Ниже — подробный разбор свойств стали, технологических особенностей и мер, которые гарантируют стабильное качество продукции.

1. Наши возможности

АО «Завод специального машиностроения «Маяк» специализируется на изготовлении фасонных отливок с механической обработкой из низколегированной конструкционной стали марганцево-молибденового класса 20ГМЛ. Материал относится к классу перлитных низколегированных сталей, упрочняемых термической обработкой, и предназначен для ответственных деталей, работающих под нагрузкой при умеренных температурах, в том числе при отрицательных температурах (до −40 °C). Сочетание повышенной прочности, ударной вязкости и хорошей свариваемости делает сталь востребованной для ответственных силовых деталей.

2. Химический состав стали 20ГМЛ

Химический состав стали 20ГМЛ регламентируется ГОСТ 977-88, а для отливок арматуры — также СТ ЦКБА 014-2004. Нормы состава приведены в таблице 1.

Таблица 1 — Химический состав стали 20ГМЛ (проценты по массе)

Инженерная логика состава

3. Механические свойства

Механические свойства стали для отливок марки 20ГМЛ нормируются ГОСТ 977-88, а для арматурных отливок — также СТ ЦКБА 014-2004.

3.1. Нормируемые значения

Таблица 2 — Нормируемые механические свойства стали 20ГМЛ

Значения приведены для отливок с толщиной стенки до 100 мм. Точные нормы — по ГОСТ 977-88 и СТ ЦКБА 014-2004.

Инженерная логика прочностных характеристик

4. «Капризность» стали 20ГМЛ и меры борьбы с ней

Сталь 20ГМЛ, несмотря на кажущуюся простоту, является сложным объектом для литейного производства. Низколегированная перлитная структура, склонность к ликвации марганца и молибдена, чувствительность к водороду и термическим напряжениям — всё это требует строгого соблюдения технологии на каждом переделе. Рассмотрим основные проблемы, с которыми сталкиваются при литье этой стали, и меры, которые мы применяем для их решения.

4.1. Усадочная пористость и ликвация

Низколегированные стали имеют значительную объёмную усадку и склонность к зональной ликвации марганца и молибдена. Металл долго остаётся в интервале кристаллизации, питание корочки затруднено — отсюда рассеянная усадочная пористость и химическая неоднородность.

4.2. Газовая пористость и водород (флокены, холодные трещины)

Повышенная растворимость водорода в жидкой стали при кристаллизации ведёт к газовой пористости, а в легированной стали — к образованию флокенов и холодных трещин.

4.3. Горячие трещины (горячеломкость)

Сера и неблагоприятное соотношение Mn/S вызывают горячеломкость — образование горячих трещин при кристаллизации. Усугубляет проблему повышенная усадка и пониженная теплопроводность стали.

4.4. Закалочные трещины и коробление при термообработке

Упрочняющая термическая обработка (закалка) создаёт высокие термические и структурные напряжения, способные вызвать закалочные трещины и коробление, особенно в деталях сложной конфигурации и с переменными сечениями.

4.5. Отпускная хрупкость и снижение ударной вязкости

Низколегированные стали склонны к снижению ударной вязкости при медленном охлаждении после отпуска в опасном интервале температур (отпускная хрупкость), а также при перегреве и росте зерна.

4.6. Неметаллические включения и чистота

Оксиды и сульфиды загрязняют металл и снижают пластичность, ударную вязкость и усталостную прочность.

5. Технология литья

Технология производства отливок из стали 20ГМЛ включает три основных передела: выплавку, формовку и термообработку. Каждый передел выполняется по утверждённым регламентам с фиксацией параметров в технологической документации.

5.1. Выплавка

Выплавка стали 20ГМЛ ведётся в дуговых или индукционных печах с тщательным контролем шихтовых материалов. Технологический процесс обеспечивает низкое содержание серы и фосфора (≤ 0,030 % и ≤ 0,030 % соответственно), глубокое раскисление марганцем и кремнием, точное попадание в заданный диапазон по углероду, марганцу и молибдену. Химический состав корректируется по результатам экспресс-анализа перед выпуском плавки; параллельно отбирается контрольная проба для обязательного химического анализа плавки. Особое внимание — контролю соотношения Mn/S (не ниже 20–25) и содержанию водорода в расплаве.

5.2. Формовка

Формовка выполняется в песчано-смоляные формы из холодно-твердеющих смесей (ХТС). Организуется направленное питание отливки прибылями, исключающее образование усадочной рыхлости и горячих трещин.

5.3. Термообработка

Заключительной операцией литейного передела является термическая обработка. Базовый режим — нормализация 920–950 °C; при повышенных требованиях к прочности и вязкости применяется улучшение: закалка 880–900 °C с последующим высоким отпуском 600–650 °C. Улучшение формирует однородную структуру сорбита, обеспечивая оптимальное сочетание прочности, пластичности и ударной вязкости и стойкость к хрупкому разрушению при отрицательных температурах. Скорость нагрева и охлаждения, а также среды определяются толщиной и конфигурацией отливки и фиксируются в технологической документации.

6. Механическая обработка и неразрушающий контроль

После литейного передела отливки поступают в механическую обработку и проходят обязательный контроль качества, включающий неразрушающие и разрушающие методы.

6.1. Механическая обработка

Механическая обработка отливок выполняется в два этапа — черновая и чистовая. При назначении припусков учитываются допуски на литьё, величина усадки, коробление и деформации после термической обработки, а также необходимый слой для удаления поверхностных дефектов. Отдельного внимания требует учёт повышенной твёрдости стали после термической обработки, что определяет выбор режущего инструмента и режимов резания; при необходимости черновая обработка выполняется до окончательной термообработки с учётом припуска на финишные операции. После черновой обработки при необходимости проводится промежуточная термообработка для снятия остаточных напряжений; чистовая обработка обеспечивает окончательные размеры и требуемую шероховатость поверхности. Широкий парк станочного оборудования позволяет выполнять сложные задачи в приемлемые сроки.

6.2. Неразрушающий контроль

Объём и нормы неразрушающего контроля устанавливаются конструкторской документацией изделия. В зависимости от категории ответственности применяются визуально-измерительный контроль, ультразвуковая дефектоскопия, рентгеноскопия, капиллярный и магнитопорошковый методы. Цель НК — выявление недопустимых дефектов литейного происхождения: раковин, рыхлот, трещин и включений, а также подтверждение сплошности металла в ответственных зонах отливки.

6.3. Разрушающий контроль

Разрушающий контроль включает механические испытания образцов (растяжение и ударный изгиб) и химический анализ на каждую плавку. Результаты оформляются протоколами испытаний и используются при заполнении сертификата приёмки отливки.

7. Приёмка

Приёмка отливок и литых деталей из стали 20ГМЛ осуществляется по ГОСТ 977-88, СТ ЦКБА 014-2004, ГОСТ Р 53464-2009 и по иным требованиям конструкторской документации: