Сталь 13Х11Н2В2МФ-Ш (ЭИ961Ш): высокопрочная жаропрочная мартенситная сталь

Сталь 13Х11Н2В2МФ-Ш (ЭИ961Ш) – это высокопрочная жаропрочная мартенситная сталь, легированная хромом, никелем, вольфрамом, ванадием и молибденом, выплавленная методом электрошлакового переплава (ЭШП). Обозначение “Ш” в конце указывает на применение технологии ЭШП, которая значительно улучшает качество металла. Эта сталь разработана для работы при высоких температурах и нагрузках в условиях коррозионного воздействия и находит широкое применение в авиационной, ракетно-космической и энергетической отраслях. ЭИ961Ш – старое обозначение этой стали.

Химический состав стали 13Х11Н2В2МФ-Ш (ЭИ961Ш) (ГОСТ 5632-72):

• Углерод (C): 0.10 - 0.16% (влияет на прочность и твердость)
• Хром (Cr): 12.0 - 14.0% (обеспечивает коррозионную стойкость и жаропрочность)
• Никель (Ni): 1.8 - 2.5% (улучшает вязкость и прокаливаемость)
• Вольфрам (W): 1.0 - 1.5% (повышает жаропрочность и прочность при высоких температурах)
• Ванадий (V): 0.2 - 0.4% (улучшает жаропрочность, мелкозернистость и прочность)
• Молибден (Mo): 0.8 - 1.2% (повышает жаропрочность, прокаливаемость и устойчивость к отпуску)
• Марганец (Mn): До 0.4% (улучшает прокаливаемость и структуру)
• Кремний (Si): До 0.3% (улучшает прочность и упругость)
• Сера (S) и Фосфор (P): Не более 0.015% каждого (вредные примеси, содержание строго контролируется для улучшения механических свойств и коррозионной стойкости)
• Медь (Cu): До 0.3% (улучшает коррозионную стойкость)

Электрошлаковый переплав (ЭШП):

Технология электрошлакового переплава (ЭШП) является важной особенностью стали 13Х11Н2В2МФ-Ш. ЭШП обеспечивает:

• Повышенную чистоту металла: Удаление вредных примесей (сера, фосфор, газы) и неметаллических включений.
• Улучшенную однородность химического состава: Равномерное распределение легирующих элементов по всему объему слитка.
• Мелкозернистую структуру: Что повышает прочность, вязкость и усталостную прочность.
• Улучшенные механические свойства: Повышение прочности, пластичности и ударной вязкости.
• Повышенную коррозионную стойкость: Особенно в агрессивных средах.

Основные свойства стали 13Х11Н2В2МФ-Ш (ЭИ961Ш):

• Высокая прочность: Обладает высокой прочностью на разрыв, пределом текучести и пределом длительной прочности при повышенных температурах.
• Жаропрочность: Сохраняет свои механические свойства при высоких температурах (до 550-600 °C).
• Удовлетворительная коррозионная стойкость: Устойчива к коррозии в атмосферных условиях, в воде и в некоторых слабоагрессивных средах.
• Хорошая вязкость и ударная прочность: Благодаря содержанию никеля, сталь обладает хорошей вязкостью и ударной прочностью.
• Хорошая свариваемость: Ограниченно сваривается, требуется соблюдение специальных технологий сварки и последующая термическая обработка.
• Невысокий коэффициент линейного расширения: Позволяет использовать эту сталь в узлах, подверженных перепадам температур.
• Магнитные свойства: Сталь 13Х11Н2В2МФ-Ш является ферромагнитной.

Термическая обработка стали 13Х11Н2В2МФ-Ш (ЭИ961Ш):

Термическая обработка является ключевым этапом для достижения оптимальных свойств:

• Закалка: Нагрев до температуры 980-1050 °C, выдержка и охлаждение в масле или на воздухе. Обеспечивает твердость и прочность.
• Отпуск: Нагрев до температуры 550-650 °C, выдержка в течение нескольких часов (2-4 часа) и охлаждение на воздухе. Снижает хрупкость, повышает вязкость и стабилизирует структуру стали. Режим отпуска подбирается в зависимости от требуемых свойств (жаропрочность, прочность, пластичность).

Применение стали 13Х11Н2В2МФ-Ш (ЭИ961Ш):

Сталь 13Х11Н2В2МФ-Ш (ЭИ961Ш) применяется в:

• Авиационная промышленность: Изготовление дисков, лопаток, роторов турбин, крепежных деталей и других ответственных компонентов авиационных двигателей.
• Ракетно-космическая промышленность: Детали двигателей, работающие при высоких температурах и нагрузках.
• Энергетика: Детали газовых и паровых турбин.
• Машиностроение: Изготовление деталей машин, работающих при высоких температурах и нагрузках.
• Изготовление инструмента: Для инструмента, работающего при высоких температурах.

Особенности при работе со сталью 13Х11Н2В2МФ-Ш (ЭИ961Ш):

• Строгое соблюдение режимов термической обработки: Правильный выбор температур и времени закалки и отпуска критически важен для достижения требуемых свойств.
• Свариваемость: Сварка стали 13Х11Н2В2МФ-Ш ограничена и требует применения специальных методов сварки (аргонодуговая сварка) и присадочных материалов, соответствующих составу стали, а также последующей термообработки для снятия напряжений.
• Механическая обработка: Сталь обладает высокой прочностью, поэтому механическая обработка требует использования твердосплавного инструмента и соблюдения режимов резания, рекомендованных для данного материала.
• Коррозионная стойкость: Для повышения коррозионной стойкости рекомендуется применять защитные покрытия или использовать сталь в средах, не вызывающих коррозию.

Преимущества стали 13Х11Н2В2МФ-Ш (ЭИ961Ш):

• Высокая прочность при повышенных температурах.
• Жаропрочность.
• Хорошая вязкость и ударная прочность.
• Улучшенная чистота и однородность (благодаря ЭШП).

Недостатки стали 13Х11Н2В2МФ-Ш (ЭИ961Ш):

• Ограниченная свариваемость.
• Сложность механической обработки (из-за высокой прочности).
• Более высокая стоимость (по сравнению с обычными сталями, за счет сложного легирования и ЭШП).

Заключение:

Сталь 13Х11Н2В2МФ-Ш (ЭИ961Ш) представляет собой высококачественный материал, сочетающий в себе высокую прочность, жаропрочность и хорошую вязкость. Применение электрошлакового переплава (ЭШП) позволяет получить металл с улучшенными характеристиками, что делает эту сталь востребованной в самых ответственных отраслях промышленности. Правильный выбор режимов термической обработки и соблюдение технологических рекомендаций обеспечивают долговечность и надежность работы изделий, изготовленных из этой стали.