Высокомарганцовая, коррозионностойкая, аустенитная сталь Гадфильда

Сталь Гадфильда

Предшественником и изобретателем, который в 1882 году запатентовал новый вид стали с содержанием марганца (Mn) в средней концентрации 12%, был Роберт Аббот Гадфилд — английский металлург, родившийся 28 ноября 1858 года в Шеффилде, который совершил прорыв, открыв необычное свойство стали – высокую стойкость к износу в результате упрочнения изделия при давлении путем добавления к стали с содержанием углерода 1,00-1,25% марганца в пропорции 1:10.

Новый сорт оказался очень востребованным и до сих пор используется в производстве деталей, подверженных износу, что способствовало экономическому развитию многих стран, а детали, ранее изготавливавшиеся из других износостойких сталей, были вытеснены из-за более быстрого износа.

Помимо большого содержания углерода и марганца в химическом составе, сталь Гадфильда не содержит других легирующих примесей, влияющих на свойства, кроме кремния, который обычно добавляется в других марках. В некоторых аналогах может присутствовать небольшое количество хрома, никеля и меди.

Высокомарганцовая сталь в Польше получила название, которое не охватывается ведомственными и государственными стандартами и встречается только в отраслевых стандартах BN-68/0631-04, BN-90/0631-03. Ее эквивалентом по немецкому стандарту DIN является X120Mn12 (1.3401, 110Г13Л), а также российские 110Г13Л / Г13 /  Г13Л (110G13Ch2L отливки)

Сталь Гадфильда, как одна из немногих легированных углеродистых сталей, характеризуется аустенитной структурой. Она приобретает свои свойства только после переохлаждения в воде или масле (для мелких деталей) с температуры 1000-1050℃. Изделия из высокомарганцевой стали не являются магнитными, однако в отпущенном состоянии, при некачественной термообработке или холодном закаливании сталь частично проявляет ферромагнитные свойства.

Помимо износостойкости, сталь Гадфильда обладает устойчивостью к давлению и ударам, однако в случае деталей, подверженных трению и износу без давления (шлифование), изделие не упрочняется, в результате чего верхний слой может подвергаться истиранию. В связи с чрезвычайно высокой износостойкостью, обратной стороной медали является чрезвычайно сложная механическая обработка материала.

Чтобы подготовить изделие к механической обработке, сталь Гадфильда специально нагревают до температуры около 500 °C с последующим быстрым охлаждением в воде, что придает марганцевой стали мартенситную структуру.

Помимо самого сорта 11G12, к износостойким сталям относился также чрезвычайно малодоступный сорт 55G15 по стандарту BN-68/0631-03.

Как механически обрабатывать износостойкую сталь X120Mn12, 1.3401,110Г13Л / Г13?

Изделия из высокомарганцевой стали 12% обрабатываются в основном с помощью абразивных кругов из карбида кремния SiC с крупным зерном 16-36 и полутвердым связующим. В случае трещин для шлифования используются двусторонние конические шлифовальные круги, а для шлифования пузырей — шлифовальные круги на шпинделе. Шлифование следует выполнять в сухом режиме, с умеренным давлением, чтобы не допустить нагрева материала, который вызовет структурные изменения и приведет к ослаблению изделия.

Быстрорежущие стали, такие как Р18 (SW18), являются слишком слабыми для любой обработки стали Гадфильда. Для этой цели при выборе низких параметров механической обработки можно использовать быстрорежущую сталь по старому стандарту Р9М4К8 (SK10V) - эквивалент HS10-4-3-10, 1.3207. Для облегчения обработки можно использовать твердые сплавы марки H20. Перенасыщенное состояние материала не исключает возможности механической обработки, однако значительно затрудняет ее, поэтому в состоянии холодного упрочнения и отжига при температуре 540-560℃ обработка будет на 1-2 часа быстрее. После обработки сталь должна быть пересыщена. Кроме того, следует отметить, что при монтаже производителя сталь в отожженном состоянии имеет другой объем, чем в пересыщенном состоянии. Стружечная обработка должна выполняться только на лучших станках, не имеющих вибраций и толчков.

Самым простым способом обработки поверхности готового изделия является шлифование с умеренным давлением всухую, чтобы не допустить нагрева, который может вызвать изменения в структуре изделия. Сталь этого типа можно также резать ацетилено-кислородной горелкой при меньших сечениях, а механическая обработка возможна с использованием инструментов из быстрорежущей кобальтовой стали или накладок из твердых сплавов.

Jakimi metodami ciąć stal X120Mn12, 1.3401, 11G12

Резка аустенитной стали X120Mn12 (1.3401, 110Г13Л) ацетилено-кислородной горелкой не сложнее, чем резка обычных углеродистых сталей. При проведении операции следует учитывать возможность возникновения структурных изменений, вызванных нагревом от высокой температуры пламени. Чтобы резать материал с надлежащей скоростью, с равномерной подачей и расстоянием горелки от поверхности изделия, рекомендуется использовать автоматические или полуавтоматические устройства, применяя наиболее выгодные параметры резки, адаптированные к толщине резаемого материала, т. е. подбирая подходящую кислородную форсунку, оболочку, давление газа и кислорода.

Края реза, на которых невозможно избежать более сильного образования окалины и мелких структурных изменений, следует отшлифовать на глубину 1-2 мм. При резке горелкой рекомендуется интенсивно охлаждать область реза струей воды, чтобы не допустить структурных изменений в месте резания горелкой.

В материалах марки 110Г13Л / X120Mn12  можно также успешно вырезать отверстия с помощью резака.

Сварка и наплавка стали 110Г13Л / X120Mn12 — электроды, дополнительные меры и замечания 

Вследствие недостаточной стойкости аустенитной структуры высокомарганцевой стали 110Г13Л / X120Mn12 при повышенных температурах единственным методом сварки и наплавки, гарантирующим минимальный нагрев и пребывание стали в температурах разложения аустенита, является сварка и наплавка электрической дугой электродами малого диаметра и низкой интенсивностью тока. Выбор подходящего типа электродов снижает риск деформации сварных соединений и образования трещин в сварном шве. Для сварки используются электроды ES18-8, ES18-8-6, ES24-18 и EN400Mn.

Сталь X120Mn12 не выдерживает без ухудшения своих высоких механических свойств медленного нагрева и охлаждения при температурах около 400-900℃. Длительное тепло сварки приводит к частичному распаду аустенитной структуры и выделению карбидов вдоль границ зерен не только в сварном шве или наплавке, но и в исходном материале, т. е. в приварной зоне.

Листы, заготовки и прутки из высокомарганцевой износостойкой стали

Вышеописанные высокомарганцовые износостойкие стали определены отраслевыми стандартами GOST 977-88, BN-68/0631-03, BN-68/0631-04, BN-90/0631-04 и стандартом PN-EN ISO 4957, в соответствии с которыми поставляются:

• Плоские изделия по EN 10029, EN 10163, GOST 19903-2015, GOST 14637-89
• Изделия кованые свободно по  PN-81/H-93020, PN-84/H-94004, GOST 8479-70, GOST 1133-71
• Стальные отливки по стандартам PN-H-83160, EN 10349, GOST 977-88