В 1975 г. наша страна вышла на первое место в мире по объему производства стали. В настоящее время в СССР производится и применяется более 1000 марок легированных сталей, при этом около 80 % всей производимой в СССР стали расходуется на производственно-эксплуатационные нужды и 20|% на капитальное строительство. Главным потребителем металла является машиностроение и металлообработка (— 40 %). Среди машиностроительных министерств крупнейшими потребителями готового проката являются тракторное и сельскохозяйственное машиностроение (~26% от всего потребления в машиностроении), автомобильная промышленность (~22%), тяжелое и транспортное машиностроение (~18%). Значительно меньшую металлоемкость имеют станкостроительная и инструмен тальная промышленность (•— 4,5 /о) > машиностроение дл: легкой и пищевой промышленности (~3°/о), приборостро ение (~1°/о).
В капитальном строительстве стальной прокат в основ ном используется на армирование железобетонных конст рукций и на производство сварных стальных конструкций Доля производства легированной стали в общем объем? выплавки составляет около одной четверти. При таких мае штабах производства и применения специальных стале{ особое значение приобретает рациональный выбор легиру ющих элементов по их стоимости и дефицитности и экономическая эффективность использования легированных сталей в народном хозяйстве страны. Стоимость и дефицитность легирующих элементов в каждой стране различные и определяются природными запасами элемента, масштабами и технологией его промышленного производства и потребления, конъюнктурой на мировом рынке.
Так, большие запасы марганца в нашей стране сделали его наиболее дешевым и широко используемым элементом в отечественной металлургии; наоборот, в США марганец в значительной доле импортируется и является одним – из наиболее дефицитных элементов. Также надо отметить, что в нашей стране благодаря огромным запасам и все увеличивающемуся производству ванадий из числа наиболее дефицитных элементов становится материалом, который все шире используется для легированных сталей самого различного назначения, в том числе и для сталей массового производства. В настоящее время наиболее широко применяемые в нашей стране легирующие элементы можно подразделить по степени дефицитности на относительно недефицитные— Mn, Si, Cr, Al, Ti, V, В и дефицитные — Nb, Mo, Cu, Pb, Ni, W, Та, Со. Особо дефицитными следует считать W, Ni, Со из-за большой потребности их для производства сплавов специального назначения и прежде всего жаропрочных.
Из-за огромного разнообразия марок сталей по назначению факторы, определяющие технико-экономическую эффективность применения легированных сталей в народном хозяйстве, в каждом конкретном случае будут свои, однако можно указать несколько общих факторов, определяющих техническую и экономическую целесообразность применения легированной стали.
На эффективность применения легированной стали для изготовления того или иного изделия и конструкции влияют следующие технико-экономические факторы: получение новых эксплуатационных и технологических свойств металла (например, коррозионная стойкость, жаропрочность, свариваемость, штампуемость и т. п.); обеспечение необходимой надежности и долговечности (хладостойкость, износостойкость, сопротивление усталости и т. п.), уменьшение массы (веса); снижение расходов на изготовление, монтаж, транспортирование и эксплуатацию.
При использовании легированной стали чаще всего имеет место одновременное действие нескольких из перечисленных технико-экономических факторов.
Выбор той или иной марки стали для конкретного изделия или конструкции будет рациональным и экономически эффективным, если сталь при минимальном легировании обеспечивает требуемый уровень конструктивной прочности, а удорожание материала в результате легирования и изменения технологии производства не будет превышать экономический эффект, достигаемый посредством перечисленных технико-экономических факторов.
Изложенные общие принципы экономически рационального выбора легированных сталей проиллюстрируем на двух конкретных примерах:
Низколегированные строительные стали. Эти стали обычно применяют взамен углеродистых строительйых сталей. Низколегированные стали типа 09Г2, 14Г2, 15ГФ, 09Г2ФБ, 16Г2А обеспечивают повышение предела текучести в 1,3—1,8 раза по сравнению с углеродистой сталью ВСтЗсп. Благодаря этому расход металла сокращается на 15—50 %. Однако себестоимость проката из низколегированных сталей на 10— 15% выше, чем из углеродистой стали: из-за расхода легирующих элементов, большего удельного расхода слитков (на 40—50 кг/т) и повышенной трудоемкости производства. Из приведенных данных видно, ч>го себестоимость низколегированных сталей возрастает в меньшей степени, чем достигаемая экономия от уменьшения массы из-за увеличения прочности. Вследствие этого суммарный народнохозяйственный эффект от применения металлопродукции из низколегированных сталей взамен углеродистых достигает обычно порядка 20 руб/т. Однако не только этим обусловлена эффективность применения низколегированных сталей. Так, ряд низколегированных сталей (15ГФ, 09Г2ФБ, 16Г2АФ и др.) обеспечивает достижение новых свойств: снижение порога хладноломкости до —40—70 0C, т. е. уменьшение склонности стали к хрупким разрушениям. Это делает возможным применение таких сталей в районах Сибири и Севера с низкими климатическими температурами, что обеспечивает высокую надежность и долговечность металлоконструкций (например, магистральных газопроводов). Строительство таких газопроводов из углеродистых сталей практически невозможно из-за сильной склонности их к хрупким разрушениям при температуре —40 «С и ниже. Таким образом, эффективность применения низколегированных сталей определяется снижением массы конструкций, повышением их надежности и долговечности, снижением расходов на транспортирование металла, монтаж оборудования и конструкций и т. п.
Быстрорежущие стали. Объем производства этих сталей относительно невелик, однако по цене эти стали относятся к наиболее дорогим из-за наличия в их составе высокого содержания весьма дефицитного и дорогого вольфрама (6—18 %), а также молибдена, кобальта, ванадия. В последние годы в связи с острой дефицитностью вольфрама наибольшее применение нашла сталь типа Р6М5 (6 % W, 5 % Mo), а производство высоковольфрамовых сталей типа Р18 (18 % W) резко сократилось. Использование быстрорежущих сталей обеспечивает теплостойкость инструмента прн температурах 620—6400C в зависимости от марки быстрорежущей стали. Другие легированные, а тем более углеродистые, инструментальные стали не могут обеспечить такой теплостойкости инструмента. Поэтому для обеспечения красностойкости при €20 0C наиболее экономически эффективным будет применение сталей с 6 % W (Р6М5, Р6АМ5), а не с более высоким содержанием вольфрама (Р18, Р12). Для обеспечения красностойкости при 630 0C применяют более легированные стали Р6М5К5, Р9К5, Р12ФЗ и т. п.
Приведенные примеры показывают необходимость тщательного технико-экономического анализа, обеспечивающего в каждом конкретном случае при выборе стали необходимые требования при минимальном и экономном легировании.