4.3.2.3 Ливарні сталі

Сталеві відливки обмежено використовують в техніці низьких температур. Але існують певні вироби складної форми (наприклад, запорно-регулююча арматура для перекачування кріогенних рідин), які доцільно виготовляти литвом та відповідно для них слід використовувати спеціальні ливарні сталі. Так, виготовлення корпусів вентилів з кованих, штампованих заготовок або прокату механічним обробленням та зварюванням пов’язано із великими витратами, використання ж литва дозволяє зменшити трудоємність.

Крім хладостійкості сталі цього призначення повинні мати високий комплекс ливарних властивостей, забезпечувати щільність та герметичність матеріалу відливки. Також вони повинні володіти високим опором механічній та термічній втомі, витримуючи до 5000 циклів охолодження – відігрівання в діапазоні температур кріопродукта та оточуючого середовища. При експлуатації корпус арматури може випробовувати як статичні, так і динамічні навантаження. Статичні навантаження діють на корпус при безперервному проходженні кріопродуктів під тиском. Короткотривалі динамічні навантаження діють на перехідних режимах, а також у випадку гідравлічного удару, який пов’язаний із різким гальмуванням потоку рідини місцевими перешкодами.

Більш висока розчинність газів в розплаві та твердому розчині хромомарганцевих сталей дозволяє отримувати безпористу щільну структуру відливок.

Додавання ванадію сумісно із азотом приводе до подрібнення дендритної структури, зміцнення сталей дисперсними частинками та зниження окрихчуючого впливу азоту.

Сталі із вмістом 5…13 % хрому та до 28 % марганцю мають задовільні ливарні властивості. Так, оптимальне поєднання властивостей міцності, пластичності та в’язкості, високих ливарних властивостей та корозійної стійкості забезпечуються в сталях типу 07Х13Г28АНФЛ, що містять в середньому не більше 0,07 % С, 27…29 % Mn, 12…14 % Cr, 0,5…1,5 % Ni, 0,1…0,2 % V, 0,2…0,3 % N.

Сталь 07Х13Г28АНФЛ добре зварюється без гарячих та холодних тріщин. Механічні та ливарні властивості цієї сталі в порівнянні із такими ж характеристиками сталі 12Х18Н10Т наведено в табл. 4.24.

Співставлення характеру руйнування ливарних аустенітних хромонікелевих та хромомарганцевих сталей із 10 % хрому та 25 % марганцю показує наявність в зламі хромонікелевих сталей вираженої дендритної структури; хромомарганцеві ж сталі зберігають в’язкий характер руйнування майже до 4 К. Так, руйнування корпусів зі сталі 07Х13Г28АНФЛ відбувається із утворенням в’язкого зламу. Низькі властивості литої сталі 12Х18Н10ТЛ обумовлені руйнуванням сколом через наявність окисної плівки та грубої литої структури [6].

Таблиця 4.24 – Механічні властивості сталей та результати випробувань ливарних корпусів внутрішнім тиском [6]

Марка сталі	Механічні властивості						Тиск на момент руйнування, МПа
	Твипр, К	В, МПа	0,2, МПа	δ, %	ψ, %	КСV, Дж/см2
07Х13Г28АНФЛ	293 77 20	600 1160 1190	300 660 815	77 42 23	62 28 17	140 90 80	360 410 −
12Х18Н10ТЛ	293 77 20	575 885 900	220 530 610	66 17 8	56 13 6	115 25 20	80 130 −