1. Наши возможности

АО «Завод специального машиностроения «Маяк» специализируется на изготовлении фасонных отливок с механической обработкой из жаростойкой коррозионно-стойкой стали аустенитного класса 20Х25Н19С2Л. Материал относится к классу хромоникелькремнистых сталей (23–27 % Cr, 18–20 % Ni, 2–3 % Si), структура которых представляет собой легированный аустенит, устойчивый при высоких температурах. Сталь предназначена для деталей, работающих длительно при высоких температурах в газовых средах, печных атмосферах, продуктах сгорания и при знакопеременных тепловых нагрузках. Высокая жаростойкость и окалиностойкость сочетаются с удовлетворительной прочностью и высокой пластичностью.

2. Химический состав стали 20Х25Н19С2Л

Химический состав стали 20Х25Н19С2Л регламентируется ГОСТ 977-88. Нормы состава приведены в таблице 1.

Таблица 1 — Химический состав стали 20Х25Н19С2Л по ГОСТ 977-88

Инженерная логика состава

3. Механические свойства

Механические свойства стали для отливок марки 20Х25Н19С2Л нормируются ГОСТ 977-88.

3.1. Нормируемые значения (ГОСТ 977-88)

Таблица 2 — Нормируемые механические свойства стали 20Х25Н19С2Л (ГОСТ 977-88)

*Значения приведены для отливок с толщиной стенки до 100 мм. Ударная вязкость KCU/работа удара не нормируется.

Инженерная логика прочностных характеристик

4. «Капризность» стали 20Х25Н19С2Л и меры борьбы с ней

Сталь 20Х25Н19С2Л по своей природе является сложным объектом для литейного производства. Аустенитная структура, высокое содержание хрома, никеля и кремния, значительная усадка и чувствительность к режиму термообработки — 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

Высоколегированные аустенитные стали имеют значительную объёмную усадку и выраженную склонность к ликвации хрома, никеля и особенно кремния. Металл долго остаётся в интервале кристаллизации, питание корочки затруднено — отсюда рассеянная усадочная пористость и химическая неоднородность.

4.2. Газовая пористость и насыщение газами

Расплав активно растворяет водород и азот, что ведёт к газовой пористости и структурной неоднородности. Для сталей с высоким содержанием никеля и кремния этот риск особенно высок.

4.3. Горячие трещины (горячеломкость)

Аустенитные стали имеют повышенную усадку и пониженную теплопроводность, что создаёт высокие термические напряжения при охлаждении и склонность к горячим трещинам в тонких сечениях и в зонах сопряжений. Аустенитная структура склонна к горячим трещинам сильнее мартенситной.

4.4. Карбидная хрупкость и межкристаллитная коррозия

При нагреве в интервале 500–850 °C (в том числе при медленном охлаждении после заливки или термообработки) по границам зёрен выделяются карбиды хрома. Области, обеднённые хромом, теряют коррозионную стойкость — развивается межкристаллитная коррозия (МКК), особенно опасная для оборудования, работающего в агрессивных и высокотемпературных средах.

4.5. Неметаллические включения и чистота

Оксиды и сульфиды загрязняют металл и снижают коррозионную стойкость, пластичность, ударную вязкость и жаростойкость.

4.6. Химическая неоднородность и разброс свойств

Из-за ликвации хрома, никеля и кремния свойства по сечению отливки могут различаться. Неравномерное распределение кремния ведёт к разной окалиностойкости, а углерода — к разной склонности к МКК.

5. Технология литья

Технология производства отливок из стали 20Х25Н19С2Л 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 20Х25Н19С2Л ведётся в дуговых или индукционных печах с тщательным контролем шихтовых материалов. Технологический процесс обеспечивает низкое содержание серы и фосфора (≤ 0,030 % и ≤ 0,035 % соответственно), глубокое раскисление марганцем и кремнием и точное попадание в заданный диапазон по углероду, хрому, никелю и кремнию. Химический состав корректируется по результатам экспресс-анализа перед выпуском плавки; параллельно отбирается контрольная проба для обязательного химического анализа плавки.

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 — закалка (аустенитизация) 1090–1110 °C с охлаждением в воде, масле или на воздухе. Закалка растворяет карбиды, выравнивает структуру и обеспечивает жаростойкие и эксплуатационные свойства, а ускоренное охлаждение предотвращает выделение карбидов хрома по границам зёрен. Выбор среды охлаждения и скорость 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. Аустенитная сталь склонна к наклёпу и имеет пониженную теплопроводность, 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 и капиллярный (цветной) метод. Поскольку сталь 20Х25Н19С2Л в аустенитном состоянии парамагнитна (немагнитна), магнитопорошковый метод не применим — для выявления поверхностных дефектов используется капиллярный (цветной) контроль. 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 20Х25Н19С2Л осуществляется по ГОСТ 977-88, ГОСТ Р 53464-2009 и по иным требованиям конструкторской документации: