Марганцовистые стали марки
Марганцевая сталь характеристики
Рис. 1
Марганец – химический элемент с атомной массой 54,9380 и атомным номером 25, серебристо-белого оттенка, с большой массой, в природе существует в виде стабильного изотопа 35Мn.
Первые упоминания о металле записал древнеримский ученый Плиний, называл его «черным камнем».
В те времена марганец использовался в качестве осветлителя стекла, во время процесса варки в расплав добавлялся пиролюзит марганца МnО2.
В Грузии издавна пиролюзит марганца использовался как присадка во время получения железа, назывался черной магнезией и считался одной из разновидностей магнетита (магнитного железняка).
Лишь в 1774 году шведским ученым Шееле было доказано, что это соединение неизвестного науке металла, а через несколько лет Ю.
Ган во время нагревания смеси угля и пиролюзита получил первый марганец, загрязненный атомами углерода.
Рис. 2
Природное распространение марганца
В природе химический элемент марганец малораспространен, в земной коре его содержится всего 0,1%, в вулканической лаве 0,06–0,2%, металл на поверхности в рассеянном состоянии, имеет форму Мn2+.
На поверхности земли под воздействием кислорода быстро образуются окислы марганца, имеют распространение минералы Мn3+ и Мn4+, в биосфере металл малоподвижен в окислительной среде.
Марганец – химический элемент, активно мигрирует при наличии восстановительных условий, металл очень подвижен в кислых природных водоемах тундры и лесных ландшафтах, где преобладает окислительная среда. По этой причине культурные растения имеют избыточное содержание металла, в почвах образуются железомарганцевые конкреции, болотные и озерные низкопроцентные руды.
В регионах с сухим климатом преобладает щелочная окислительная среда, что ограничивает подвижность металла. В культурных растениях ощущается недостаток марганца, сельхозпроизводство не может обходиться без использования специальных комплексных микродобавок.В реках химический элемент малораспространен, но суммарный вынос может достигать больших величин. Особенно много марганца имеется в прибрежных зонах в виде естественных осадков.
На дне океанов встречаются большие залежи металла, которые образовались в давние геологические периоды, когда дно было сушей.
Химические свойства марганца
Марганец относится к категории активных металлов, при повышенных температурах активно вступает в реакции с неметаллами: азотом, кислородом, серой, фосфором и другими. В результате образуются разновалентные окислы марганца.
При комнатной температуре марганец химический элемент малоактивен, при растворении в кислотах образует двухвалентные соли. При нагреве в вакууме до высоких температур химический элемент способен испаряться даже из устойчивых сплавов.
Соединения марганца во многом схожи с соединениями железа, кобальта и никеля, находящихся в такой же степени окисления.
Наблюдается большое сходство марганца с хромом, подгруппа металла также имеет повышенную устойчивость при высших степенях окисления при увеличении порядкового номера элемента. Перенаты являются менее сильными окислителями, чем перманганаты.
Рис. 3
Исходя из состава соединений марганца (II) допускается образование металла с более высокими степенями окисления, такие превращения могут происходить как в растворах, так и в расплавах солей.
Стабилизация степеней окисления марганцаСуществование большого числа степеней окисления у марганца химического элемента объясняется тем, что в переходных элементах во время образования связей с d-орбиталями их энергетические уровни расщепляются при тетраэдрическом, октаэдрическом и квадратном размещении лигандов. Ниже приводится таблица известных в настоящее время степеней окисления некоторых металлов в первом переходном периоде.
Рис. 4
Обращают на себя внимание низкие степени окисления, которые встречаются в большом ряде комплексов. В таблице есть перечень соединений, в которых лигандами являются химически нейтральные молекулы CO, NO и другие.
Рис. 5
За счет комплексообразования стабилизируются высокие степени окисления марганца, самыми подходящими для этого лигандами является кислород и фтор.Если принимать во внимание, что стабилизирующее координационное число равняется шести, то максимальная стабилизация равняется пяти.
Если марганец химический элемент образует оксокомплексы, то могут стабилизироваться более высокие степени окисления.
Фторо- и оксокомплексы
https://www..com/watch?v=isV4UdzdZ5o
Стабилизация марганца в низших степенях окисления
Теория мягких и жестких кислот и оснований дает возможность объяснить стабилизацию разных степеней окисления металлов за счет комплексообразования при воздействии с лигандами. Элементы мягкого типа успешно стабилизируют невысокие степени окисления металла, а жесткие положительно стабилизируют высокие степени окисления.
Теория полностью объясняет связи металл-металл, формально эти связи рассматриваются как кислотно-основное взаимное воздействие.
Рис. 6
Сплавы марганцаАктивные химические свойства марганца позволяют ему образовывать сплавы со многими металлами, при этом большое количество металлов может растворяться в отдельных модификациях марганца и стабилизировать его.
Медь, железо, кобальт, никель и некоторые другие металлы способны стабилизировать γ-модификацию, алюминий и серебро способны расширять β- и σ-области магния в двойных сплавах. Эти характеристики играют важную роль металлургии.
Марганец химический элемент позволяет получать сплавы и высокими значениями пластичности, они поддаются штамповке, ковке и прокату.
В химических соединениях валентность марганца изменяется в пределах 2–7, увеличение степени окисления становится причиной возрастания окислительных и кислотных характеристик марганца. Все соединения Mn(+2) относятся к восстановителям.
Оксид марганца имеет восстановительные свойства, серо-зеленого цвета, в воде и щелочах не растворяется, зато отлично растворяется в кислотах. Гидроксид марганца Mn(OH)3 в воде не растворяется, по цвету белое вещество.
Образование Mn(+4) может быть и окислителем (а), и восстановителем (б).
MnO2 + 4HCl = Cl2 + MnCl2 + 2H2O (а)
Эта реакция используется при необходимости получения в лабораторных условиях хлора.MnO2 + KClO3 + 6KOH = KCl + 3K2MnO4 + 3H2O (б)
Реакция протекает при сплавлении металлов. MnO2 (оксид марганца) имеет бурый цвет, соответствующий гидроксид по цвету несколько темнее.
Физические свойства марганцаМарганец – химический элемент с плотностью 7,2–7,4 г/см3, t° плавления +1245°С, закипает при температуре +1250°С. Металлу присущи четыре полиморфные модификации:
- α-Мn. Имеет кубическую объемно-центрированную решетку, в одной элементарной ячейке располагается 58 атомов.
- β-Мn. Имеет кубическую объемно-центрированную решетку, в одной элементарной ячейке располагается 20 атомов.
- γ-Мn. Имеет тетрагональную решетку, в одной ячейке 4 атома.
- δ-Mn. Имеет кубическую объемно-центрированную решетку.
Температуры превращений марганца: α=β при t°+705°С; β=γ при t°+1090°С; γ=δ при t°+1133С. Наиболее хрупкая модификация α, в металлургии используется редко. Самыми значительными показателями пластичности отличается модификация γ, она чаще всего используется в металлургии. β-модификация частично пластична, промышленность ее применяет редко.
Атомный радиус марганца химического элемента составляет 1,3 А, ионные радиусы в зависимости от валентности колеблются в пределах 0,46–0,91. Марганец парамагнитен, коэффициенты теплового расширения 22,3×10-6 град-1. Физические свойства могут немного корректироваться в зависимости от чистоты металла и его фактической валентности.
Способ получения марганцаСовременная промышленность получает марганец по методу, разработанному электрохимиком В. И. Агладзе путем электрогидролиза водных растворов металла при добавлении (NH4)2SO4, во время процесса кислотность раствора должна быть в пределах рН = 8,0–8,5.
В раствор погружаются свинцовые аноды и катоды из сплава на основе титана АТ-3, допускается замена титановых катодов нержавеющими. Промышленность использует порошок марганца, который после окончания процесса снимается с катодов, металл оседает в виде чешуек.
Способ получения считается энергетически затратным, это оказывает прямое влияние на увеличение себестоимости. При необходимости собранный марганец в дальнейшем переплавляется, что позволяет облегчить его применение в металлургии.
Марганец – химический элемент, который можно получать и галогенным процессом за счет хлорирования руды и дальнейшим восстановлением образовавшихся галогенидов. Такая технология обеспечивает промышленность марганцем с количеством посторонних технологических примесей не более 0,1%. Более загрязненный металл получают при протекании алюмотермической реакции:
3Mn3O4 + 8Al = 9Mn + 4Al2O3
Или электротермией. Для удаления вредных выбросов в производственных цехах монтируется мощная принудительная вентиляция: воздуховоды из ПВХ, вентиляторы центробежного принципа действия.
Кратность обмена воздуха регламентируется нормативными положениями и должна обеспечивать безопасное пребывание людей в рабочих зонах.Использование марганцаГлавный потребитель марганца – черная металлургия.
Широкое использование металл имеет и в фармацевтической промышленности.
На одну тонну выплавляемой стали необходимо 8–9 килограмм, перед введением в сплав марганца химического элемента его предварительно сплавляют с железом для получения ферромарганца.
В сплаве доля марганца химического элемента составляет до 80%, углерода до 7%, остальное количество занимает железо и различные технологические примеси.
За счет использования добавок значительно повышаются физико-механические характеристики сталей, выплавляемых в доменных печах. Технология пригодна и для использования добавок в современных электрических сталелитейных печах. За счет добавок высокоуглеродистого ферромарганца происходит раскисление и десульфарация стали.
При добавке средне- и малоуглеродистых ферромарганцев металлургия получает легированные стали.
Низколегированная сталь имеет в составе 0,9–1,6% марганца, высоколегированная до 15%. Высокими показателями физической прочности и антикоррозионной устойчивости обладает сталь с содержанием 15% марганца и 14% хрома.
Металл износоустойчив, может работать в жестких температурных условиях, не боится прямого контакта с агрессивными химическими соединениями.
Такие высокие характеристики позволяют использовать сталь для изготовления наиболее ответственных конструкций и промышленных агрегатов, работающих в сложных условиях.
Марганец – химический элемент, применяемый и во время выплавки сплавов на безжелезной основе.Во время производства высокооборотных лопаток промышленных турбин используется сплав меди с марганцем, для пропеллеров применяются бронзы с содержанием марганца. Кроме этих сплавов, марганец как химический элемент присутствует в алюминиевых и магниевых.
Он намного улучшает эксплуатационные характеристики цветных сплавов, делает их хорошо деформируемыми, не боящимися коррозионных процессов и износостойкими.
Легированные стали являются основным материалом для тяжелой промышленности, незаменимы во время производства различных типов вооружений. Широко применяются в кораблестроении и самолетостроении.
Наличие стратегического запаса марганца – условие высокой обороноспособности любого государства. В связи с этим добыча металла ежегодно увеличивается.
Кроме того, марганец – химический элемент, применяемый во время производства стекла, в сельском хозяйстве, полиграфии и т. д.
Марганец в флоре и фауне
В живой природе марганец – химический элемент, играющий важную роль в развитии. Он влияет на характеристики роста, состав крови, интенсивность процесса фотосинтеза. В растениях его количество составляет десятитысячные доли процента, а в животных стотысячные доли процента.
Но даже такое незначительное содержание оказывает заметное влияние на большинство их функций. Он активирует воздействие ферментов, влияет на функцию инсулина, минеральный и кроветворный обмен.
Марганцовистые стали марки
| Информационные разделы : Марки стали / Сталь марки 15Г |
| На этой странице представлены технические характеристики и свойства стали марки 15Г (марганцовистая сталь). Мы осуществляем производство и продажу любых марок стали на заказ, также у нас можно заказать или купить со складов самые востребованные марки сталей, всегда имеющиеся в наличие, они представлены в разделе металлопрокат, также в этом разделе представлены цены на эту сталь, расчёт и стоимость доставки можно уточнить у наших менеджеров — мы осуществляем поставки металла в любые регионы России, также Вы можете забрать заказанную сталь самовывозом со складов в Санкт-Петербурге. Производство стали осуществляется в любом удобном Вам виде — стальной круг, стальной квадрат или стальная полоса, в строгом соответствии с ГОСТ и ТУ. Не смогли дозвониться до наших менеджеров? Воспользуйтесь функцией заказа обратного звонка (верхняя левая часть сайта). |
| Марка стали : 15ГЗаменитель : 20Г.Классификация : Сталь конструкционная легированная.Дополнение : Сталь марганцовистая.Применение : после цементации или цианирования — поршневые пальцы, гайки, пальцы рессор, кулачковые валики, шестерни, фрикционные диски, болты, винты, червяки и другие детали с высокой твердостью и износостойкостью поверхности; после улучшения — заклепки ответственного назначения; без термообработки — башмаки, косынки, сварные подмоторные рамы, втулки, штуцера. |
Сталь марки 15Г всегда в наличии на наших складах :
Поставки металла осуществляются по всей территории России, также возможен самовывоз со складов в Санкт-Петербурге. Цена указана за тонну, стоимость и расценки на другие марки стали можно просмотреть или распечатать со страницы прайс лист открыть. Для постоянных заказчиков и при крупных заказах предусмотрены скидки.
| Круг стальной 15Г | Полоса стальная 15Г | Квадрат стальной 15Г |
Химический состав стали марки 15Г :
Химический состав материала 15Г в процентах.
ГОСТ 1050-2013
| C | Si | Mn | Ni | S | P | Cr | Cu |
| 0.12 — 0.19 | 0.17 — 0.37 | 0.7 — 1 | до 0.3 | до 0.035 | до 0.035 | до 0.3 | до 0.3 |
Температура критических точек материала 15Г :
Критические точки, это такие температуры нагревания или остывания стали, при которых совершаются химические изменения и физические превращения, влияющие на свойства и характеристики стали.
| Ac1 = 735 , Ac3(Acm) = 863 , Ar3(Arcm) = 840 , Ar1 = 685 |
Технологические свойства стали марки 15Г :
Технологические свойства стали отображают ее способность принимать определенные деформации, подобные тем, какие готовое стальное изделие будет иметь при дальнейшей обработке или в условиях дальнейшей эксплуатации.
| Свариваемость: | без ограничений. |
| Флокеночувствительность: | не чувствительна. |
| Склонность к отпускной хрупкости: | не склонна. |
Механические свойства стали марки 15Г :
Механические свойства при Т=20oС материала 15Г
| Сортамент | Размер | Напр. | sв | sT | d5 | y | KCU | Термообр. |
| — | мм | — | МПа | МПа | % | % | кДж / м2 | — |
| Пруток, ГОСТ 4543-71 | Ø 25 | 410 | 245 | 26 | 55 | Нормализация 880oC, воздух | ||
| Лист толстый, ГОСТ 1577-93 | 420 | 28 | Нормализация | |||||
| Лист толстый, ГОСТ 1577-93 | 380 | 29 | Отжиг |
| Твердость 15Г нагартованного , ГОСТ 4543-71 | HB 10 -1 = 207 МПа |
| Твердость 15Г , Пруток горячекатан. ГОСТ 10702-78 | HB 10 -1 = 163 МПа |
| Твердость 15Г , Лист толстый ГОСТ 1577-93 | HB 10 -1 = 163 МПа |
Физические свойства стали марки 15Г :
Физические свойства и характеристики стали при различных температурах и других условиях.
| T | E 10- 5 | a 10 6 | l | r | C | R 10 9 |
| Град | МПа | 1/Град | Вт/(м·град) | кг/м3 | Дж/(кг·град) | Ом·м |
| 20 | 7810 | |||||
| 100 | 1.86 | 12.3 | 496 | |||
| 200 | 1.83 | |||||
| 300 | 13.2 | 538 | ||||
| 400 | ||||||
| 500 | 592 | |||||
| 600 | 14.9 |
Зарубежные аналоги стали марки 15Г :
Зарубежные аналоги материала 15Г . Указаны как точные, так и ближайшие аналоги.
| США | Германия | Англия | Евросоюз | Китай | Швеция | Болгария | Польша | Чехия |
| — | DIN,WNr | BS | EN | GB | SS | BDS | PN | CSN |
| 1016 | 15Mn3 | 080M15 | 1.1148 | 15Mn | 2110 | 14G | 15G | 12020 |
| G10160 | C14 | 2S14 | С16Е | H15Mn | 15G | 15GJ | ||
| Cm15 | HP325 |
Сталь 15Г — марганцовистая сталь
| К марочному металлопрокату относят такую категорию сплавов, как металл марки 15Г. Так как в состав металла, помимо основных добавок введены определенные количества марганца с целью легирования, то основные эксплуатационные и технические характеристики изменены в различной степени. Одним из ведущих векторов в работе нашей компании является производство и реализация широкого сортамента марочного металлопроката, в том числе и со специальными свойствами. Вся марганцовистая сталь, предлагаемая нашим заказчикам, только самого высокого качества, и в полной мере соответствует международным и отечественным стандартам качества, а также национальным системам оценки качества продукции тех стран, с клиентами которых наша компания ведет торговлю. Для удобства каждого из покупателей возможно приобретение продукции в виде стандартных заготовок и круглым, полосовидным или квадратным поперечным сечением. Кроме этого сталь 15Г, как и любая другая продукция может быть приобретена непосредственно со склада, так как всегда имеется в наличии, а объем минимальной партии составляет одну тонну, что всегда очень выгодно для мелкооптовых и розничных заказчиков. |
Высокомарганцевые стали
Марганец в чистом виде как конструкционный материал не применяется. Вместе с тем он используется в составе сталей широкого сортамента и различного назначения. В некоторых случаях высокомарганцевые стали практически являются единственными композициями, не имеющими заменителей.
Импульсом к широкому использованию марганца как легирующего элемента и к созданию целого ряда классов высокомарганцевых сталей является, по-видимому, изобретение выше 100 лет назад Гадфильдом высокомарганцевой углеродистой стали, которая в СНГ известна под маркой 110Г13 (или Г13Л).
И хотя ежегодно в мире публикуется множество теоретических работ и научно-технологических сообщений о результатах поисков дальнейшего повышения качества этой стали, многие вопросы теории и технологии высокомарганцевых сталей все еще требуют изучения.
Ниже рассмотрены основные группы высокомарганцевых сталей.
Кавитационные марганецсодержащие стали
Основным требованием к сталям этого назначения является высокое сопротивление изделий интенсивному кавитационному воздействию, т. е. часто встречающемуся виду поверхностного воздействия извне на элементы машин и оборудования.
Установлено, что релаксация локальных напряжений в результате импульсных, гидродинамических воздействий на границе среда — поверхность изделий, изготовленных из метастабильных сталей, наилучшим образом достигается при наличии в структуре стали мартенсита.
За рубежом в качестве кавитационностойких материалов используют хромистые и хромоникелевые стали с добавками марганца и меди (1Х17Н6Г8, США), структура которых представлена хромоникелевым и хромоникелевомарганцевым аустенитом.
(Однако установлено, что марганцевый аустенит вследствие своей металлофизической природы (меньшие значения дефектов упаковки, большая степень микроискажений) характеризуется меньшей подвижностью дислокаций. В этой связи предложен ряд марок стали, содержащих наряду с хромом (10— 14 %) от 10 до 12 % Mn.
Корозионностойкие стали с марганцем
Стали этой группы нашли широкое применение в ряде отраслей техники и промышленности. По классификации, приведенной И. Н. Богачевым и Е. Ф. Еголаевой и воспроизведенной в книге Т. Ф. Большовой выделяют четыре подгруппы марганецсодержащих коррозионностойких сталей.
К первой отнесены аустенитные стали с примерно постоянным содержанием ферритообразующего элемента хрома (12—14 %), но с различным количеством марганца (9—14 %) и никеля (1—4 %). В соответствии с принятой в бывшем СССР маркировкой к этой подгруппе относятся стали состава 2Х13Н4Г9, Х14Г14Н, Х14Г14НЗТ и др.
Вторая подгруппа объединяет аустенитные стали с повышенным до 17— 19 % Cr, 9— 10 % Mn, 4 % Ni, но с добавкой азота Х17Н4АГД, 0Х20Г10АНЧ и др. Некоторые стали содержат также ванадий.
К третьей подгруппе относятся аустенитно-мартенситные стали с 12— 18 % Cr, содержащие также марганец и никель. Они характеризуются как высокопрочные (σв ≥ 1200 МПа) и пластичные (δ = 15 %) стали, однако слабостойкие в агрессивных средах.Четвертую подгруппу представляют аустенитно-ферритные стали с 16— 18 % Cr и с различным содержанием марганца (до 19 % Mn) с никелем или без него (03Х20Н16АГ6, 03Х13Н9Г19, АМ2, 03X13—АГ19 и др.). Как правило, сталь этих марок используется в криогенной технике.
Жаропрочные и жаростойкие марганецсодержащие стали
Концентрация марганца в сталях этого назначения обычно ограничивается верхним пределом 12—20 %, что с учетом других элементов обеспечивает аустенитную структуру.
Как правило, для повышения окалиностойкости они содержат алюминий и кремний в количестве 1,5—3 % (40Х10Г14Ю2, 45Х15Г14ЮС и др.).
Железомарганцевые стали с алюминием типа «Ферманал» (25—30 % Mn; 8— 10 % Al; 1 % C) легче обычных на 13— 15 % и обладают высокими механическими свойствами.
Антиферромагнитные стали с марганцем
Разработаны и находят применение аустенитные антиферромагнитные стали с особыми физическими свойствами. Основным легирующим элементом в сталях этой группы является марганец, содержание которого должно обеспечивать аустенитную структуру (~20 % ).
Для придания высокой прочности сталь легируют вольфрамом, ванадием (50Г20ФВ7, 50Г20Х4ФВ7 и др.).
Вольфрам обладает низким коэффициентом линейного расширения, что способствует образованию марганцевого аустенита с низкими значениями коэффициента термического расширения.
Известна также большая группа марганецсодержащих сложнолегированных сталей, в которых упрочнение достигается благодаря формированию избыточных фаз выделения (карбидов, нитридов, интерметаллидов, элементов V, W, Mo, Nb, Ti, Ta, Zr, Al). Эти стали широко используются для производства труб (45Г17Ю3, 45Г15, Н9Х3Ф2Ю и др.).
Высокомарганцевые стали других областей применения
Немагнитную сталь, содержащую 14—35 % Mn, 0,15—3 % Cr, 0,15 3 % Ni, 0,4—1,5 % C, до 3 % Si, 0,1—2 % V, 0,001—0,113 % В рекомендуется использовать как конструкционный материал для двигателей автомобилей и ядерных реакторов.
Для деталей плазменных генераторов термоядерных реакторов разработана высокомарганцевая немагнитная сталь с высоким удельным электрическим сопротивлением следующего состава, %: 0,01— 1,5 C, 0,3— 10,0 Si, 10-30 Mn, Cr ≤ 5, и (или) Ni ≤ 5, и (или) Cu ≤ 5 , и (или) Co ≤ 5, и (или) Al ≤ 1, и (или) Nb ≤ 1, и или Ti ≤ 1 , и (или) V ≤ 1 %.
В качестве примера указано, что сталь состава 0,25 % C, 5,80 % Si, 25,3 % Mn, 0,016 % P и 0,011 % S имеет удельное электрическое сопротивление ρ = 104,7 мкОм/см и μ = 1,001.
В последние годы одна из японских фирм начала производство немагнитных аустенитных сталей с высоким содержанием марганца, используемых в энергетическом оборудовании при сверхнизких температурах.Отмечено, что стали серии KHMN и R316LNX в сравнении с широко известными сталями SU304, SUS316LN отличаются стабильными механическими свойствами при температурах ≤ 4 К, имеют низкую стоимость, высокую прочность, низкий коэффициент теплового расширения и др.
Предложен состав высокомарганцевой немагнитной стали (15—30 % Mn; 2 —8 % Cr; 0,001—0,1 % Mg; 0,1-0,5 % V; 0,01—0,3 % N; 0,1 — 1,0 % Si), характеризующейся малым коэффициентом линейного расширения, повышенной вязкостью.
Для изготовления элементов оборудования, эксплуатируемого при сверхнизких температурах, предложена сталь (9—35 % Mn; 10—20 % Cr; 0,1—8 % Ni; 0,001—0,2 % Al; 0,001—0,5 % Ca; 0,05—4 % Mo и более одного элемента из ряда Cu, W, Co, Nb, Ti и V в сумме 0,01 —4 %), которая имеет высокое сопротивление коррозии.
Установлена целесообразность использования сплавов системы Fe — Si — Mn — C — Al для изготовления маломагнитных деталей криотурбогенераторов, которые должны обладать малой магнитной проницаемостью.
Высокомарганцевая аустенитная сталь (0,2—0,5 % C; 0,1— 1,5 % Si; 7—20 % Mn; 2 —20 % Cr; 0,2 — 1,5 % V; 0,2 —8 % Ni; 0,01— 1,0 % Ti; 3,5 % W (или 3,0 % Mo) и 0,3 % N) используется для инструмента горячей штамповки. Сталь этого состава хорошо сваривается без растрескивания и подкаливания околошовной зоны.
Высокое содержание марганца в стали (0,2—0,9 % C; 14 —22 % Mn), легированной хромом, способствует снижению коэффициента теплового расширения и повышению обрабатываемости резанием. Наряду с этим сталь обладает удовлетворительной свариваемостью, хорошей коррозионной стойкостью и высокой работой ударного разрушения (до 100 Дж) при 195 °С.
При температуре —269 °С сталь имеет высокую прочность до 1300 МПа. Разработаны составы высокомарганцевых сталей для производства проволоки для сит, используемых для просеивания керамических материалов, угольной крошки кокса и др.
Химический состав одной из этих сталей следующий: 17—21 % Mn; 0,15—0,39 % C; < 0 ,7 % Si; < 0,1 % P; < 0,030 % S; 0,035—1,2 % Cu (полезная концентрация 0,55—0,8 %). Отличительной особенностью этой стали является высокая стойкость к истиранию и атмосферной коррозии. Металл поддается механической и пластической обработкам в холодном состоянии.
Высокомарганцевая аустенитная сталь Гадфильда
В аспекте проблемы рационального использования марганца особенностью выплавки приведенных выше групп сталей является применение низкофосфористых и других марганцевых ферросплавов металлического, электротермического и электролитического марганца низкофосфористого ферромарганца, поскольку содержание фосфора во всех сталях ограничивается сотыми долями процента. Так, например, в высокомарганцевой стали (0,38 % C; 21,20 % Mn; 2,11 % Al; 2,2% Ni; 0,31 % Si) содержание фосфора должно быть 70 % при содержании кремния в сплаве >4 %. С ростом содержания кремния в сплаве увеличивается прочность аустенита от 90 до 250 МПа.
В работе приведен обзор данных о низкотемпературном фазовом превращении в сплавах γ-Mn, которое по своим проявлениям близко к термоупругому мартенситному превращению и также обусловливает ЭЗФ. К специфическим особенностям проявления ЭЗФ в антиферромагнитных сплавах па основе марганца авторы относят:
- более яркое проявление обратимого изменения формы даже при малых степенях формирующей деформации;
- широкий температурный интервал изменения формы;
- практически безгистерезисный характер обратимого изменения формы в поликристаллических материалах;
- существования «знакопеременного обратимого изменения формы».
Таким образом, приведенные данные свидетельствуют о перспективе производства сплавов системы Fe — Mn — Si в качестве материалов, обладающих важным свойством — эффектом запоминания формы.
Следует также отметить, что со временем, по-видимому, сортамент марганецсодержащих сплавов с присущим им ЭЗФ будет расширяться, что в какой-то мере следует из данных работы, в которой рассмотрено явление многократно-обратимого запоминания формы в сплавах системы Mn — Cu, с содержанием 52—88 % (моль.).
Всем исследованным сплавам, свойственен эффект обратимого запоминания формы. Ведутся научные поиски создания сплавов системы Fe — Mn — Si путем легирования их другими элементами.
Авторами показано, что введение в эти сплавы (22—34 % Mn; 6 % Si) 5 % Cr снижало температурные точки AH, MH, TN, а ЭЗФ в изученных сплавах (0—10 % С) обусловлен мартенситным превращением γ↔ε. Снижение температуры MH ниже комнатной усиливает ЭЗФ, который при введении 5 % Cr может достигать значительных величин (80—90 % при изгибе образцов на угол 45°) при комнатной температуре при содержании марганца 28—30 %.ontakteWhatsAppEmail
Брони для дробилок — выбор оптимального сплава
О компанииСтатьиБрони для дробилок — выбор оптимального сплава
Важной составляющей стоимости эксплуатации дробильно-сортировочного завода является стоимость быстроизнашиваемых элементов.
И первое, что приходит в голову, когда слышишь быстроизнашиваемые элементы — это брони, плиты для дробилок.
В этой заметке будет рассказано о путях оптимизации этой статьи расходов или как сделать, чтобы быстроизнашиваемые стояли дольше.
Вначале кратко какое воздействие бывает:
- сжатие
- сдвиг
- удар
- скользящий удар или истирание
В нашей стране самый распространённый сплав, который используется для производства броней, это марганцовистая сталь. Но не всегда «марганцовка» лучшее решение. Как выбрать какой сплав оптимален для задачи? Для этого надо изучить физические свойства сплавов.
Марганцовистая сталь (и высокомарганцовистая)
Ударная прочность 250-300 Дж/см2.
Твёрдость 200 HB (17 HRc).
Преимущество и недостаток этой стали — высокая вязкость вместе с возможностью наклёпа материала (из-за воздействия давлением и ударом), которая позволяет повысить поверхностную твердость до 550-600 HB (56-59 HRc) при дроблении крупного материала и 350-500 HB (38-51 HRc) при дроблении среднего материала.
При дроблении мелкого материала характер взаимодействия с поверхностью косой, скользящий и с малой кинетической энергией взаимодействия, что не даёт возможность “нарастить” слой материала с повышенной твёрдостью (наклепа практически нет), приводя к повышенному износу.
То есть марганцовистая сталь лучше подходит для среднего и крупного дробления, а наличие мелкой фракции только повышает износ поверхности, так как она работает на истирание.
Типичным и хорошо известным у нас представителем “марганцовки” (марганцовистой стали) является 110Г13Л (она же сталь Гадфильда).
По отечественному стандарту ГОСТ 977-88 она помимо железа и углерода (до 1,3%) содержит до 13% марганца, до 1% хрома, другие постоянно встречающиеся примеси (фосфор и сера, например), которые определяют ее свойства.
По более широким нормам к обычным марганцовистым сталям относят сплавы с содержанием марганца 11-14%.
Начальные и последующие свойства этой стали связаны с хромом, чем ближе содержание хрома к 1%, тем менее вязкая и более хрупкая сталь изначально, а значит у нее выше и без наклепа износостойкие свойства к мелкому и среднему материалу при дроблении, но и риск разлома при сжатии или ударе крупным куском выше. Нахождение баланса вязкости и твердости является ключевым.
Также среди материалов для изготовления броней дробилок в мире предлагается новый стандарт: высокомарганцовистая сталь, в которой повышены содержания углерода (до 1,5%), марганца 18% и выше.
На плавку таких сталей есть экологические ограничения, поэтому заводы по производству этой новинки как оригинальные, так и копирующие идею, находятся преимущественно в Китае. При этом у пользователей нет однозначного впечатления от улучшения.
Так как стоящие в очереди далее элементы хром и загрязняющие примеси (всё те же сера и фосфор) в конечном итоге оказывают большее влияние, а возможность получить некачественное по добавкам и примесям литье будет давать отрицательные отзывы, в то время как правильный выбор состава и контроль качества обычной марганцовистой стали — положительные, что на фоне более высокой цены на высокомарганцовистую сталь делает ее применение менее оправданным.Данная сталь успешно применяется для изготовления износостойких элементов практически всех типов дробилок (щековых, конусных и роторных с горизонтальным валом).
Мартенситная сталь (в российской терминологии мартенситно-стареющая сталь) для броней
Ударная прочность 100-300 Дж/см2.
Твёрдость 44-57 HRc.
В России известна мартенситно-стареющая сталь — это почти безуглеродистая сталь (менее 0,03%) с высоким содержанием различных легирующих элементов (прежде всего никель и кобальт, в меньшей степени молибден, хром), которая приобретает структуру мартенсита при закалке и выравнивание соотношения прочности, вязкости и пластичности при старении, то есть это материал затратный по химическому составу и по двойной термической обработке (закалка и старение). С одной стороны эти стали обладают высокими и очень высокими прочностными показателями (предел временной прочности при растяжении 2000 МПа и выше), связанными с этим износостойкостью как на удар, так и на истирание, но в силу существенно большей стоимости, чем даже легированных высокопрочных сталей, их применение ограничено областями, где такие стали незаменимы, а в приложении к износостойким материалам для быстроизнашиваемых элементов дробилок это пока что материал, который предлагают в экспериментальном режиме. У нас он в этом качестве практически не известен и не применяется. Ее поведение и преимущества в реальных задачах дробления не описаны.
За рубежом тоже предлагается использование мартенситной стали, но с более высоким содержанием углерода и других элементов, для изготовления износостойких частей.
Данная сталь могла бы применяется как альтернатива для износостойких элементов из марганцовистой стали, то есть для дробилок щековых, конусных и роторных с горизонтальным валом.
Износостойкий (белый) чугун (высокохромистый сплав) для броней дробилок
Ударная прочность до 10 Дж/см2.
Твердость 560-590 HB (около 57-60 HRc).
Наиболее распространённый в России сплав износостойкого чугуна ИЧХ28Н2 содержит углерода 2,7-3%, хрома 28-30%, никеля 1,5-3,0%, марганца 0,8%, кремния 0,7-1,4%.
Углерод и кремний пагубно сказываются на свойствах сплава: углерод увеличивает хрупкость, а кремний способствует формированию из углерода графита вместо цементита в структуре сплава.
С другой стороны как все чугуны, обладая высоким содержанием углерода (свыше 2,14%) по сравнению со сталями и существенным содержанием хрома (формирующего специальные карбиды хрома в структуре сплава), обладает повышенной твердостью, что является важным критерием, сдерживающим косой ударный и скользящий износ.
Но существенно менее прочен на сжатие и прямой удар, что не позволяет его использовать для крупного и среднего дробления любым способом (сжатие, удар) и в местах, где возможно попадание металла (недробимого материала), так как такое воздействие как и механическая обработка этого сплава может приводить к раскрашиванию изделия.
Находит применение для дробилок с ударным принципом разрушения при небольшой крупности питания: роторных с горизонтальным и вертикальным валом (для последних в России довольно широкое применение).
Композиты с твердыми сплавами (керамикой) для быстроизнашивающихся элементов
Ударная прочность 250-300 Дж/см2.
Ударная прочность вставки на базе карбида вольфрама до 3,5 Дж/см2.
Твердость вставки на базе карбида вольфрама 80-92 HRA (около 73-76 HRc).
Для увеличения долговечности используют композитные материалы, т.е. совмещение в структуре материала различных сплавов и соединений, сохраняющих свою внутреннюю структуру без смешивания. Тогда основа, чаще сплав (сталь), называется матрицей, в которую погружены (внедрены) включения. Наибольшее распространение получили стали с добавлением керамики.
Керамика (как довольно чистые соединения металлов с неметаллами полученные путем высокотемпературного формования — спекания) имеет более высокую твёрдость по сравнению со всеми рассмотренными выше сплавами (до 80 HRc), но и обладает и выраженной хрупкостью, т.е. низкой ударной прочностью.
Хрупкость керамики делает невозможным её “чистое” использование в дроблении материалов, кроме совсем специфичных износостойких элементов (например, концевые элементы, формирующие канал закрытого ротора у роторных дробилок с вертикальным валом).Для более общего применения на роторных дробилках (для бил и отражательных плит) разработаны следующие композиты, где керамические включения внедрены в матрицу либо из мартенситной стали, либо из белого чугуна. Керамика в этих композитах выглядит как армирующая решётка внутри основы.
Смысл использование керамики — локальное повышение твёрдости и сдерживание износа на поверхности, которая в данный момент подвержена ему: матрица принимает ударную нагрузку, твердосплавные (керамические) включения выдерживают сильный скользящий износ.
По мере стирания включений, стирается и матрица, но этот совместный процесс имеет больший ресурс, чем отдельно было бы у основы, в силу ее меньшей твердости и противостояния истирающему износу, а у отдельных включений при выполнении всего изделия из них был бы велик риск ударного разрушения, раскрашивания.
То есть керамические включения повышают ресурс основы именно за счет способности лучше противостоять истирающему износу.
Таким образом свойства и области применения керамических износостойких материалов зависят от свойств матрицы:
- основа из мартенситной стали подходит для крупного и среднего дробления,
- основа из белого чугуна подходит для мелкого дробления.
Композитные била с керамической, например, хорошо показывают себя в работе на рециклинге (подготовке для вторичной переработки) асфальтобетонов, бетонных изделий без арматуры. Также они могут использоваться при дроблении горных пород, давая прирост времени между переворотом бил и их заменой при полном износе.
Таков перечень основных применяемых и предлагаемых для использования материалов для быстроизнашиваемых элементов дробилок. Какие-то работают уже десятилетия, какие-то только завоевывают место.
В большинстве своем вводимые в практику новые материалы (мартенситная сталь, композиты) обладают большей стоимостью, но и позволяют работать дольше без необходимости проводить замену (или переворачивать быстроизнашиваемый элемент), что даже при одинаковой удельной стоимости (то есть расходах) при пересчете на меньшее время простоев дает свой экономический эффект. На каких-то материалах прирост ресурса больше, на каких-то меньше, и выгоды может уже не быть. На текущей момент еще нет большого объема фактически накопленных данных по работе, тем более, что нюансы, отличающие разные задачи, разные свойства пород и отходов у разных заказчиков, проявляют себя по разному, и по сути пользователь выполняет роль экспериментатора, находясь в поиске оптимальных условий работы и пробуя разные расходные элементы.