книги из ГПНТБ / Металлургия Кировского завода сборник статей к 100-летию мартеновского производства на заводе (1874-1974)

кремния как легирующего элемента. Учитывая небольшую толщину деталей, мы предложили упростить состав высокопрочной хромоникельмолибденокремнистой стали путем использования в качестве легирую­ щих элементов только хрома и кремния.

Первая плавка хромокремнистой стали весом 20 кг была проведена в тигельной мастерской завода мастером Н. М. Колкиным. Исследова­ ние этой стали показало прокаливаемость в масле до 50 мм и высокую ударную вязкость.

Нашим предложением использовать хромокремнистые стали в ка­ честве заменителя легированных марок, содержащих никель и молиб­ ден, заинтересовался Наркомтяжпром, и в начале 1932 г. я был вызван в Москву к заместителю наркома. Из беседы с ним я узнал, что страна остро нуждается в стали, способной заменить марки, содержа­ щие никель и молибден, которые в то время являлись весьма дефи­ цитными.

По распоряжению наркомата «Красный путиловец» должен был срочно отлить, прокатать и испытать две электроплавки хромокрем­ нистой стали. В апреле 1932 г. сталь была испытана в виде пластин толщиной 13—14 мм и показала высокую прочность и вязкость. В 1932 г. вместе с директором завода «Красный путиловец» К. М. Отсом мы доложили наркомату результаты испытания. Было принято решение направить на завод специальную комиссию, в присутствии которой следовало изготовить и испытать образцы хромокремнистой стали.

Через несколько дней было выдано 10 сорокатонных мартеновских плавок, слитки прокатали, а заготовки после термической обработки подвергли специальным испытаниям. На одном из испытаний присут­ ствовал секретарь Ленинградского обкома и горкома партии С. М. Ки­ ров вместе с представителями Ижорского завода, которому наш завод передал технологию производства хромокремнистой стали.

В июне 1932 г. К. М. Отс и я были приняты Г. К- Орджоникидзе. Встреча с Серго Орджоникидзе произвела на нас неизгладимое впечат­ ление. По его распоряжению было начато широкое производство хромокремнистой стали на заводах Ижорском, «Красный путиловец» и ряде других. Для удобства маркировки листовых деталей хромо­ кремнистой стали было присвоено наименование ПИ — по имени впервые освоивших ее производство Путиловского и Ижорского заво­ дов. В течение 1932 г. эти заводы несколько раз посетил С. М. Киров.

В октябре 1932 г. Указом Президиума ВЦИК директор «Красного путиловца» К. М. Отс, глабный металлург Ижорского завода А. В. Нагоров и автор статьи были награждены орденом Ленина. Необходимо отметить, что в проведение работ по исследованию свойств хромокрем­ нистой стали и ее термической обработки большой вклад внес инженер Ю. В. Ельцин и другие работники лаборатории завода.

С 1933 г. производство хромокремнистых марок стали и область их применения начали непрерывно расширяться. Возникла необходи­

201

мость в создании нескольких марок этой стали, отличающихся по со­ держанию углерода. И такие марки, производные от стали ПИ, были созданы, получив обозначения ЗКХ и 4КХ (позже они вошли в ГОСТ 4543 как марки ЗЗХС, 38ХС и 40ХС).

Сталь ЗЗХС применяется для изготовления деталей машин, под­ вергаемых закалке'и высокому отпуску, а сталь 38ХС—для изготов­ ления закаливающихся шестерен, подвергаемых закалке и низкому отпуску, при этом обеспечивается прочность не менее 180 кГм/мм2 при ударной вязкости более 4 кГм/см2. Применение низколегированной стали с таким высоким уровнем прочности было осуществлено впервые в стране и дало значительный технико-экономический эффект.

Успешное применение хромокремнистых марок стали стимулиро­ вало развитие дальнейших исследований в направлении изыскания марок повышенной прокаливаемости. Были проведены исследования влияния дополнительного легирования хромокремнистой стали многими элементами при вариациях по хрому от 1 до 5%. В результате этих исследований наибольшее применение нашла сталь марок 25ХСМА и ЗЗХСМА. Было установлено благоприятное влияние малых добавок ванадия на свойства этих марок стали. Кроме того, успешными оказа­ лись разработка и применение марки стали, где хром был заменен марганцем. Весьма интересные свойства проявились у стали марки ЗЗСГДА, легированной медыо. Все эти работы проводились при непо­ средственном участии инженера А. М. Нахимова.

В дело освоения хромокремнистых марок стали большой вклад внесли инженеры мартеновского цеха завода П. И. Рыбин, М. А. Мар-

2. ХАРАКТЕРИСТИКА ХРОМОКРЕМНИСТОЙ СТАЛИ

Среднеуглеродистая хромистая сталь при содержании хрома около 1 % обладает в изделиях небольшого сечения хорошими механи­ ческими свойствами, но неглубокой прокаливаемостью. Введение в хро­ мистую сталь около 1 % кремния резко меняет ее свойства — позволяет применять масляную закалку при небольших сечениях и увеличивает прокаливаемость. По влиянию на прокаливаемость 1% кремния в кон­ струкционной стали приблизительно равноценен 1,5% никеля. Повыше­ ние легированности за счет увеличения содержания кремния выше 1 % дает незначительные преимущества, а повышение содержания хрома в хромистой и хромокремнистой стали приводит к сильному росту прокаливаемости.

202

Практическое значение машиностроительные стали имеют при

Свойства хромокремнистой стали могут быть улучшены введением молибдена, вольфрама, никеля, ванадия, титана и некоторых других

Пр и ме ч а н и е . Химический состав стали марок ЗЗХС, 38ХС и 40ХС указан по ГОСТу 4543-71.

Для стали ЗЗХС точка ACi наблюдается в интервале температур 760—780° С, а точка АС3 —в интервале 810—840° С. При повышенном содержании хрома положение точек АС] и АС3 повышается (особенно АС3). На струнном гальванометре была определена критическая ско­ рость закалки, которая составила для стали состава 0,33% С, 1,35% Si и 1,35 Сг около 35 град/сек. Стали, содержащие около 3% хрома, на небольших сечениях закаливаются при охлаждении на воздухе.

На рис. 1 представлена диаграмма механических свойств стали марки ЗКХ (ЗЗХС) основной мартеновской плавки № 3022 следующего

метром 50 мм после прокатки, прокатки и отпуска при 680° С, нормали­ зации при 930° С и улучшения — закалки при 900° С в масле и отпуске при 680° С. Образцы испытывались на разрыв при диаметре 11,3 мм при пятикратной длине. Ударная вязкость определялась на образцах Ме-

наже.

На рис. 2 представлены механические свойства стали марки ЗКХ (ЗЗХС) в зависимости от температуры закалки и отпуска. Эти свойства

203

-,ооо

Z50 %

!

£

200 *

5».

Л/50

Рис. 2. Влияние температуры отпуска на механические свойства стали марки ЗЗХС, предварительно закаленной при 930° С в воде (охлаждение после отпуска водяное). Обработка производилась на заготовках диамет­ ром 50 мм.

204

Температура закалки, °C

Рис. 3. Влияние температуры закалки (масло) на ме­ ханические свойства стали ЗЗХС плавки 3122 после отпуска при 270° С.

Гбе/зЗасть по б/зилел/о 05

Рис. 4. Влияние температуры отпуска на механические свой­ ства стали марки 38ХС, предварительно закаленной при 930° С в масле (охлаждение после отпуска воздушное).

205

характерны для мелкозернистой стали, а для крупнозернистой стали оптимальная температура закалки ниже. При предварительном улучше­ нии температура второй закалки может быть понижена с 930 до 900— 875° С. При сечении до 50 мм для стали ЗЗХС закалка может осущест­ вляться в масле или в воде, а для стали 38ХС применяется закалка в масле.

Рис. 5. Диаграмма частоты (в %) значений механических испытаний по сжатию и ударной вязкости полых валов из стали ЗЗХС при различных значениях временного сопро­ тивления.

Зависимость свойств стали ЗЗХС (плавка № 3022) от температуры отпуска показана на рис. 3. Термическая обработка проводилась на заготовках диаметром 50 мм и длиной 150 мм.

Диаграмма (рис. 4) показывает изменения свойств стали 4КХ (38ХС) от температуры отпуска. Исследованная сталь основной мартеновской плавки имела следующий химический состав: 0,38% С, 1,3% Si и 1,45% Сг. Термообработка проводилась на готовых образцах Менаже и разрывных образцах диаметром 11,3 мм при l= 5d.

206

Как видно из диаграммы, уровень механических свойств стали 38ХС высокий. Твердость и предел прочности практически не изменя­ ются при отпуске до 350° С, а ударная вязкость достигает максималь­ ного значения после отпуска при 250—300° С.

Как уже указывалось, основное назначение стали 38ХС — изготов­ ление закаливающихся шестерен. Рекомендуемая термическая обра­ ботка заключалась в первой закалке шестерен с еще ненарезанным зубом при 900—930° С и отпуске при 680° С. После данной термообра­ ботки следовали нарезка зубьев и окончательная закалка в масле при 880—900° С и отпуске 250-—280° С. Твердость шестерен была не ниже 48 HRC и практически находилась в пределах 51—55 HRC. Стойкость их на износ не ниже, чем шестерен из хромоникелевой стали.

На рис. 5 приведена диаграмма частоты в процентах значений ме­ ханических характеристик трубчатых осей диаметром 120 мм и толщи­ ной стенки 15 мм (ЗКХ). Трубы после прокатки подвергались нормали­ зации при 900° С, закалке при 900° С в горячей воде и отпуску при 600° С с охлаждением в теплой воде. Хромокремнистые стали восприим­ чивы к отпускной хрупкости. Эта восприимчивость в значительной сте­ пени зависит от условий выплавки, насыщенности активными приме­ сями и величины зерна. Для стали, раскисленной углеродом, марганцем и алюминием, отпускная хрупкость может практически не наблюдаться.

3. ВЫПЛАВКА ХРОМОКРЕМНИСТОЙ СТАЛИ

Плавки проводились в основных мартеновских, кислых мартенов­ ских и основных дуговых электропечах. Наиболее высокие характери-

Приме ча ние . Плавки мелкозернистые (величина зерна >6 7).

207

стики ударной вязкости наблюдались для основной электростали и основной мартеновской стали. Каждая плавка подвергалась плавочному контролю, данные о котором по стали 38ХС представлены в табл. 2.

Как видно из данных этой таблицы, при практически одинаковой пластичности плавки резко отличаются по ударной вязкости. Причина низкой вязкости стали кремневосстановителыгого процесса была уста­ новлена намного позже получения этих данных. Планка кремневосста­ новительным процессом в значительной степени способствует насыще­ нию металла активными кремнекислородными соединениями, сильно влияющими на вязкость закаленной и отпущенной стали. Для дости­ жения высокой вязкости и наименьшей восприимчивости к отпускной хрупкости следует применять бескремнистое раскисление, а кремний вводить в уже хорошо раскисленный металл.

Рис. 6. Влияние температуры отпуска на механические свой­ ства Si-Сг-Мо-стали. Закалка в масле при 930° С, выдержка 45 мин. Выдержка при отпуске 1 час. Образны из заготовки

диаметром 22 мм.

Хромокремнемолибденовая сталь. Введение молибдена в хромо­ кремнистые стали оказывает весьма значительное влияние на ее свой­ ства. Эффект влияния молибдена проявляется уже при малых (около 0,1%) содержаниях этого элемента. Практическое значение могут иметь хромокремнистые стали как с обычным, так и с повышенным содержа­ нием молибдена в пределах от 0,1 до 2 %.

Как видно из рис. 6 , представляющего собой диаграмму изменения механических свойств стали в зависимости от температуры отпуска, хромокремнемолибденовая сталь обладает высокой устойчивостью против отпуска и хорошими механическими свойствами.

208