаллических сплавов с теплозащитным покрытием, позволяет увеличит ресурс двигателя более чем в 2 раза и достичь показателя в 10000 часов.
Сложившиеся мировые тенденции научно-технического развития в области разработки и использования сплавов и сталей со специальными свойствами, показывает актуальность дальнейшего развития данной отрасли.

Общие тенденции мирового развития в области производства спецсталей показывают, что в настоящее время интенсивно ведутся разработки и исследования в области литейных и деформируемых сплавов и сталей со специальными свойствами, сырья, исходных компонентов для их производства и технологий их переработки в высокотехнологичную наукоемкую продукцию с большой до-лей инновационной составляющей.
Причем основные направления развития спецэлектрометаллургии за рубежом заключаются в:
- Совершенствование технологии выплавки и переплава спецметалла, агрегатов, систем контроля и управления процессами, для обеспечения гарантии качества металла, увеличения выхода годного и снижения затрат.
- Создание новых менее затратных технологий для производства спецметалла «наземного» (не авиакосмической промышленности) применения, для существенного снижение себестоимости металла.
В настоящее время все больше внимания уделяется получению специальных сталей и сплавов методом порошковой металлургии. Перспективы развития порошковой металлургии прежде всего связываю с созданием новых, лёгких, прочных композиционных материалов и наноструктурных покрытий. Создание твердосплавных материалов с наноструктурой позволит улучшить режущие свойства и физико-механические характеристики материала не менее чем в 2-3 раза, а нанесение покрытий с использованием нанопорошков, позволяет увеличить срок службы изделий в 5-6 раз.

Классификация специальных сталей.

В металлургии известны сотни сталей и сплавов, отличающихся выдающимися служебными характеристиками. На данный момент нет однозначной их классификации, в связи с тем, что во многих случаях стали относят к специальным даже по одному из трех указанных признаков:

- по химическому составу;
- по способу производства;
- по способу обработки.

Классификация спецсталей по химическому составу.
По химическому составу к специальным сталям,прежде всего,относятся сплавы железа, легированные никелем, хромом, вольфрамом, молибденом, ва-надием и др., например нержавеющие стали с содержанием более 13% хрома и добавками никеля, молибдена и другие. При производстве и термической обра-ботке таких сталей большое значение имеет характер легирования. Легированными сталями называют сплавы железа, к которым добавлены определенные количества легирующих элементов с целью получения ряда особых свойств. В зависимости от количества легирующих добавок стали подразделяют на:
- низколегированные (количество добавок не превышает 2,5%);
- среднелегированные (добавок от 2,5 до 10%);
- высоколегированные (добавок свыше 10%).

В процессе производства нелегированной стали вместе с шихтой (в том числе и скрапом) непроизвольно попадают разные легирующие элементы, на-пример никель, медь, хром. В общей сложности их количество составляет около 0,5%. Эти примеси, как правило, оказывают незначительное влияние на свойства сталей и поэтому ими можно пренебречь. Ошибочно такие стали называть легированными. Вместе с тем иногда незначительная добавка легирующего элемента, даже в количестве 0,1% и менее, введенная в определенную сталь, позволяет считать эту сталь легированной. Таким образом, получение легированной стали предусматривает намеренное введение легирующих элементов в определенном количестве для получения определенных свойств. При этом даже при небольшом содержание легирующих элементов, если стали приданы определенные свойства, ее относят к разряду спецсталей.

Классификация спецсталей по способу производства.
Стали одинакового химического состава могут выплавлять различными способами, которые подразделяют в зависимости от применяемых печей на: конверторную, мартеновскую, тигельную и электросталеплавильную. Выбор того или иного способа производства зависит от назначения ста-лей (области применения). Например, стали с содержанием 0,6–0,8% С и около 0,6–1% Мn для изделий массового производства, например для закаливаемых рельсов, выплавляют конверторным способом или в основных мартеновских печах большой емкости. Стали примерно такого же химического состава, идущие для изготовления штампов, режущих инструментов и др., можно выплавлять или в мартеновских или в электрических печах. Исследование влияния минимальных количеств примесей таких элементов, как азот, кислород, сера, водород и фосфор, на свойства сплавов железа позволяет определить особенности, обусловленные процессом производства стали. Изучение металлургических закономерностей показывает, что в большинстве случаев характерные свойства сплавов, обусловленные химическим составом и, в частности, малыми количествами примесей, могут быть достигнуты лишь в результате применения определенных способов производства этих сплавов. Таким образом, специальные стали по способу производства (с учетом влияния незначительных количеств примесей) можно рассматривать одновременно и как специальные стали по химическому составу. Отдельными способами производства выделяют переплавные процессы объединены в особую группу специальной электрометаллургии их ещё называют вторичные рафинирующие процессы. К ним относят: вакуумный индукционный переплав (ВИП), вакуумный дуговой переплав (ВДП), плазменный дуговой переплав (ПДП), электрошлаковый переплав (ЭШП), электронно-лучевой переплав (ЭЛП) и другие.

Классификация спецсталей по способу обработки.
Большинство сталей выплавляют в мартеновских печах большой емкости или в кислородных конвертерах. После плавки сталь подвергают горячей прокатке или ковке, термической обработке, а также, например, холодной прокатке, протяжке и тому подобным специальным способам обработки, в результате которых получают желаемые специальные свойства. Примером служат мягкие сорта листовой стали для глубокой вытяжки. Особенности производства и обработки ряда обычных сталей специального назначения позволяют назвать и эти стали специальными, причем в этом случае важное значение имеет изучение влияния небольших количеств примесей.

В большинстве случаев принимают к рассмотрению следующую классификацию специальных сталей:
1. Коррозионно-стойкие (нержавеющие) стали.
2. Инструментальные быстрорежущие стали.
3. Конструкционные износостойкие стали.
4. Машиностроительные: мартенситно-стареющие стали, подшипниковые стали, пружинные стали, высокопрочные стали, рельсовые стали.

Кроме того отдельной группой стоят прецизионные стали и сплавы, которые в настоящее время находят все большее применение в различных областях производства и техники, начиная от устройств и агрегатов бытовой техники (телефонные, телевизионные системы, холодильные агрегаты) и заканчивая машинами прикладной кибернетики, космической техники, средств связи и т.д.