Курс «Основы выбора и применения материалов для трубопроводной арматуры»

В настоящее время имеется много сталей, обладающих высокой хладостойкостью, но нетехнологичных в литье и применяемых только в деформированном виде. Имеющиеся литейные стали недостаточно надежны из-за множества дефектов литья, получаемых традиционным способом (литье в землю) или из-за сложностей с получением плотной отливки, связанных например, с трудностями управления процессами при кристаллизации.

За последние годы появился ряд предпосылок для решения проблемы ответственных литых деталей для сверхнизких температур. Основными из них являются, во-первых, насущное требование производства в снижении затрат, где эффект достигается за счет снижения времени и трудозатрат на производственный цикл, во-вторых, широкое вхождение в практику специальных видов литья (литье по выплавляемым моделям, литье под давлением, оболочковое литье и др.), и, наконец, развитие более ясных представлений о причинах низкой пластичности и хладноломкости литых сталей. Сюда относится теоретический анализ явлений, сопровождающих кристаллизацию сталей и формирующих литую структуру, выяснение факторов низкой хладостойкости, а практически – получение сталей, сравнимых по низкотемпературной вязкости с деформированными.

Главным препятствием в расширении температурного диапазона применения литья является попытка унифицировать использование одних и тех же сталей при совершенно разных целях. Например, использование литых коррозионностойких хромоникелевых сталей для условий арматуры с вакуумной изоляцией нецелесообразно, а применение деформированных дорого. Использование известных способов борьбы с литейными дефектами при помощи технологических ухищрений также неприемлемо удорожает сталь. Стремление же повысить пластичность за счет подбора компонентов, переводящих химический состав в наиболее пластичную область аустенита, имеет мало смысла, т. к. при этом не устраняется вредное воздействие литой структуры (включая эвтектики, поры, зернограничные включения).

Общим недостатком большинства исследований является стремление повысить какие-либо одни свойства (служебные или технологические), не считаясь с потерями. Например, предлагается только устранить окисные плены литейными приемами, или только повысить прочность различными вариантами термообработки.

На фоне этих исследований более выделяются результаты работ, где стремятся одновременно повысить весь комплекс свойств. Сделать это можно за счет либо совершенствования литейной технологии, либо переходом к более прогрессивному способу легирования стали. Использование металловедческих приемов выправления структурных несовершенств литья менее перспективно из-за меньшей динамичности и управляемости процессов в твердой структуре.

Простота же получения высокого комплекса свойств одним лишь изменением параметров литейного процесса относительна, поскольку приводит к недопустимому разрушению «обслуживающих подсистем». Так, повышение скорости кристаллизации, измельчающей зерно, требует перехода от простых земляных форм к металлическим или водоохлаждаемым кокилям, вакуумирование – сложного комплекса машин, плохо совместимых с реальными производственными условиями литейного производства. При ощутимых затратах на развитие литейного комплекса серьезного выигрыша в эксплуатационных свойствах добиться не удается.

В качестве основной тенденции прослеживается модифицирование и раскисление стали, влияющих главным образом на размер зерна и форму неметаллических включений. Сильным аргументом в пользу такого способа борьбы с хрупкостью является более простая технология, минимальное количество вводимых добавок, при практически неизменном марочном составе выплавляемой стали. Тем не менее, модифицирование и раскисление не способны решить главную задачу – добиться уровня хладостойкости литья, сравнимого с деформированными сталями и расширить температурный интервал применения в область более низких температур.

Сложность управления и контроля мельчайших добавок модификаторов в расплаве и структуре, их неравномерное распределение, угар и др. приводят к сильному разбросу свойств сталей. В случае модификаторов ингибиционного действия, они сами способствуют зернограничной хрупкости сталей. Модификаторы слабо влияют на один из самых отрицательных факторов сталей – окисные и сульфидные плены. Часто встречающееся в литературе описание попыток легирования несколькими модификаторами наталкиваются на чрезмерную специализацию сталей и малый диапазон их применения. По мере углубления специализации сужается область применения сталей. Возникает уже высказанная выше тенденция к поиску различных составов за счет различной комбинации модификаторов, не считаясь с потерями в других свойствах.