1. Состав и свойства специальнқх сталей и сплавов

План
1.Состав и свойства специальнқх сталей и сплавов.

2.Классификация и область применения специальнқх сталей и сплавов.
3.Свариваемость легированнқх сталей. Влияние легируюўщих элементов на физический свойства стали.
4.Горячие трещщины в соединениях легированных сталей. Оценка склонности сталей горячим трещин.
5.Холодные трещины в сварных соединениях сталей и сплавов 4.
6.Основные классы специальных сталей и сплавов.
7. Трудности при сварке жаропрочных перлитных сталей
8. Технология сварки и свойства сварных соединений
9. Термическая обработка сварных соединений жаропрочных сталей

Введение
Специальные стали и сплавы относятся к большой группе конструкционных материалов, обеспечивающих работу узлов и деталей машин в условиях воздействия высоких температур, агрессивных сред, радиационного излучения и т.п.
Основным конструкционным материалом в промышленности являются углеродистые и низколегированные стали. Но с развитием энергетики, авиации, ракетной и атомной техники, химического машиностроения и судостроения, криогенной технологии и других отраслей непрерывно возрастает потребность в новых конструкционных материалах, обладающих специальными свойствами. Такие стали и сплавы называют специальными.
Эти свойства определяются непрерывным повышением рабочих температур и давлений, созданием установок большой мощности, работой в различных агрессивных средах при низких и высоких температурах. Высокие температуры необходимы для обеспечения эффективной работы энергетических установок (тепло- и атомные станции, реактивные двигатели и т.д.). Так, реактивные двигатели должны изготавливаться из материалов, способных обеспечивать необходимую прочность при температурах более 1000 °С, а оборудование электрических станций работает в условиях действия термомеханических нагрузок (давление пара 25 МПа, температура 600 °С).
К этому добавляется коррозионное действие на металл активной водяной, паровой или газовой среды. Многие сварные конструкции работают в условиях коррозии и кавитации под действием высоких и низких температур, нейтронного облучения и т. п. В этой связи возникает необходимость изучения особенностей сварки специальных сталей и сплавов.


Принадлежность стали к той или иной структурной группе можно определить по диаграмме Шеффлера (рис. 1).
Рис. 1. Структурная диаграмма металлов (по Шеффлеру)
5. По системе упрочнения твердого раствора:
карбидное - характерно для жаропрочных и жаростойких сталей с содержанием углерода 0,2...1,0 %; при выдержке стали при Т = 600...650 °С выпадают сложные карбиды Fe, Cг, Nb, V, W типа Me23C6, Ме6С, MeC и другие, которые располагаются по границам зерен и "заклинивают" их;
боридное - характерно образованием боридов Fe, Cr, Mo, Nb;
интерметаллидное - характерно для никельсодержащих жаропрочных сталей легированных Ti (1,0...3,5 %) и Аl (до 6 %). При Т = 650...850 °С образуются мелкодисперсные интерметаллиды типа Ni3 (Ti, Al), (Ni; Fe)2Ti и другие. Наличие других элементов может привести к карбидному виду упрочнения.
углерод сталь шеффлер
2. Особенности работы сварных конструкций из специальных сталей и сплавов
В зависимости от длительности работы сварные конструкции можно разделить на группы:
1. Кратковременного действия (узлы ракет и ракетных двигателей), работающие несколько минут.
2. Среднего действия (узлы самолетов и т. п.), работающие сотни часов.
3. Длительной службы (паропроводы, турбины, химическая аппаратура), работающие 10...20 лет.
Как правило, чем выше температура, давление и другие параметры, тем короче срок службы конструкций.
В сварных конструкциях из легированных сталей под действием длительных нагревов наблюдаются следующие формы нестабильности структуры:
- сфероидизация перлита и коагуляция (укрупнение) частиц карбидной фазы;
- графитизация (только в сталях перлитного класса, не содержащих хром);
- образование новых и перерождение старых фаз (химических соединений);
- перераспределение легирующих элементов между твердым раствором и карбидной фазой.
В условиях работы атомных электростанций добавляется и действие нейтронного облучения и агрессивной среды.
При работе в условиях ползучести и малоцикловой усталости наблюдается:
1. Внутризеренная деформация, когда пластическая деформация происходит путем сдвига внутри зерна. Такая деформация наблюдается при значительных скоростях ползучести, больших напряжениях и сравнительно коротком времени его действия. При этом возникают значительная пластическая деформация и вязкое разрушение.
2. Межзеренная деформация, при которой образование и развитие трещин происходит по границам зерен. Такой вид деформаций наблюдается при малых скоростях ползучести (малые и высокие Т). При этом происходит хрупкое разрушение.
Вследствие упругопластического скольжения зерен по границам, ориентированным в направлении нормальных напряжений, под действием происходит релаксация касательных напряжений и накопление нормальных напряжений на поперечных границах.
Мартенситные превращения (как и понижение Т) исключают развитие упругопластической деформации в прилегающих участках металла. Поэтому вершины зерен, в которых сходятся скользящие границы и прилегающие к ним поперечные, являются наиболее вероятными местами очагов разрушения.
В этих условиях проявляется несовершенство сварных соединений, обусловленное самим процессом сварки.
К этим несовершенствам относятся:
- неоднородность структуры и свойств металла по зонам сварного соединения (наличие хрупких участков закалочного и иного происхождения, малопрочных прослоек и т. п.);
- концентраторы напряжений, обусловленные формой шва и сварного узла;
- наличие концентратов в виде допустимых технологических дефектов шва (шлаковые включения, газовые поры и т. п.);
- наличие остаточных сварочных напряжений.
Для устранения или уменьшения таких несовершенств сварных соединений необходимо:
1. Совершенствовать проектно-технологическую проработку сварной конструкции.
2. Применять более технологичные и чистые материалы, например сталь ЭШП, ВДП.
3. Применять прогрессивные способы сварки, позволяющие получать сварные соединения (швы) требуемой чистоты, свойств, сплошности и геометрической формы,
4. Совершенствовать методы нагрева для термообработки сварных соединений в строго заданных режимах,
5. Совершенствовать методы и средства неразрушающего контроля для сооружаемых и эксплуатируемых сварных конструкций.
6. Совершенствовать организацию сварочных работ и повышать технологическую дисциплину их изготовления.
В настоящее время в промышленности применяется свыше 2500 марок сталей и сплавов и нет единой технологии их сварки.
Один и тот же материал можно использовать и в реактивном двигателе, и в химическом аппарате, и если в первом случае необходимо обеспечивать жаропрочность, то во втором - коррозионную стойкость. Технология сварки различна и зависит от условий эксплуатации.
3. Сварка жаропрочных перлитных сталей
Жаропрочными (теплоустойчивыми) принято называть стали, предназначенные для длительной работы при Т < 600 С. Они широко применяются для изготовления деталей энергетического, нефтехимического и химическогомашиностроения. Основными трудностями при сварке этих сталей являются:
- конструктивные особенности сварных соединений;
- необходимость обеспечения свойств сварного соединения, близких или равных свойствам основного металла в течение длительного времени эксплуатации (10-15 лет);
- разупрочнение в зоне термического влияния;
- склонность металла шва и ЗТВ сварного соединения к образованию ХТ.
Высокое качество сварных соединений определяется термическим циклом сварки, температурой сопутствующего подогрева, содержанием диффузионного водорода в металле шва и термической обработкой. Повышение Тпп приводит к переходу металла шва и ЗТВ из хрупкого состояния в вязкое.
Сварные соединения, работающие в условиях ползучести, без термообработки после сварки не обеспечивают эксплуатационной надежности ввиду структурной неоднородности и наличия остаточных напряжений. Исключение составляют соединения из сталей 12ХМ, 15ХМ, 12Х1МФ, 12Х2МФСР при толщине до 6 мм.
Основным видом термообработки является отпуск. Он стабилизирует структуру (твердость) сварного соединения и снижает остаточные напряжения.
Отпуск позволяет применять сварочные материалы с низким содержанием углерода, что обеспечивает технологическую прочность сварных соединений.
Сваркой называется процесс получения неразъёмных соединений посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном или общем нагреве или пластическом деформировании, или совместном действии того и другого.
В 1802 году впервые в мире профессор физики Санкт-Петербургской медико-хирургической академии В.В. Петров (1761-1834гг.) открыл электрическую дугу и описал явления, происходящие в ней, а также указал на возможность её практического применения.
В 1881 году русский изобретатель Н.Н. Бенардос (1842-1905гг.) применил электрическую дугу для соединения и разъединения стали. Дуга Н.Н. Бенардоса горела между угольным электродом и свариваемым металлом. Присадочным прутком для образования шва служила стальная проволока. В качестве источника электрической энергии использовались аккумуляторные батареи. Сварка, предложенная Н.Н. Бенардосом, применялась в России в мастерских Риго-Орловской железной дороги при ремонте подвижного состава. Н.Н. Бенардосом были открыты и другие виды сварки: контактная точечная сварка, дуговая сварка несколькими электродами в защитном газе, а также механизированная подача электрода в дугу.
В 1888 году русский инженер Н.Г. лавянов (1854-1897 г.) предложил дуговую сварку плавящимся металлическим электродом. Он разработал научные основы дуговой сварки, применил флюс для защиты металла сварочной ванны от воздействия воздуха, предложил наплавку и сварку чугуна. Н.Г. Славянов изготовил сварочный генератор своей конструкции и организовал первый в мире электросварочный цех в Пермских пушечных мастерских, где работал с 1883 по 1897.
Н.Н. Бенардос и Н.Г. Славянов положили начало автоматизации сварочных процессов. Однако в условиях царской России их изобретения не нашли большого применения. Только после Великой Октябрьской социалистической революции сварка получает распространение в нашей стране. Уже вначале 20-х гг. под руководством профессора В.П. Пологдина на Дальнем Востоке производили ремонт судов дуговой сваркой, а также изготовление сварных котлом, а несколько позже - сварку судов и ответственных конструкций.
Развитие и промышленное применение сварки требовало разработки и изготовления надёжных источников питания, обеспечивающих устойчивой горение дуги. Такое оборудование - сварочный генератор СМ-1 и сварочный трансформатор с нормальным магнитным рассеянием СТ-2 - было изготовлено впервые в 1924 году Ленинградским заводом «Электрик». В том же году советский учёный В.П. Никитин разработал принципиально новую схему сварочного трансформатора типа СТН. Выпуск таких трансформаторов заводом «Электрик» начал с 1927.
В 1928 году учёный Д.А. Дульчевский изобрёл автоматическую сварку под флюсом.
Новый этап в развитии сварки относится к концу 30-ых годов, когда коллективом института электросварки АН УССР под руководством академика Е.О. атона был разработан промышленный способ автоматической сварки под флюсом. Внедрение его в производство началось с 1940 . Сварка под флюсом сыграла огромную роль в годы войны при производстве танков, самоходных орудий и авиабомб. Позднее был разработан способ полуавтоматической сварки под флюсом.
В конце 40-ых годов получила промышленное применение сварка в защитном газе. Коллективами Центрального научно-исследовательского института технологий машиностроения и Института электросварки имени Е.О. Патонова разработана и в 1952 году внедрена полуавтоматическая сварка в углекислом газе.
Огромным достижением сварочной техники явилась разработка коллективом ИЭС в 1949 году электрошлаковой сварки, позволяющей сваривать металлы практически любой толщины.
Авторы сварки в углекислом газе плавящимся электродом и электрошлаковой сварки К.М. Новожилив, Г.З. Волошкевич, К.В. Любавский и др. удостоены Ленинской премии.
В последующие годы в стране стали применяться: сварка ультразвуком, электронно-лучевая, плазменная, диффузионная, холодная сварка, сварка трением и др. Большой вклад в развитие сварки внесли учёные нашей страны: В.П. Пологдин, В.П. икитин, Д.А. Дульчевский, Е.О. Патонов, а также коллективы Института электросварки имени Е.О. Патонова, Центрального научно-исследовательского института технологии машиностроения, Всесоюзного научно-исследовательского и конструктивного института автогенного машиностроения, Института металлургии имени А.А. Байкова, ленинградского завода «Электрик» и др.
Сварка во многих случаях заменила такие трудоёмкие процессы изготовления конструкций, как клёпка и литьё, соединение на резьбе и ковка.
Преимущество сварки перед этими процессами следующие:
экономия металла - 10...30% и более в зависимости от сложности конструкции
уменьшение трудоёмкости работ, сокращение сроков работ и уменьшение их стоимости
удешевление оборудования
возможность механизации и автоматизации сварочного процесса
возможность использования наплавки для восстановления изношенных деталей
герметичность сварных соединений выше, чем клепаных или резьбовых
уменьшение производственного шума и улучшение условий труда рабочих
2. Виды сварки
Сварка плавлением осуществляется при нагреве сильным концентрированным источником тепла (электрической дугой, плазмой и др.) кромок свариваемых деталей, в результате чего кромки в месте соединения расплавляются, самопроизвольно сливаются, образуя общую сварочную ванну, в которой происходят некоторые физические и химические процессы.
Сварка давлением осуществляется пластическим деформированием металла в месте соединения под действием сжимающих усилий. В результате различные загрязнения и окислы на свариваемых поверхностях вытесняются наружу, а чистые поверхности сближаются по всему сечению на расстояние атомного сцепления.
Основные виды сварки:
Ручная дуговая сварка осуществляется покрытыми металлическими электродами. К электроду и свариваемому металлу подводится переменный или постоянный ток, в результате чего возникает дуга, постоянную длину которой необходимо поддерживать на протяжении всего процесса сварки.
Дуговая сварка под флюсом. Сущность сварки состоит в том, что дуга горит под слоем сварочного флюса между концом голой электродной проволоки. При горении дуги и плавлении флюса создаётся газошлаковая оболочка, препятствующая отрицательному воздействию атмосферного воздуха на качество сварного соединения.
Дуговая сварка в защитном газе производится как неплавящимся (чаще вольфрамовым), так и плавящимся электродам.
При сварке неплавящимся электродом, дуга горит между электродом и свариваемым металлом в защитном инертном газе. Сварочная проволока вводится в зону сварки со стороны.
Сварка плавящимся электродам выполняется на полуавтоматах и автоматах. Дуга в данном случае возникает между непрерывно подающейся голой проволокой и свариваемым металлом.
В качестве защитных газов применяют инертные (аргон, гелий, азот) и активные газы (углекислый газ, водород, кислород), а также смеси аргона с гелием, либо углекислым газом, либо кислородом; углекислого газа с кислородом и др.
Газовая сварка осуществляется путём нагрева до расплавления свариваемых кромок и сварочной проволоки высокотемпературным газокислородным пламенем от сварочной горелки. В качестве горючего газа применяется ацетилен и его заменители (пропан-бутан, природный газ, пары жидких горючих и др.)
Электрошлаковая сварка применяется для соединения изделий любой толщины в вертикальном положении. Листы устанавливают с зазором между свариваемыми кромками. В зону сварки подают проволоку и флюс. Дуга горит только в начале процесса. В дальнейшем после расплавления определённого количества флюса дуга гаснет, и ток проходит через расплавленный шлак.
Контактная сварка осуществляется при нагреве деталей электрическим током и их пластической деформации (сдавливании) в месте нагрева. Местный нагрев достигается за счёт сопротивления электрическому току свариваемых деталей в месте их контакта. Существует несколько видов контактной сварки, отличающихся формой сварного соединения, технологическими особенностями, способами подвода тока и питания электроэнергией.
Виды контактной сварки:
· стыковой контактной сварке свариваемые части соединяют по поверхности стыкуемых торцов.
· точечной контактной сваркой соединение элементов происходит на участках, ограниченных площадью торцов электродов, подводящих ток и передающих усилие сжатия.
· рельефная контактная сварка осуществляется на отдельных участках по заранее подготовленным выступам - рельефам.
· шовной контактной сварке соединение элементов выполняется внахлёстку вращающимися дисковыми электродами в виде непрерывного или прерывистого шва.
Электронно-лучевая сварка. Сущность процесса сварки электронным лучом состоит в использовании кинетической энергии электронов, быстро движущихся в глубоком вакууме. При бомбардировке поверхности металла электронами подавляющая часть их кинетической энергии превращается в теплоту, которая используется для расплавления металла.
Для сварки необходимо: получить свободные электроны, сконцентрировать их и сообщить им большую скорость, чтобы увеличить их энергию, которая при торможении электронов в свариваемом металле превращается в теплоту.
Электронно-лучевой сваркой сваривают тугоплавкие и редкие металлы, высокопрочные, жаропрочные и коррозионностойкие сплавы и стали.
Диффузионная сварка в вакууме имеет следующие преимущества: металл не доводится до расплавления, что даёт возможность получить более прочные сварные соединения и высокую точность размеров изделий; позволяет сваривать разнородные материалы: сталь с алюминием, вольфрамом, титаном, металлокерамикой, молибденом, медь с алюминием и титаном, титан с платиной и т. п.
Плазменной сваркой можно сваривать как однородные, так и разнородные металлы, а также неметаллические материалы. Температура плазменной дуги, применяемой в сварочной технике, достигает 30 000 C. Для получения плазменной дуги применяются плазмотроны с дугой прямого или косвенного действия. В плазмотронах прямого действия плазменная дуга образуется между вольфрамовым электродом и основным металлом. Сопло в таком случае электрически нейтрально и служит для сжатия и стабилизации дуги. В плазмотронах косвенного действия плазменная дуга создаётся между вольфрамовым электродом и соплом, а струя плазмы выделяется из столба дуги в виде факела. Дугу плазменного действия называют плазменной струёй. Для образования сжатой дуги вдоль её столба через канал в сопле пропускается нейтральный одноатомный (аргон, гелий) или двухатомный газ (азот, водород и другие газы, и их смеси). Газ сжимает столб дуги, повышая тем самым температуру столба.
Основными факторами любого вида термической обработки являются температура, время, скорость нагрева и охлаждения. Режим термообработки обычно представляется графиком в координатах температура - время (t - ф) (рисунок 1). Скорость нагрева и охлаждения характеризуется углом наклона линий на графике.
Наиболее широко в строительстве применяют основную мартенов­скую сталь. Для элементов строительных конструкций, не подвержен­ных динамической нагрузке и влиянию низких температур, ранее при­меняли бессемеровскую сталь. В сварных конструкциях эту сталь применяли только для малоответственных назначений. Применение кислорода в конверторном производстве позволило практически пол­ностью заменить бессемеровскую сталь и значительно расширить об­ласть применения стали в строительной технике.
Строительные конструкционные стали в основном предназначены для работы в атмосферных условиях при обычных и пониженных тем­пературах.
Строительные стали должны обладать хорошей свариваемостью (не образовывать трещин в процессе сварки и не снижать ударную вязкость металла вблизи сварного шва), пластичностью, хорошей обра­батываемостью резанием.
Малоуглеродистую сталь обыкновенного качества применяют для изготовления строительных конструкций. По данным институтов электросварки им. Патона и Проектстальконструкции, оптимальный химический состав строительной малоуглеродистой стали следующий: 0,13--0,18% С; 0,1% 51; 0,4-0,6% Мп; до 0,035% 5; до 0.04% Р.
Сталь обычного назначения (ГОСТ 380--71) широко применяется в строительной технике; поэтому остановимся на ней более подробно.
Сталь группы А подразделяют на три категории. Первая категория этой стали нормирует показатели временного сопротивления разрыву и относительного удлинения. Вторая категория кроме первых двух показателей учитывает также изгибе холодном состоянии, а третья еще и предел текучести стали.
Сталь группы В гарантирует не только механические свойства, но и химический состав, что очень важно для строительных сварных конструкции.
В строительстве применяют также низколегированные стали (см. ниже).
Стальные фасонные гнутые профили изготавливают из стали марок Ст0, Ст1, Ст2, Ст3 по ГОСТ 380--71 и стали марок от 08 до 25 включи­тельно по ГОСТ 1050--74.
Стали, предназначенные для изготовления ответственных металло­конструкций, подвергают испытанию на чувствительность к старению после наклепа. Для этого образцы деформируют на 10%. Один образец испытывают на ударную вязкость до старения, другой -- после. Старение производят в течение 1 ч при 250°С с последующим охлаж­дением на воздухе.
Показатель чувствительности стали к деформационному старению определяют по формуле
где аи - ударная вязкость образца в исходном состоянии;
ас' -- то же, после старения.
Если этот показатель более 0,5, из такой стали не разрешают из­готовлять металлоконструкции.
Несущие (расчетные) сварные и клепаные конструкции зданий и сооружений изготовляют из мартеновской и кислородно-конверторной стали. Для конструкций, не имеющих сварных соединений, и для свар­ных конструкций, воспринимающих только статические нагрузки, применяют в основном мартеновскую сталь.
Нерасчетные элементы конструкций (не несущие большие нагруз­ки) изготовляют из мартеновской и бессемеровской стали. В случае применения сварки следует использовать стали этих марок по группе Б (ГОСТ 380--71). Сталь группы Б, предназначаемую для изготовле­ния строительных конструкций, проверяют на свариваемость по спе­циальному стандарту.
Стали группы А (ГОСТ 380--71) применяют для неответственных элементов строительных конструкций.
Кровельное железо изготовляют из стали марок МСт1кп, КСт1кп. Поставляют его в виде отожженных листов толщиной 0,38--0,82 мм. Листы испытывают на перегиб с образованием двойного кровельного замка; при этом не должны появляться отслаивания, трещины, на­дрывы и изломы.
Конструкции из листовой стали: резервуары, газгольдеры, трубопроводы и другие изделия изготовляют из стали различных марок: мартеновской или конверторной, кипящей или полуспокойной. Эти ста­ли малочувствительны к концентрации напряжений, не склонны к хрупкому разрушению и старению после наклепа, обладают хорошей свариваемостью, достаточно высокой ударной вязкостью.
Арматурная сталь для армирования обычных и предварительно напряженных железобетонных конструкций подразделяется на четыре класса: А-1, А-II, А-III и А-IV. Стержни класса А-1 изготовляют из стали: СтЗкп, СтЗсп, СтЗпс, ВСтЗкп2, КСтЗпс2: стержни класса А-II диаметром от 10 до 40 мм -- из стали марки ВСт5сп2.
Мостовые металлические конструкции изготовляют из горяче­катаной малоуглеродистой мартеновской стали (ГОСТ 6713--53). Сварные конструкции мостов изготовляют из стали марки М16С. Клепаные конструкции мостов изготовляют из стали марки МСтЗмост. Структура мостовых сталей должна быть мелкозернистой, однород­ной, без внешних дефектов (раковины, пористость, трещины, воло­совины).
Прочностные характеристики (предел прочности, предел теку­чести, относительное удлинение, ударная вязкость) имеют решающее значение при выборе марки стали для элементов мостовых конструк­ций.
До последнего времени строительные стали не подвергали упроч­нению термической обработкой. Однако исследования показали, что термическое упрочнение малоуглеродистой стали повышает ее меха­нические свойства [предел прочности и предел текучести стали марки МСтЗкп увеличился на 20-30%; ударная вязкость при температуре -20°С составляет не менее 40 Дж/см2 (4 кгсм/м2). Термическую обработку осуществляют после прокатки; такая обработка, упрочняя сталь, позволяет уменьшить массу конструкции на 15-20%.
Строительные стали можно упрочнить холодной обработкой дав­лением, а также высокотемпературной термомеханической обработкой при прокатке.
Конструкционная сталь -- сталь, которая применяется для изготовления различных деталей, механизмов и конструкций в машиностроении и строительстве и обладает определёнными механическими, физическими и химическими свойствами. Конструкционные стали подразделяются на несколько подгрупп.
Качество конструкционных углеродистых сталей определяется наличием в стали вредных примесей фосфора (P) и серы (S). Фосфор -- придат стали хладноломкость (хрупкость). Сера -- самая вредная примесь -- придаёт стали красноломкость. Содержание вредных примесей в стали:
* Обыкновенного качества -- P и S -- до 0.05 % (маркировка Ст).
* Качественная -- P и S -- до 0.035 % (маркировка Сталь).
* Высококачественная -- P и S -- до 0.025 % (маркировка А в конце марки).
* Особовысококачественная -- Р и S -- до 0.015 % (маркировка Ш в конце марки).
Сталь - деформируемый (ковкий) сплав железа с углеродом (до 2,14%) и другими элементами. Получают, главным образом, из смеси чугуна со стальным ломом в кислородных конвертерах, мартеновских печах и электропечах. Сплав железа с углеродом, содержащий более 2,14% углерода, называют чугуном.
99% всей стали - материал конструкционный в широком смысле слова: включая стали для строительных сооружений, деталей машин, упругих элементов, инструмента и для особых условий работы - теплостойкие, нержавеющие, и т.п. Его главные качества - прочность (способность выдерживать при работе достаточные напряжения), пластичность (способность выдерживать достаточные деформации без разрушения как при производстве конструкций, так в местах перегрузок при их эксплуатации), вязкость (способность поглощать работу внешних сил, препятствуя распространению трещин), упругость, твердость, усталость, трещиностойкость, хладостойкость, жаропрочность.
В зависимости от химического состава различают стали углеродистые (ГОСТ 380-71, ГОСТ 1050-75) и легированные (ГОСТ 4543-71, ГОСТ 5632-72, ГОСТ 14959-79).
В свою очередь углеродистые стали могут быть:
· малоуглеродистыми, т. е. содержащими углерода менее 0,25%;
· среднеуглеродистыми, содержание углерода составляет 0,25-0,60%
· высокоуглеродистыми, в которых концентрация углерода превышает 0,60%
Легированные стали подразделяют на:
· низколегированные содержание легирующих элементов до 2,5%
· среднелегированные, в их состав входят от 2,5 до 10% легирующих элементов;
Характерной и отличительной особенностью напряженного состояния сварных соединений, закаливающихся сталей с феррит-ным или аустенитным швом является возникновение сложного распределения продольных сварочных напряжений; это распределение характеризуется наличием сравнительно высоких напряжений сжатия в участке зоны на границе со швом и высоких напряжений растяжения в соседнем участке этой зоны, а также в сварном шве. Такое распределение продольных напряжений обусловлено значительным увеличением объема металла околошовной зоны, непосредственно граничащего со швом, вследствие мартенситного превращения. В поперечном направлении возникают небольшие растягивающие напряжения в средней части соединения и напряжения сжатия по краям. В результате на границе раздела шов-основной металл появляются большие скалывающие напряжения, способствующие замедленному разрушению закаленной стали и образованию холодных трещин типа отколов.
Замедленное разрушение происходит вследствие снижения прочности некоторых металлов под влиянием длительного статического нагружения при близких к комнатным температурах. В отдельных случаях это снижение прочности очень значительное. Так, например, для стали с повышенным содержанием углерода и легирующих элементов непосредственно после закалки с высоких температур длительная прочность может составить всего 10% кратковременной прочности. Причины замедленного разрушения перегретой закаленной стали заключаются в особой ее структуре.
Сложившиеся мировые тенденции научно-технического развития в области разработки и использования сплавов и сталей со специальными свойствами, показывает актуальность дальнейшего развития данной отрасли.
Мировое производство стали в 2011 году выросло до нового рекордного уровня и, согласно данным World Steel, составило 1527 млн т, что на 6.8% превысило результат 2010 года. Рост производства стали и достижение рекордного объема выпуска в основном произошло за счет развивающихся стран.
В последнее время наблюдается тенденция роста отечественной черной металлургии, ее модернизации и соответствии мировому уровню. К успехам металлургического комплекса, в частности, относится пятое место в мире по объемам выплавки стали.
Колоссально различается соотношение групп никелевых сплавов в промышленности разных регионов: если в Америке доминируют жаропрочные сплавы, то в Азии более 90 % приходится на сплавы для электроники.
Общие тенденции мирового развития в области производства спецсталей показывают, что в настоящее время интенсивно ведутся разработки и исследования в области литейных и деформируемых сплавов и сталей со специальными свойствами, сырья, исходных компонентов для их производства и технологий их переработки в высокотехнологичную наукоемкую продукцию с большой долей инновационной составляющей.
Причем основные направления развития спецэлектрометаллургии за рубежом заключаются в:
1. Совершенствование технологии выплавки и переплава спецметалла, агрегатов, систем контроля и управления процессами, для обеспечения гарантии качества металла, увеличения выхода годного и снижения затрат.
2. Создание новых менее затратных технологий для производства спецметалла «наземного» (не авиакосмической промышленности) применения, для существенного снижение себестоимости металла.
В настоящее время все больше внимания уделяется получению специальных сталей и сплавов методом порошковой металлургии.
Перспективы развития порошковой металлургии прежде всего связываю с созданием новых, лёгких, прочных композиционных материалов и наноструктурных покрытий.
Создание твердосплавных материалов с наноструктурой позволит улучшить режущие свойства и физико- механические характеристики материала не менее чем в 2-3 раза, а нанесение покрытий с использованием нанопорошков, позволяет увеличить срок службы изделий в 5-6 раз.
Согласно «Стратегии развития металлургической промышленности на период до 2020 года», акценты инновационной политики должны постепенно переходить от задач закрепления предприятий на мировом рынке металлопродукции (основной приоритет 1990?2006 гг.) к задачам мобилизации потенциала развития (приоритет до 2015 г.) и в дальнейшем - к обеспечению условий для повышения технического уровня отечественной металлургической промышленности (приоритет

Заключение

На протяжении всей истории металлургии стоит задача улучшения качества металла и прежде всего получения металла, не содержащего вредных примесей (серы, фосфора, газов, примесей цветных металлов, неметаллических включений и т.п.) и с необходимой структурой.
Специальные стали и сплавы остаются незаменимыми материалами для производства специального оборудования авиалайнеров и космических кораблей.
В настоящее время в стране выпускается боле 1000 различных марок сталей, причем доля спецсталей с каждым годом неуклонно растет.
Стали и сплавы специального назначения благодаря своим уникальным свойствам находят широкое применение в электроэнергетике, станкостроении, машиностроении, медицине и здравоохранение, а также в создании различных агрегатов и устройств для нужд автомобильной, химической и авиационно-космической промышленности.
Сложившиеся мировые тенденции научно-технического развития в области разработки и использования сплавов и сталей со специальными свойствами, показывает актуальность дальнейшего развития данной отрасли.

Список использованных источников

1) Братковский, Е.В., Электрометаллургия стали и спецэлектро-металлургия [Текст] / Е.В. Братковский, А.В. Заводяный.- Новотроицк: НФ МИСиС, 2008.
2) Поволоцкий, Д. Я.Электрометаллургия стали и ферросплавов [Текст] / Д.Я. Поволоцкий, В. Е.Рощин, М. А. Рысс и др. - М.: Металлургия, 1984. - 568с.
3) Кудрин, В.А. Технология получения качественной стали [Текст] // В.А. Кудрин, В.М. Парма. - М: Металлургия, 1984. 320 с.
4) Симонян, Л.М. Металлургия спецсталей. Теория и технология спецэлектрометаллур гии: Курс лекций [Текст]. / Л.М. Симонян, А.Е. Семин, А.И. Кочетов. - М.: МИСиС, 2007. - 180 с.
5) Кудрин, В.А. Теория и технология производства стали: Учебник для вузов. - М.: «Мир», ООО «Издательство ACT», 2003.- 528 с.
6) Гольдштейн, М.И. Специальные стали: учебник для вузов [Текст] / М.И. Гольдштейн, Грачев С.В., Векслер Ю.Г. - М.: Металлургия, 1985. - 408 с.
7) Падерин, С.Н. Теория и расчеты металлургических систем и процессов [Текст]. / С.Н. Падерин, В.В. Филиппов. - М.: МИСиС, 2002. - 334 с.
8) Кудрин, В.А. Теория и технология производства стали: учебник для вузов [Текст] / Ю.В. Кряковский, А.Г. Шалимов. - М.: «Мир», ООО «Издательство АСТ», 2003. - 528 с.
9) Воскобойников, В.Г. Общая металлургия: учебник для вузов [Текст] / В.Г. Кудрин, А.М. Якушев. - М.: ИКЦ «Академкнига», 2002. - 768 с.