Маломагнитные стали

Маломагнитные стали применяют в приборостроении в тех случаях, когда ферромагнитные материалы нельзя применять, так как они влияют на точность показания приборов. В качестве немагнитных материалов применяют стали и чугуны с аустенитной структурой. Аустенитные немагнитные стали содержат углерод, никель, хром, марганец и иногда другие элементы. Эта сталь после быстрого охлаждения в воде с 600 °С становится полностью немагнитной. Недостатки стали: пониженная теплопроводность, обрабатываемость резанием, высокая стоимость. Более низкую стоимость имеют аустенитные никельмарганцевые стали Н12ХГ, 55Г9Н9, ЭИ269 (4—5,5 % Mn, 18,5—21,5 Ni) и другие. Они обладают более высокими механическими свойствами и более устойчивы в условиях нагрева, хорошо деформируются в нагретом состоянии, а после нормализации или закалки и в холодном состоянии.[2]

Также например маломагнитная сталь марки ЭИ-269 применялась для накладных листов под компасы, так как они чувствительны к магнитным материалам (обычным сталям) вблизи них.[3]

Маломагнитные стали применяются для изготовления корпусов и частей судов, которые имеют повышенные требования к немагнитности для защиты от магнитных мин, торпед с магнитными взрывателями и прочих приборов, использующих данный принцип — например, для тральщиков и подводных лодок. Для таких судов зачастую простого размагничивания недостаточно и требуется иметь корпус и внутреннее насыщение корабля с минимальной магнитной проницаемостью. Для подводных лодок, вдобавок, это важно с точки зрения обнаружения.

При этом даже если корпус судна сделан из другого немагнитного материала (например, стеклопластика как на тральщиках проекта 1252 и проекта 12700 или дерева), всё равно остаётся необходимость иметь на корпусе тяжелонагруженные стальные детали. Например клюзы, мортиры гребных валов, кнехты и прочие дельные вещи, которые невозможно изготовить из пластика или цветных сплавов в виду их недостаточно высоких механических свойств.

Для этих целей разработана широкая номенклатура специальных сталей (например некоторые стали ЭИ, АК, ЮЗ, ММЛ и др.) идущих как на изготовление сортового проката, так и на изготовление поковок и отливок.

В Германии в 1950-х годах были построены три подводные лодки проекта 201, корпуса которых изготавливались из маломагнитных сталей, однако из-за повышенной склонности к коррозии этот опыт более не повторялся.

В электромашиностроении от материала требуются иногда немагнитность и механическая прочность одновременно. Вместо цветных металлов для этой цели применяют более дешёвые немагнитные аустенитные стали. Аустенитные нержавеющие или износоустойчивые стали пригодны как немагнитные, если по прочностным свойствам они удовлетворяют поставленным требованиям. Однако сталь 110Г13Л часто не проходит по прочностным и технологическим свойствам, а аустенитные нержавеющие стали слишком дороги в качестве материала для деталей большой массы (например, для немагнитных бандажных колец в турбогенераторах). В этом случае применяют стали, легированные марганцем, хромом, алюминием при сравнительно повышенном содержании углерода и ограниченном содержании никеля.

Раньше в качестве немагнитных применяли стали с высоким содержанием никеля . В настоящее время найдены составы с меньшим содержанием дефицитного никеля или даже совершенно без никеля где в качестве аустенитообразователя выступает марганец. Марганец как аустенитообразователь действует в два раза слабее никеля, поэтому для получения устойчивого аустенита увеличивают содержание углерода. Если полностью отказаться от присадки никеля, то аустенитная структура и немагнитность могут быть получены в стали состава: 11–14,5 % Mn, 0,9–1,3 % С. Это — сталь Гадфильда с присущей ей склонностью сильно упрочняться при деформировании и, следовательно, плохо подвергаться обработке давлением, резанием и т. д., что в данном случае является недостатком. При одновременном требовании немагнитности и высокой коррозионной устойчивости следует применять нержавеющие стали или цветные металлы.

Получили применение и железомарганцовистые стали, прочность которых обусловлена образованием не α-, а ε- немагнитного мартенсита. Такие стали содержат примерно 17 % марганца с дополнительным легированием кремнием и некоторыми другими элементами, в том числе и нитридообразующими. Из-за низкого содержания углерода при умеренной прочности они обладают высокой пластичностью и хорошей свариваемостью, нечувствительностью к коррозионному растрескиванию.[4]

(другое название 45Г17Ю3)

Сталь разработана в ЦНИИ «Прометей» совместно с предприятиями СССР и РФ. Изготавливается в виде листового проката в толщинах 2-60 мм и профилей различного сортамента. Используется в судостроении (например, в качестве маломагнитного материала цельносборных корпусов различных судов), в строительстве, электротехнике (трансформаторы и т. п.) и горнодобывающей промышленности (лотки для транспортировки горной породы и т. п.). К достоинствам данной стали относятся: сталь имеет устойчивую аустенитную структуру при обычных температурах, которая сохраняется при любых деформациях и наклёпе; сталь хорошо сваривается всеми видами сварки и легко поддается механической обработке.[5]

Свариваемые немагнитные аустенитные стали марок ММЛ-1, ММЛ-2 и ММЛ-3 используются для изготовления фасонных отливок для деталей корпусов, механизмов и оборудования судов всех классов, типов и назначений, а также балласта, к которым предъявляется требование по немагнитности (относительной магнитной проницаемости) μ не более 1,005 гс/э.[6]

Не допускается использование сталей ММЛ для литых деталей работающих на трение или требующих поверхностного упрочнения азотированием, а также деталей арматуры и им подобных деталей.[6]

При выплавке сталей для балласта допускается ряд отступлений от указанного для марки химсостава.[6]

Термическая обработка сталей ММЛ производится по РД5Р.95021-87.

Нержавеющие аустенитные стали, такие как сталь для отливок 12Х18Н9ТЛ по ГОСТ 977 и аналогичные также используются как немагнитные.[4] При этом важным является наличие чистой аустенитной структуры, так как нарушение технологии её производства (например пережог при термообработке) может привести к значительному содержанию ферритной фазы. Такая сталь непригодна к применению как немагнитная.

Немагнитные стали АК (также известны как «броневые стали») используются на различных судах, как более высокопрочный аналог стали ЮЗ. Например лёгкий корпус подводных лодок проекта 667А «Навага» выполнен из стали ЮЗ, а прочный корпус выполнен из маломагнитной стали АК-29 толщиной 40 мм. Переборки выполнены из стали АК-29 толщиной 12 мм.[9]