Что такое технологические свойства стали?

Технологические свойства стали — это совокупность её «поведенческих» характеристик в процессе изготовления изделий. Проще говоря, насколько охотно и предсказуемо сталь поддаётся конкретным операциям производства: литью, прокатке, ковке, штамповке, резанию, сварке, термообработке и т. п. Эти свойства не про то, насколько прочна или устойчива сталь в работе (это уже эксплуатационные свойства), а именно про удобство и качество её переработки.

К основным технологическим свойствам обычно относят:

• Ковкость/кузнечную свариваемость — способность переносить горячую пластическую деформацию без трещинообразования и перегрева.

• Прокатываемость и штампуемость (формуемость) — насколько без дефектов вытягивается/гнётся лист и профиль. Для тонколистовой стали важны удлинение, предел текучести, коэффициент анизотропии r, предельная глубина вытяжки.

• Обрабатываемость резанием (machinability) — какие скорости резания возможны при приемлемом износе инструмента, какая чистота поверхности достигается, как ломается стружка. На неё влияют сернистые и свинцовые добавки (улучшают резание), а также твёрдость и структура.

• Свариваемость — склонность образовывать твёрдость/трещины в околошовной зоне, необходимость подогрева и т. д. Часто характеризуют через углеродный эквивалент CE; рост углерода и легирования обычно ухудшает свариваемость.

• Литейные свойства — жидкотекучесть, склонность к усадочным раковинам, газонасыщению, ликвации, образованию горячих трещин.

• Прокаливаемость (hardenability) — глубина и равномерность образования мартенсита при закалке (оценивают, например, испытанием Джомини); важно для толстых сечений.

• Термообрабатываемость — предсказуемость результата закалки, отпуска, нормализации, склонность к отпускной хрупкости, росту зерна.

• Склонность к окислению и нагарообразованию при нагреве, обезуглероживание поверхности.

• Хладноломкость/горячеломкость как ограничения на температуры деформации.

Что влияет на технологические свойства:

• Химсостав. Углерод повышает твёрдость и прокаливаемость, но ухудшает свариваемость и штампуемость. Mn и Si — раскислители; Mn повышает прокаливаемость. Cr, Mo, Ni, V, B — по-разному изменяют прокаливаемость и прокатываемость; B в малых добавках резко повышает прокаливаемость. S и P ухудшают пластичность и свариваемость, но S в автоматных сталях улучшает обрабатываемость резанием. Pb (в безответственных деталях) тоже облегчает резание.

• Структура и размер зерна. Мелкозернистость (например, с Al) улучшает штампуемость, снижает склонность к трещинам и росту зерна при нагреве.

• Неметаллические включения и газы. Оксиды, сульфиды, нитриды и водород влияют на горячую хрупкость, расслоение, качество поверхности и свариваемость.

• Состояние поставки и предыстория обработки. Степень деформации, режимы прокатки/охлаждения, нормализация, отжиг — всё это меняет формуемость и обрабатываемость.

• Размер и форма заготовки. Толщина, соотношение сечений, наличие концентраторов напряжений влияют на реальную прокаливаемость, сварку и формование.

Как оценивают на практике:

• Свариваемость — расчёт CE, испытания на холодные/горячие трещины, подбор подогрева и термоциклов.

• Обрабатываемость резанием — сравнительные индексы (скорость резания при заданном износе), контроль стружколомаемости и шероховатости.

• Штампуемость — предельная глубина вытяжки, индексы n и r, «чашечные» испытания, изгиб без трещин.

• Прокаливаемость — кривая Джомини, критические диаметры.

• Литейные свойства — испытания на жидкотекучесть, усадочные дефекты, газонасыщение.

Итог: технологические свойства — это «перерабатываемость» стали разными способами. Их подбирают под маршрут изготовления детали: где-то важнее штампуемость и свариваемость (автолисты), где-то — резание без вибраций (автоматные стали), а для массивных валов — прокаливаемость и предсказуемая термообработка.