Изготовление литых деталей из стали 35Х18Н24С2Л

Свойства и особенности. Как достигаем качество

АО «Завод специального машиностроения «Маяк» — надёжный поставщик фасонных отливок с механической обработкой из жаростойкой и жаропрочной стали аустенитного класса 35Х18Н24С2Л. Материал сочетает высокую жаростойкость (до 1100 °C) и жаропрочность с хорошей пластичностью, вязкостью и технологичностью, предназначен для ответственных деталей, работающих длительно при высоких температурах под нагрузкой: печного, цементного, энергетического и теплотехнического оборудования. 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 жаропрочной коррозионно-стойкой стали аустенитного класса 35Х18Н24С2Л. Материал относится к классу хромоникелевых (17–20 % Cr; 23–25 % Ni) сталей с высоким содержанием никеля, обеспечивающим стабильную аустенитную структуру, и кремния (2–3 %), повышающего жаростойкость и сопротивление окалинообразованию. Высокая жаростойкость сочетается с жаропрочностью, пластичностью и вязкостью в широком диапазоне температур.

• Нормативная база: работаем по ГОСТ 977-88 «Отливки стальные. Общие технические условия» группы 1,2,3.

• Типовые детали: звенья и детали печных конвейеров, шнеки и витки транспортёров обжиговых и цементных печей, детали крепления и арматуры горячего тракта, реторты, камеры, кронштейны и подвески, работающие в зоне высоких температур, детали теплообменников и теплотехнического оборудования, дистанционирующие и несущие элементы термических и нагревательных печей, крепёжные детали горячих зон, а также другие детали, работающие длительно при температурах до ~1100 °C под нагрузкой.

• Полный цикл на одном предприятии: разработка литейной технологии → моделирование литейных процессов в ProCast → изготовление модельной оснастки → выплавка → заливка → термообработка → механическая обработка → неразрушающий и разрушающий контроль → приёмка, включая освидетельствование РМРС по отдельным изделиям.

Максимальная масса отливки

6 000 кг

Максимальная длина отливки

4 000 мм

Технология литья

Литьё в ХТС

холодно-твердеющие смеси

Полный цикл — гарантия качества. Концентрация всех переделов в рамках одного предприятия позволяет контролировать качество на каждом технологическом этапе, сокращать сроки поставки и нести полную ответственность за соответствие отливок и готовых деталей требованиям нормативной документации. По запросу заказчика предоставляется полный комплект сопроводительных документов: сертификаты плавок, протоколы механических испытаний, заключения неразрушающего контроля и акты приёмки.

2. Химический состав стали 35Х18Н24С2Л

Химический состав стали 35Х18Н24С2Л регламентируется ГОСТ 977-88. Нормы состава приведены в таблице 1.

Таблица 1 — Химический состав стали 35Х18Н24С2Л

Элемент	C	Mn	Si	Cr	Ni	P	S
35Х18Н24С2Л	0,30–0,40	≤ 1,50	2,00–3,00	17,00–20,00	23,00–25,00	≤ 0,035	≤ 0,030

Инженерная логика состава

• Ni 23,00–25,00 % — никель — главный «стабилизатор» аустенита. Именно высокое содержание никеля удерживает аустенитную структуру во всём рабочем диапазоне температур, обеспечивает жаропрочность, пластичность и вязкость, а также отсутствие ферромагнетизма. Никель препятствует образованию хрупких фаз при длительной работе в горячей зоне.

• Cr 17,00–20,00 % — хром — основа жаростойкости и коррозионной стойкости. Хром образует на поверхности плотную пассивную оксидную (окалинную) плёнку, защищающую металл от окисления и газовой коррозии при высоких температурах и в продуктах сгорания.

• Si 2,00–3,00 % — кремний — ключевой элемент для жаростойкости. Увеличивает сопротивление окислению (окалиностойкость) при высоких температурах, одновременно повышает твёрдость и износостойкость. Верхний предел ограничивают, чтобы сохранить достаточную пластичность и обрабатываемость.

• C 0,30–0,40 % — углерод — повышает прочность, жаропрочность и сопротивление ползучести при повышенных температурах, а также износостойкость. Верхний предел ограничен для сохранения пластичности и вязкости.

• Mn ≤ 1,50 % — марганец — раскислитель и элемент, стабилизирующий аустенит; связывает серу, снижая её вредное влияние на горячеломкость и красноломкость.

• P ≤ 0,035 % и S ≤ 0,030 % — ограничения по фосфору и сере гарантируют требуемый уровень пластичности, ударной вязкости, жаропрочности и технологичности.

Ключевое следствие. Аустенитная жаропрочная матрица с высоким содержанием никеля и кремния — источник технологической «капризности» (см. раздел 4): крупнозернистая структура при затвердевании, склонность к ликвации и к образованию хрупких фаз при длительном нагреве, большая усадка и низкая теплопроводность — и особые требования к термообработке (высокотемпературная аустенитизация с закалкой в воде).

3. Механические свойства

Механические свойства стали для отливок марки 35Х18Н24С2Л нормируются ГОСТ 977-88.

3.1. Нормируемые значения (ГОСТ 977-88)

Таблица 2 — Нормируемые механические свойства стали 35Х18Н24С2Л

Марка	Рекомендуемый режим ТО	σт, МПа	σв, МПа	δ5, %	ψ, %
35Х18Н24С2Л	Аустенитизация 1140–1160 °C, охлаждение в воде	≥ 294	≥ 549	≥ 20	≥ 25

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

Инженерная логика прочностных характеристик

• Сочетание жаропрочности и пластичности. Значения σв не менее 549 МПа, σт не менее 294 МПа, δ5 не менее 20 % и ψ не менее 25 % определяют главное достоинство стали: умеренная прочность при комнатной температуре сочетается с сохранением этих свойств при высоких температурах и с высокой пластичностью и вязкостью. Для аустенитного класса (в отличие от мартенситного) важно именно длительное сопротивление ползучести, а не пиковая твёрдость.

• Роль аустенитизации. Термообработка: нагрев до 1140–1160 °C с охлаждением в воде. Назначение — растворить выделившиеся при литье и охлаждении вторичные фазы (карбиды, σ-фазу), получить однородную аустенитную структуру с максимальной пластичностью и вязкостью. При этом предотвращается развитие хрупкости от выделения σ-фазы.

• Скорость охлаждения. Закалка в воде фиксирует аустенитную структуру и исключает повторное выделение карбидов по границам зёрен, которое привело бы к охрупчиванию. Режим и среда охлаждения (вода) определяются толщиной и конфигурацией отливки и фиксируются в технологической документации.

• Работа при высоких температурах. Механические свойства и жаростойкость стабильны в рабочем диапазоне температур (до ~1100 °C на воздухе), что важно для деталей печного, цементного и теплотехнического оборудования.

• Стабильность структуры. Отсутствие магнитных превращений (аустенит не ферромагнитен) и стабильная структура исключают коробление, связанное с фазовыми превращениями, — важно для крупных тонкостенных деталей.

4. «Капризность» стали 35Х18Н24С2Л и меры борьбы с ней

Сталь 35Х18Н24С2Л сложна для литейного производства: ликвация никеля, кремния и углерода, крупнозернистая структура, склонность к горячим трещинам и образованию хрупких фаз, большая усадка и особый режим термообработки. Рассмотрим основные проблемы и меры, которые мы применяем.

4.1. Усадочная пористость, ликвация и рыхлость

Хромоникелевые стали с высоким содержанием никеля и кремния имеют значительную объёмную усадку и широкий интервал кристаллизации, склонны к ликвации и к рассеянной усадочной пористости; из-за низкой теплопроводности питание корочки затруднено.

Наши меры: моделирование в ProCast (анализ температурного поля, горячих пятен, времени затвердевания) на стадии проектирования технологии → расчёт прибылей и холодильников → направленное затвердевание от тонкого сечения к прибыли. Результат — пористость «вытягивается» в прибыль, а не в тело отливки.

4.2. Газовая пористость и насыщение газами

Расплав активно растворяет азот и водород; высокая вязкость и низкая теплопроводность способствуют задержке газов, что ведёт к газовой пористости и структурной неоднородности.

Наши меры: правильное раскисление, аргонная продувка в ковше (вторичная металлургия) — удаление водорода и неметаллических включений, контроль шихты и влажности форм, выплавка в печах с контролируемой атмосферой, контроль режима и температуры заливки в форму.

4.3. Горячие трещины (горячеломкость)

Сталь имеет повышенную усадку и пониженную теплопроводность, что создаёт высокие термические напряжения при охлаждении отливки и склонность к горячим трещинам в тонких сечениях и в зонах сопряжений. Дополнительный фактор — повышенное содержание кремния.

Наши меры: оптимизация литниковой системы, податливые противопригарные покрытия, согласованная податливость формы, технологические радиусы в галтелях и выдержка перед выбивкой (не «рвать» отливку в горячем состоянии). Для сложных сечений режим согласуется с термопрочностным анализом в ProCast.

4.4. Охрупчивание при термообработке и при длительной работе

При медленном охлаждении после высокотемпературного нагрева по границам зёрен выделяются карбиды и σ-фаза, резко снижающие пластичность и ударную вязкость (охрупчивание). Длительная работа в интервале 650–900 °C также способствует выделению σ-фазы.

Наши меры: нагрев до 1140–1160 °C с последующей закалкой в воде — не допускаем медленного охлаждения через опасный интервал температур; строгий контроль режимов термообработки в печи с фиксацией параметров; при эксплуатации в горячей зоне — расчёт ресурса и учёт охрупчивания в конструкции детали.

4.5. Крупное зерно и структурная неоднородность

Аустенитные стали склонны к формированию крупного зерна при затвердевании, что снижает пластичность и вязкость, а ликвация никеля и кремния даёт разброс свойств по сечению отливки.

Наши меры: контроль химического состава по плавке, модифицирование и выбор режимов заливки, моделирование кристаллизации в ProCast, единые режимы аустенитизации с закалкой в воде, аттестационный контроль механических свойств на образцах из пробных брусков.

4.6. Неметаллические включения и чистота

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

Наши меры: аргонная продувка (флотация включений), отстой в ковше, керамические пенокерамические фильтры/барьеры, чистая шихта и строгий регламент завалки.

Резюме по «капризности»

Сталь 35Х18Н24С2Л не терпит импровизации ни на одном этапе: металл (газы, включения, ликвация), форма (усадка, горячие трещины) и термообработка (охрупчивание, крупное зерно). Три «столпа» нашей технологии — аргонная продувка расплава, полное моделирование в ProCast и строгий регламент термообработки (аустенитизация + закалка в воде) — снимают эти риски и позволяют стабильно попадать в требования ГОСТ 977-88.

5. Технология литья

Технология производства отливок из стали 35Х18Н24С2Л 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 35Х18Н24С2Л 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, 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 — аустенитизация 1140–1160 °C с охлаждением в воде. Назначение — растворить вторичные фазы, получить однородную аустенитную структуру, обеспечить максимальную пластичность, вязкость и стабильность свойств. Режим и среда охлаждения 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 35Х18Н24С2Л склонна к наклёпу и упрочнению при резании, что определяет выбор режущего инструмента, режимов резания и охлаждения; при необходимости черновая обработка выполняется с учётом припуска на финишные операции. После черновой обработки при необходимости проводится промежуточный отжиг 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 Правилами РМРС и конструкторской документацией изделия. В зависимости от категории ответственности применяются визуально-измерительный контроль, ультразвуковая дефектоскопия, рентгеноскопия и капиллярный метод. Поскольку сталь 35Х18Н24С2Л аустенитного класса и немагнитна, магнитопорошковый метод не применяется — вместо него для поверхностных дефектов используются капиллярный (люминесцентный/цветной) и визуально-измерительный 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 35Х18Н24С2Л осуществляется по ГОСТ 977-88, ГОСТ Р 53464-2009 и по иным требованиям конструкторской документации:

1. Химический анализ — по сертификату плавки (C, Mn, Si, Cr, Ni, P, S).

2. Механические испытания — на образцах из пробных брусков: σт, σв, δ5, ψ, KCU при +20 °C.

3. Контроль дефектов — визуальный и измерительный контроль, при необходимости УЗК/РК и капиллярный контроль ответственных зон.

4. Документация — сертификат качества по ГОСТ 977-88 с номером плавки, режимами термообработки и результатами испытаний.

Изготовление отливок из стали 35Х18Н24С2Л

Полный производственный цикл: разработка технологии, моделирование в ProCast, литьё в ХТС, термообработка, механическая обработка и контроль готовых деталей.

Возврат к списку

КАК СДЕЛАТЬ ЗАКАЗ?

Если у вас возникли вопросы или вы хотите узнать цены, обращайтесь в отдел сбыта по телефону:

+7 (4842) 75-10-21 (многоканальный)

или на e-mail:

zsm-mk@yandex.ru

Профессиональные сотрудники предоставят Вам дополнительную информацию и помогут оформить заявку.

Отправляя заявку я даю свое согласие на обработку моих персональных данных

ВНИМАНИЕ! С 01.11.2024г Принимаем на заказ ТОЛЬКО ЛИТЫЕ детали!

Работы с листом, поковками, штамповками не производятся.

подать заявку на заказ