Что за сталь 12х1мф

Обновлено: 27.04.2024

Сталь 12ХМ – низколегированная конструкционная жаропрочная. Обладает высокими показателями устойчивости к экстремальным температурам. При своей стоимости является одним из лучших жаропрочных металлов по соотношению цена/качество. Подходит для эксплуатации в условиях постоянных нагрузок, что делает ее незаменимой для выполнения сложных и ответственных промышленных задач. Сталь используется на атомных и других электростанциях, из нее производят трубы, коллекторы, котлы и другое оборудование, подверженное давлению и перегревам. Надежность, универсальность, простота производства и отличные характеристики стали обеспечивают ей прекрасную репутацию на рынке.

Расшифровка

Цифры и буквы в маркировке стали указывают на ряд важных показателей – ключевые химические элементы и уровень их концентрации в составе, степень раскисления, качество стали по содержанию вредных примесей серы и фосфора.

12 – указывает на содержание углерода в сотых долях %. В стали 12ХМ содержится приблизительно 0.12% углерода. Содержание углерода оказывает большое влияние на свойства стали, изменяя этот показатель, можно приспособить металл под нужды любой промышленности. Высокий показатель содержания углерода означает, что сталь твердая, жесткая, прекрасно справляется с постоянными нагрузками и идеально подходит для изготовления несущих металлоконструкций. Такие стали особенно популярны в строительстве. Недостатки сталей с высоким содержанием углерода – это неустойчивость к ударным нагрузкам, низкие показатели текучести и ударной вязкости, ограниченная свариваемость, сложности механической обработки, ломкость. Низкое содержание углерода указывает на мягкость стали. Такие металлы не самый лучший выбор для строительных металлоконструкций, т.к. не обладают достаточной жесткостью и твердостью. Однако они идеально подходят для изготовления деталей, работающих в условиях постоянной динамической нагрузки – ударов или вибраций, т.к. малоуглеродистые стали обладают хорошей ударной вязкостью и текучестью. Детали из таких сталей можно изготавливать методом холодной штамповки и всеми видами вытяжки. Малоуглеродистые стали практически никогда не имеют ограничений по свариваемости и отлично поддаются механической обработке. Недостаток твердости и прочности можно нивелировать с помощью термической обработки – закалки, а также путем добавления в состав легирующих элементов, таких как хром, никель, кремний, медь или марганец.
Х – указывает на содержание хрома в количестве приблизительно равном 1%. Хром – один из самых популярных элементов, используемых для легирования стали. Существует два вида стали с добавлением стали – хромированная и хромистая. Хромированная сталь – это обыкновенная углеродистая сталь, покрытая защитным слоем хрома. Она неуязвима для воздействия внешней среды до тех пор, пока защитный слой сохраняет целостность, но при механическом повреждении слоя становится уязвимой для коррозии. Хромистая сталь содержит хром в составе, как добавку. Если хрома достаточно много, сталь становится нержавеющей. Антикорозионные свойства хромистой стали не зависят от внешнего покрытия и сохраняются на протяжении всего срока эксплуатации металла. Хром повышать прочность и твердость сплава.
М – указывает на содержание молибдена. Молибден, как и хром, в больших количествах защищает от коррозии и упрочняет сталь, а также повышает возможности ее эксплуатации при высоких температурах.

Другие элементы – кремний, марганец, никель – содержатся в составе стали 12ХМ в незначительных количествах и в маркировке не указываются.

Характеристики

Сталь 12ХМ – это низколегированная жаропрочная перлитная конструкционная сталь. Жаропрочная – означает, что сталь можно использовать при высоких температурах нагрева. Низколегированная – значит, повышенной прочности, применяемая для изготовления металлоконструкций. Конструкционные стали используются для изготовления сварных или не сварных металлоконструкций различного назначения.

Особенности производства деталей

Термическая обработка для стали 12ХМ является обязательной процедурой. Изделия из стали подвергаются подогреванию, чтобы исключить образование холодных трещин в шовной области. Закалять сталь 12ХМ необходимо при температуре около 900С. Процедуру можно проводить как в масле, так и на воздухе, это зависит от габаритов изделия. Весь процесс длится 3 часа, после чего стали необходимо дать остыть на открытом воздухе.

Плюсы и минусы

Основные достоинства стали обеспечены наличием в составе хрома и молибдена. Благодаря хрому сплав сохраняет свои характеристики очень долго и более устойчив к коррозии, чем нелегированные углеродистые стали. Молибден придает стали жаропрочность и существенно повышает допустимые температуры эксплуатации. Кроме того, металл относительно прост в производстве, легируется доступными компонентам, благодаря чему не отличается высокой стоимостью.

К минусам можно отнести уязвимость к кислотным и щелочным средам – в результате взаимодействия с кислотами и солями возникает коррозия. При использовании стали 12ХМ в режущем инструменте, например, в пилах, ножах или фрезах, режущая поверхность быстро тупится. Рекомендуется применять сталь 12ХМ в инструменте для обработки древесины и использовать только по назначению.

Применение

Сталь 12ХМ применяется при изготовлении конструкций и деталей механизмов, преднахначенных для работы при экстремальных температурах и под постоянной нагрузкой. Такими деталями являются элементы паровых котлов, крепления и запорная арматура для трубопроводов, пароперегревательные трубы, трубы и коллекторы высокого давления. Изделия из стали применяется на электростанциях (в том числе – атомных), котельных, промышленных предприятиях.

Советы по уходу

В виду коррозионной неустойчивости к щелочным и кислотным средам рекомендуется избегать контакта с солями и кислотами. Если ржавчина уже образовалась, используйте специальные растворы, например, баллистол. Для очистки поверхности не рекомендуются использовать хлорсодержащие вещества, т.к. они пагубно влияют на сталь. В качестве защитного слоя можно нанести водостойкую краску. Очистить металл от старого слоя краски можно с помощью спирта. Сталь, не защищенную специальным покрытием, рекомендуется держать в сухости.

Теплоустойчивая сталь 12Х1МФ

Цифра 12 перед буквенным обозначением указывает среднюю массовую долю углерода в стали в сотых долях процента, т.е. среднее содержание углерода в стали 12Х1МФ приблизительно составляет 0,12%.

Буква Х означает содержание в стали хрома, а цифра 1 после буквы указывает среднюю массовую долю хрома в целых единица, т.е. хрома в стали 12Х1МФ приблизительно 1%.

Буква М означает присутствие в стали молибдена, а буква Ф присутствие в стали ванадия. Отсутствие цифр после букв М и Ф, говорит о том, что молибден и ванадий присутствуют в стали в малом количестве.

Вид поставки

Вид поставки — сортовой прокат, в том числе

фасонный: ГОСТ 20072—74, ГОСТ 2590-88, ГОСТ 2590-88.
Калиброванный пруток ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78.
Лист толстый ГОСТ 5520-79.
Полоса ГОСТ 103-76, ГОСТ 4405-75.
Поковка и кованая заготовка ГОСТ 1133—71.

Применение

Сталь 12Х1МФ (старое обозначение 12ХМФ) относится к сталям перлитного класса и применяется для изготовления деталей (ГОСТ 20072-74), работающих при температуре 570-580°С
(Температура накала интенсивного окалинообразования 600°С):

Трубы пароперегревателей
Трубопроводов и коллекторных установок высокого давления
Поковки для паровых котлов и паропроводов
Детали цилиндров газовых турбин

Свариваемость

Сталь 12Х1МФ является ограниченно свариваемой. Способы сварки: РДС, АДС под газовой защитой. Рекомендуется подогрев и последующая термообработка.

Температура критических точек, °С

Химический состав, % (ГОСТ 20072-74)

Физические свойства

Модуль нормальной упругости Е, ГПа, при температуре испытаний, °С

Сталь	20	100	200	300	400	500	600	700	800	900
12Х1МФ	198	193	188	183	175	167	157	151	—	—

Плотность ρ кг/см 3 при температуре испытаний, °С

Сталь	20	100	200	300	400	500	600	700	800	900
12Х1МФ	7800	7780	7750	7720	7680	7640	7600	7570	7540	7560

Коэффициент теплопроводности λ Вт/(м*К) при температуре испытаний, °С

Сталь	20	100	200	300	400	500	600	700	800	900
12Х1МФ	—	44	44	42	40	37	35	32	28	28

Удельное электросопротивление ρ нОм*м, при температуре испытаний °С

Сталь	20	100	200	300	400	500	600	700	800	900
12Х1МФ	230	278	343	430	532	647	775	926	1087	1130

Коэффициент линейного расширения α*10 6 , К -1 , при температуре испытаний, °С

20-100	20-200	20-300	20-400	20-500	20-600	20-700	20-800	20-900	20-1000
12,4	13,0	13,6	14,0	14,4	14,7	14,9	14,8	12,0	—

Механические свойства

Механические свойства при испытании на длительную прочность (ГОСТ 20072-74)

Чувствительность к охрупчиванию при старении

Время, ч	Температура, °С	KCU, Дж/см 2
Исходное состояние	—	176
3000	600	235
5000	625	245

Механические свойства при повышенных температурах

Технологические свойства

Температура ковки, °С: начала 1240, конца 780. Сечения до 50 мм охлаждаются в штабелях, сечения 51 — 100 мм — в ящиках, сечения 500—600 мм подвергаются низкотемпературному отжигу.
Обрабатываемость резанием — K_{v б.ст}= 1,35 и K_{v тв.спл} = 1,50 в нормализованном и отпущенном состоянии при НВ > 138 и σ_в = 460 МПа.

Сталь Х12МФ инструментальная штамповая

Сталь Х12МФ является высоколегированной (высокохромистой) инструментальной полутеплостойкой сталью высокой твердости с повышенной износостойкостью. Данная сталь широко применяется для изготовления холодных штампов и других инструментов, деформирующих металл в холодном или относительно невысоко нагретом состоянии. Большинство высокохромистых штампованных сталей содержат в среднем 12% хрома (Cr) и высокий процент углерода. Это приводит к образованию большого количества хромистых карбидов (Cr₇C₃).

Именно большое количество карбидной фазы (при всех режимах термической обработки) и делает сталь высокоизносоустойчивой.

Сталь Х12МФ также обладает хорошей ковкостью и шлифуемостью [1].

Необходимую высокую твердость стали типа Х12 можно получить, закаливая
ее от высоких температур (1150 °C) в масле и получая, следовательно, большое количество остаточного аустенита, а затем путем обработки холодом и отпуска
добиваться разложения остаточного аустенита и получать высокую твердость (>60 HRC).

Но чаще сталь типа X12 закаливают с температур, дающих наибольшую твердость
после закалки (от 1050-1075 °C) и последующего низкого отпуска (при 150-180 °C).

Твердость в обоих случаях одинаковая (61-63 HRC), но в первом случае сталь
обладает более высокой красностойкостью, а во втором — большей прочностью.

Твердость стали Х12МФ достигает максимального значения (61-63 HRC) после закалки с 980-1020 °C; сталь сохраняет при этом зерно балла 10 и 15-20 % аустенита (что больше, чем у многих нетеплостойких сталей) [1].

При еще большем увеличении температуры закалки твердость снижается с 50-55 HRC и ниже из-за резкого повышения количества аустенита. С повышением температуры нагрева >1000-1020 °C прочность также снижается, вследствие роста зерен и влияния аустенита [1].

Предел упругости стали Х12МФ (для твердости 56-57 HRC) ~1300 МПа.

Сталь Х12МФ мало деформируются при закалке, а при применении термической доводки деформацию можно свести практически к нулю. Поэтому эту сталь следует рекомендовать для инструмента сложной формы, для которого деформация при закалке недопустима.

Молибден и ванадий в стали Х12МФ — необходимые добавки; они способствуют сохранению мелкого зерна и повышают прочность и вязкость [1].

Примерное назначение инструментальной легированной стали Х12МФ (ГОСТ 5950-2000)

Для холодных штампов высокой устойчивости против истирания (преимущественно с рабочей частью округлой формы), не подвергающихся сильным ударам и толчкам;
для волочильных досок и волок;
глазки для калибрования пруткового металла под накатку резьбы;
гибочные и формовочные штампы;
сложные секций кузовных штампов, которые при закалке не должны подвергаться значительным объемным изменениям и короблению;
матрицы и пуансоны вырубных и просечных штампов;
штамповки активной части электрических машин и электромагнитных систем электрических аппаратов;
для профилировочных роликов сложных форм;
сложные дыропрошивочные матрицы при формовке листового металла;
эталонные шестерени;
накатные плашеки;
волоки;
матрицы и пуансоны вырубных, просечных штампов (в том числе совмещенных и последовательных) со сложной конфигурацией рабочих частей.

Температура критических точек, °C [4]

Химический состав, % (ГОСТ 5950-2000)

Марка стали	Массовая доля элемента, %
Марка стали	углерода	кремния	марганца	хрома	вольфрама	наладим	молибдена	никеля
Х12МФ	1,45-1,65	0,10-0,40	0,15-0,45	11,00-12,50	—	0,15-0,30	0,40-0,60	—

Температура закалки стали Х12МФ [1]

Закалка на первичную твердость		Закалка на вторичную твердость
t, °C	твердость, HRC	t, °C	твердость, HRC
990-1010 *	62-63	1080-1100	54-56

* 1050-1070 °C для повышения теплостойкости и сохранения твердости при значительном шлифовании и 1020-1040 °C для получения минимальной деформации.

Режимы термической обработки стали Х12МФ [4]

I — обычный режим;
II — применяют, если обработка по режиму I не обеспечивает необходимой вязкости:
III -для режущих инструментов, когда требуется износостойкость;
IV — используют тогда, когда требуется неизменность размеров.

Режимы окончательной термической обработки [4]

Обработка холодом [1]

Такая обработка с охлаждением до -70 °C повышает твердость на 1-3 HRC и сопротивление пластической деформации, но снижает вязкость. Возрастание износостойкости при этом незначительно. Обработка холодом используется сравнительно редко для повышения предела выносливости, но при условии выполнения длительного отпуска, в большей степени снимающего создающиеся дополнительные напряжения.

Сталь 12Х1МФ – расшифровка, химический состав, виды поставки, применение, свариваемость

Конструкционная низколегированная жаропрочная сталь 12Х1МФ является теплоустойчивым сплавом, предназначенным для производства нагруженных деталей, способных работать при температурах до 600С. Состав стали подобран особым образом, каждый элемент в нем усиливает жаропрочные характеристики металла, а также повышает твердость и прочность. Сталь 12Х1МФ можно улучшать с помощью термической обработки. Благодаря ванадию в составе сплава, термическая обработка деталей дает высокие результаты. Сталь особенно востребована при производстве паропроводов, деталей паровых котлов, коллекторов. Для изготовления сварных конструкций практически не используется в виду технологических особенностей сварки.

Расшифровка маркировки включает в себя сведения о химическом составе стали, процентном содержании значимых химических элементов, степени раскисления и качестве по уровню концентрации вредных примесей – фосфора и серы.

12 – указывает на содержание углерода в сотых долях процента – 0.12% углерода в среднем. Влияние углерода на сталь во многом определяет ее эксплуатационные характеристики, как положительные так и отрицательный. Высокое содержание углерода делает сталь прочной и твердой, пригодной к использованию в жестких сварных конструкциях в строительстве. Такая сталь не деформируется и легко выдерживает постоянные нагрузки. Ее главным недостатком являются ломкость и растрескивание при динамических нагрузках – ударах, вибрациях. Кроме того, такую сталь достаточно сложно обрабатывать. Низкоуглеродистые стали напротив отлично противостоят ударам и вибрациям, просты в механической обработке, неограниченно свариваются, но демонстрируют низкие показатели твердости и прочности. В обоих случаях проблему можно нивелировать или устранить полностью. Для этого используют легирующие добавки в различных комбинациях или температурную обработку, которая существенно увеличивает прочность и твердость материала без потери вязкости.
Х1 – указывает на содержание хрома в объеме около 1%. Хром является одним их самых распространенных легирующих элементов, он эффективен и доступен, поэтому встречается повсеместно. Существует два вида сталей с применением хрома – хромированные и хромистые. Хромированные стали покрываются защитным слоем хрома снаружи, это защищает их от коррозии, пока целостность защитного слоя не нарушена. Хромистые стали, это стали легированные хромом, содержащие хром в своем составе. Такие стали при высоком содержании хрома становятся нержавеющими. Их антикоррозионные свойства не зависят от внешних покрытий и остаются с материалом на весь срок эксплуатации. Хром повышает прочность и твердость металла, немного снижая пластичность.
М – указывает на содержание в стали молибдена. Молибден – легирующая добавка, благодаря которой сталь значительно упрочняется при нагреве. Использовать молибден целесообразно как в жаростойких, так и в жаропрочных сталях, т.к. увеличивается и кратковременная и длительная прочность. Особенно эффективным молибден становится в связке с хромом, хромомолибденовые легированные стали обладают огромным преимуществом перед углеродистыми при использовании в условиях температурных перепадов и длительного сохранения высоких температур.
Ф – указывает на содержание ванадия. Ванадий, как и молибден, существенно повышает характеристики стали при нагреве, но превосходит молибден и любые другие добавки по части улучшения устойчивости стали против отпуска.

В составе стали 12Х1МФ содержатся и другие химические элементы, это видно на таблице ниже. В маркировку попадают только те из них, которые непосредственно влияют на свойства и характеристики металла.

Обзор стали 12Х1МФ и сферы ее применения

Обзор стали 12Х1МФ, сферы ее применения и аналогов позволяет сделать правильный выбор и корректно использовать этот материал. Внимание надо уделить характеристикам и расшифровке марки, химическому составу и термообработке. А также стоит проанализировать твердость стали и особенности ее сварки.

Состав и расшифровка

Продвинутая марка стали 12Х1МФ отличается содержанием углерода на уровне 0,12%. Но надо понимать, что это средний показатель. В разных случаях он может быть немного меньше или немного больше. Индекс Х1 говорит, что химический состав стали включает в среднем 1% хрома (при максимуме 1,2%). Две последние буквы показывают наличие хрома и ванадия, обеспечивающих эффект легирования.

Содержание прочих элементов:

кремния не менее 0,17 и не более 0,37%;
марганца от 0,4 до 0,7%;
никеля максимум 0,3%;
молибдена от 0,25 до 0,35%;
меди до 0,2%;
фосфора не более 0,03%;
серы не более 0,025% (при условии, что иные параметры не заданы согласно ГОСТ 5520 от 1979 года или индивидуальному заказу на поставку).

Характеристики и свойства

В отношении сплава 12Х1МФ действует ГОСТ 20072. Это означает, что такой металл имеет высокую тепловую устойчивость. Ковка начинается при температуре 1240 градусов. Завершается она после понижения температуры до 780 градусов. После нормализации металл приобретает твердость от 123 до 179 МПа. В случае отжига после горячего прокатывания твердость этого материала составит 217 МПа. В последнем случае конструкция полностью отвечает ГОСТ 20072. Плотность при комнатной температуре составляет 7800 кг на 1 куб. м. При 100 градусах этот показатель уменьшается до 7780 кг на 1 м3. Если температура вырастает до 400 градусов, масса 1 кубометра составит уже только 7680 кг, а при подъеме до 800 градусов она снизится до 7540 кг. Свариваемость у стали 12Х1МФ ограничена. Практикуется:

ручная сварка электрической дугой;
автоматическое сваривание;
контактное соединение.

Настоятельно рекомендуется прогревать материал перед сваркой. После окончания ее требуется профессиональная термообработка. После нормализации и отпуска сплав обрабатывается твердосплавными резцами с эффективностью резания 1,5. Если же используются быстрорежущие стали, то индекс эффективности уменьшается до 1,35. Важно: такая результативность достигается только при твердости поверхности 138 единиц по шкале HB. При других значениях могут быть существенные отклонения от норматива.

Самая низкая критическая точка — Mn – достигается всего лишь при 430 градусах. Подняв температуру до 730 градусов, удается выйти на уровень Ar1. Прибавив еще 30 градусов, получают отметку Ac1. Завершающий критический участок — Ac3, который в ряде источников именуется еще Acm, наступает при выходе на 890 градусов. Но еще раньше, при 825 градусах, состояние металла соответствует точке Ar3.

Виды поставок и аналоги

За рубежом существует ряд точных заменителей такого стального сплава. В каждой стране, где есть такая продукция, действуют свои внутренние стандарты. Так, в ФРГ вместо 12Х1МФ применяют сталь 1.7715. Встречается и аналог с более изощренным обозначением — 14MoV6-3. Английские металлурги тоже разработали соперничающую марку сплава.

Она обозначается как 1503-660-440. При этом испанским аналогом российской стали выступает 13MoCrV6. Отгрузка может идти в вариантах:

поковок;
проката сортового;
металлопроката фасонного типа;
стальных полос;
стальных листов.

При этом классифицируется отпускаемая продукция как:

12Х1МФ — это типичная жаропрочная сталь с низким уровнем легирования. Зная это, несложно подобрать для нее оптимальную область использования. Наибольшая рабочая температура будет не выше 570-585 градусов. Из подобного металла получаются хорошие трубы пароперегревателей. Допускается также изготовление технологических и прочих трубопроводов, коллекторных систем, рассчитанных на повышенное давление.

Отдельные поковки отгружают для последующего изготовления паровых котлов. Такие же поковки подойдут и для получения паропроводов. В некоторых случаях из 12Х1МФ вырабатывают части цилиндров паровых турбин. Наконец, можно делать и иные детали, рассчитанные на потолок рабочих температур 540-580 градусов.

Трубопроводную арматуру из этого сплава закаливают как в специальном масле, так и просто на воздухе (по усмотрению технологов).

Сварка

Свариваемость без ограничений достижима, если варить не подогретую сталь без дальнейшей термической обработки. Но использование такого режима удается с большим трудом и при низком качестве работы. Как и для других низкоуглеродных сталей, рекомендовано применение сварочной проволоки порошкового типа, отвечающей нормам ГОСТ Р ИСО 7634. Очень важно добиваться продолжительной крепости обрабатываемого металла при повышенной температуре.

В одном из вариантов ванна заполняется твердым раствором. Металл легируют, чтобы вырастала температура, при которой происходит рекристаллизация. Это позволяет уменьшить скорость диффузии. При втором подходе сталь закаливают и отпускают, чтобы получилась особо дисперсная фазовая смесь. Для работы хорошо подходят электроды марок:

Большой проблемой является структурное изменение в местах, подвергаемых термическому влиянию, то есть там, где сталь оплавляется и перегревается. В подобных ситуациях неоднородность пластических свойств обнаруживается особенно сильно. Потому плохой термический цикл может спровоцировать зарождение холодных трещин. Вероятность их появления в оплавленных и перегретых зонах в десятки раз выше, нежели в исходном металле. Заблаговременный и сопутствующий подогрев позволяет исключить возникновение холодных трещин. Благодаря ему заметно снижается образование мартенсита.

Надо отметить, что прогрев теплоустойчивых сталей продуктивен только при ограниченном верхнем пределе температуры. Если она завышается, аустенит распадается. Вместо него появляется слишком грубая структура, состоящая из феррита и перлита. А она не даст требуемой долговременной прочности и должной ударной вязкости. Ручная аргонодуговая сварка применяется, когда делают корневой шов многопроходным методом. Неповоротные стыки на трубах паропроводов преимущественно создаются путем автоматической орбитальной сварки. Поворотные стыки готовят за счет автоматической сварки под флюсом. Такой подход оправдан при работе с трубопроводами и котловыми коллекторами.

Флюсы должны быть малоактивны по кремнию и марганцу. Этот эффект достигается добавлением фтористого натрия (примерно 5% от объема).

Читайте также: