Сталь для сварных конструкций
09Г2 Стойки ферм, верхние обвязки вагонов, хребтовые балки, двутавры и другие детали вагоностроения, детали экскаваторов, элементы сварных металлоконструкций и другие детали, работающие при температуре от —40 до +450 С.
09Г2С Различные детали и элементы сварных металлоконструкций, работающих при температуре от —70 до +425°С под давлением.
09Г2СД Для сварных конструкций
10Г2Б Для сварных конструкций
10Г2БД Для сварных металлических конструкций.
06Г2СЮ для изготовления деталей холодной пластической деформацией
10Г2С1Д Для сварных конструкций
10Г2С1 Барабаны котлов, сосуды, работающие под давлением, и другие детали котлов, работающие при температурах до 450 град.
10ГС2 изготовление арматуры периодического профиля классов Ат600К (Ат-IVК), Ат800 (Ат-V), предназначенной для армирования обычных и предварительно напряженных железобетонных конструкций
10ГТ изготовление арматуры класса Аc-II (Ас300), предназначенной для армирования обычных и предварительно напряженных железобетонных конструкций
10Х2М1 в качестве основного слоя при изготовлении горячекатаных двухслойных коррозионностойких листов-
10ХНДП В строительстве и машиностроении для сварных конструкций.
10ХГСН1Д в качестве основного слоя при изготовлении горячекатаных двухслойных коррозионностойких листов-
12Г2Б Для сварных конструкций
10ХСНД (10ХСНД-Ш) Элементы сварных металлоконструкций и различные детали, к которым предъявляются требования повышенной прочности и коррозионной стойкости с ограничением массы и работающие при температуре от —70 до 450 °С,
12ГН2МФАЮ пролетные строения крупных мостов, напорные трубопроводы ГЭС, рабочее оборудование экскаваторов
12Г2СМФ пролетные строения железнодорожных мостов
12Х8 для производства бесшовных труб для нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности.
12ГС Трубы паропроводные высокого давления- детали автомобилей, изготовляемые путем вытяжки, ковки, штамповки.
12ХГН2МФБАЮ для сварных конструкций ответственного назначения
14Г2АФ Металлоконструкции для промышленных зданий, подкрановые фермы для мостовых кранов.
14Г2 Для крупных листовых конструкций, работающих до температур —70°С.
14ХГС Электросварные трубы магистральных газопроводов высокого давления- сварные конструкции, листовые, клапанные конструктивные детали.
15Г2АФД для сварных конструкций
15Г2АФДпс Ответственные сварные конструкции, в том числе северного исполнения.
15Г2СФ Для сварных конструкций
15ГС стационарные трубопроводы питательной воды котлов СВП, работающие при температуре 280 град.С
15Г2СФД Для сварных металлических конструкций в строительстве и машиностроении.
15ГФ Для листовых сварных конструкций вагоностроения
15ХСНД (15ХСНД-Ш) Элементы сварных металлоконструкций и различные детали, к которым предъявляются требования повышенной прочности и коррозионной стойкости с ограничением массы и работающие при температуре от —70 до 450°С
15ГФД Листовые сварные конструкции вагоностроения
16Г2АФ Металлоконструкции, сварные фермы для изделий машиностроения.
16ГС Детали и части паровых котлов и сосудов, работающих под давлением. Корпуса аппаратов, днища, фланцы и др. детали, работающие при температурах от-40 до +475 град. под давлением. Стационарные трубопроводы питательной воды котлов СВП, работающих при 280 град. и давлении 38 МПа.
17Г1С Сварные детали, работающие под давлением при температуре от —40 до +475 °С.
16Д (16Д-Ш) прокат, предназначенный для изготовления мостовых конструкций
16Г2АФД Для сварных конструкций
17ГС Корпуса аппаратов, днища, фланцы и другие сварные детали, работающие под давлением при температурах от —40 до +475 °С.
18Г2АФ для сварных конструкций
18Г2АФД для сварных конструкций
18Г2АФДпс Листовой прокат для элементов сварных конструкций
18Г2АФпс Листовой прокат для несущих элементов сварных конструкций, работающих при переменных нагрузках в интервале температур до —60 °С.
18Г2С арматура для армирования обычных и предварительно напряженных железобетонных конструкций- Серьги, звенья, пальцы, траверсы, детали сцепок вагонеток и др. детали, работающие от -40 до +450 град, арматура класса А-II(А300)
1Х2М1 для производства двухслойных листовых сталей и бесшовных труб для нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности
20ГС изготовление арматуры периодического профиля классов Ат600 (Ат-IV), Ат800 (Ат-V), Ат1000 (Ат-VI), предназначенной для армирования обычных и предварительно напряженных железобетонных конструкций
20ГС2 изготовление арматуры периодического профиля классов Ат800 (Ат-V), Ат1000 (Ат-VI), предназначенной для армирования обычных и предварительно напряженных железобетонных конструкций
20ХГ2Т для изготовления арматуры периодического профиля класса А-IV (А600) диаметром от 10 до 32 мм.
20Х2Г2СР изготовление арматуры классов А-V(А800) и А-VI (А1000), предназначенной для армирования обычных и предварительно напряженных железобетонных конструкций
20ХГ2Ц для изготовления арматуры периодического профиля класса А-IV (А600) диаметром от 10 до 32 мм.
20ХГС2 изготовление арматуры периодического профиля класса Ат1000К (Ат-VIК), предназначенной для армирования обычных и предварительно напряженных железобетонных конструкций
22ГЮ Изготовление электросварных прямошовных труб диаметром от 10 до 530 мм, применяемых для трубопроводов и конструкций различного назначения.
22С для изготовления арматуры периодического профиля класса класса Ат800 (Ат-V), предназначенной для армирования железобетонных конструкций
22Х2Г2АЮ изготовление арматуры классов А-V(А800) и А-VI (А1000), предназначенной для армирования обычных и предварительно напряженных железобетонных конструкций
22Х2Г2Р изготовление арматуры классов А-V(А800) и А-VI (А1000), предназначенной для армирования обычных и предварительно напряженных железобетонных конструкций
23Х2Г2Ц изготовление арматуры класса А-V (А800), предназначенной для армирования обычных и предварительно напряженных железобетонных конструкций
25Г2С для изготовления арматуры периодического профиля класса классов Ат600С (Ат-IVС), Ат800 (Ат-V), предназначенной для армирования железобетонных конструкций
25ГС для сварных конструкций
25С2Р изготовление арматуры периодического профиля классов Ат600К (Ат-IVК), Ат800 (Ат-V), Ат800К (Ат-VК), Ат1000 (Ат-VI),предназначенной для армирования обычных и предварительно напряженных железобетонных конструкций
27ГС изготовление арматуры периодического профиля класса Ат600С (Ат-IVС), предназначенной для армирования железобетонных конструкций
23Х2Г2Т изготовление арматуры класса А-V (А800), предназначенной для армирования обычных и предварительно напряженных железобетонных конструкций
28С изготовление арматуры периодического профиля классов Ат600С (Ат-IVС), Ат800 (Ат-V), предназначенной для армирования железобетонных конструкций
30ХС2 изготовление арматуры периодического профиля класса Ат1200 (Ат-VII), предназначенной для армирования обычных и предварительно напряженных железобетонных конструкций
32Г2Рпс изготовление арматуры класса А-III (А400), предназначенной для армирования обычных и предварительно напряженных железобетонных конструкций
6Г2АФ для сварных конструкций
80С изготовление арматуры класса А-IV (А600), предназначенной для армирования обычных и предварительно напряженных железобетонных конструкций
35ГС для изготовления арматуры периодического профиля классов Ат600С (Ат-IVС), Ат800 (Ат-V), Ат800К (Ат-VК), предназначенной для армирования железобетонных конструкций
Производство и обозначение сталей
- конверторная бессемеровская (кислый процесс);
- конверторная томасовская (основной процесс);
- мартеновская (кислый или основной процесс);
- электросталь, выплавленная в дуговой или индукционной печи.
Сталь, в основном, получают переработкой чугуна, в котором содержание углерода намного больше (3,8 – 4,2%), чем в стали (например, в низкоуглеродистой стали углерода содержится до 0,25%). Для этого чугун заливают в конвертор с кислой футеровкой (бессемеровский процесс) или с основной футеровкой (томасовский процесс) и через жидкий чугун продувают воздух. При этом сгорает углерод с выделением тепла и его содержание уменьшается. Для снижения содержания кислорода в стали (посредством его удаления в шлак) перед разливкой в сталь вводят марганец, кремний, алюминий, то есть сталь раскисляют. Томасовский основной процесс, в отличие от бессемеровского кислого, позволяет существенно снизить содержание серы и фосфора в стали.
В последнее время при конверторном производстве стали вместо воздуха через жидкий чугун продувают кислород, что позволяет получить сталь высокого качества (с более низким содержанием азота в стали).
В дуговых электропечах выплавляют сталь только из металлолома под основными или кислыми шлаками.
В мартеновских пламенных печах сталь выплавляют из чугуна с добавлением скрапа (металлолома) под кислым или основным шлаками.
В индукционных печах сталь выплавляют из чистых шихтовых материалов. В электропечах получают легированные стали.
Производство проката
Сталь является пластичным материалом. Поэтому первоначально полученные отливки в дальнейшем подвергают многим видам обработки давлением: прокатке, прессованию, волочению, ковке и др.
 |  |  | |
| Прокатка | Прессование | Волочение | Ковка |
В результате получают заготовки и полуфабрикаты для дальнейшей обработки резанием, термической резки, гибки, сварки, нанесения покрытий и др. Для сварных конструкций применяют преимущественно прокат. Но не исключается применение также поковок и литых заготовок.
Сортамент листового и фасонного проката
Прокат классифицируют по сортаменту (профилю и размерам).
Весь сортамент можно разделить на 4 группы:
- листовой прокат (тонкий до 3,9 мм и толстый более 4 мм);
- сортовой прокат (квадратный и круглый, полоса, лента, уголок, швеллер, тавр, двутавровые балки, рельс, арматура);
- трубы (бесшовные, сварные);
- специальный и периодичный прокат.(оконный профиль и др.).
Классификация и маркировка сталей по национальным и международным стандартам
В зависимости от количества углерода стали углеродистые обычного качества разделяют на стали низкоуглеродистые (С ≤ 0,25%); среднеуглеродистые (0,25% С ≤ 0,37%) и высокоуглеродистые (С > 0,37%). Для сварных конструкций в основном используют низкоуглеродистые стали, как стали, что имеют хорошую способность к свариванию. Следовательно, дальше будем рассматривать только низкоуглеродистые стали. Следует подчеркнуть, что цифра марки стали не соответствует количеству углерода. Она только отображает порядковый номер стали. Качество стали зависит от технологии изготовления стали и связана с раскислением. В зависимости от этого различают стали кипящие, полуспокойные и спокойные. Для этого используют индексы "кп", "пс" и "сп". Стали групп "А" и "Б" могут быть "кп", "пс", "сп", но стали группы "Б" -только "пс" и "сп". Степень раскисления главным образом влияет на количество кремния (Si). Спокойная сталь имеет 0,1. 0,3% Si, кипящая - до 0,07% Si, полуспокойная - между ними. Сталь с малым количеством Si очень чувствительна к температурному состоянию, т.е. к условиям формирования трещин. Следовательно, качество сталей тем выше, чем больше степень раскисления (от "кп" до "сп").
Стали поступают либо с гарантией механических свойств, либо с гарантией химического состава, т.е. с гарантией определенного количества показателей механических свойств и химического состава. Чтобы показать это количество, используют понятие разрядов - т.е. количества показателей, с гарантией которых поступает сталь.
Группа "А" имеет три разряда, группа "Б" - два, а группа "В" - шесть разрядов. Маркировка сталей предусматривает обозначение всех особенностей, т.е.: к какой группе принадлежит сталь, порядковый номер марки стали, степень раскисления, разряд.
Примеры: СтЗкп - сталь группы "А" (если отсутствует буква "А" - это значит, что сталь принадлежит к группе "А"); 3 - порядковый номер марки стали; "кп" - кипящая, отсутствие цифры разряда соответствует первому разряду. ВСтЗсп5 - сталь группы "В", марка "З", спокойная, пятого разряда. Стали группы "Б" маркируются как БСт, т.е. используется буква "Б" (БСтЗ).
Механические свойства и химический состав некоторых низкоуглеродистых сталей указаны в таблице ниже.
| Марка стали | Химический состав, % | Механические свойства | ||||||
| C | Mn | Si | P | S | σв, МПа | σт, МПа | δ, % | |
| Ст0 | 0,23 | - | - | 0,07 | 0,06 | 310 | - | - |
| Ст2пс | 0,09…0,15 | 0,25…0,50 | 0,05…0,07 | 0,04 | 0,05 | 340…440 | 210…230 | 29…32 |
| Ст3сп | 0,14…0,22 | 0,40…0,65 | 0,12…0,30 | 0,04 | 0,05 | 380…490 | 230…250 | 23…26 |
| Ст4сп | 0,18…0,27 | 0,40…0,70 | 0,12…0,30 | 0,04 | 0,05 | 420…540 | 250…270 | 21…24 |
| Ст5пс | 0,28…0,37 | 0,50…0,80 | 0,05…0,17 | 0,04 | 0,05 | 500…640 | 270…290 | 17…20 |
| Ст5сп | 0,28…0,37 | 0,50…0,80 | 0,15…0,35 | 0,04 | 0,05 | 500…640 | 270…290 | 17…20 |
Таким образом, стали группы "В" используют для ответственных сварных конструкций, которые эксплуатируются в условиях низких температур и динамических нагружениях. Для других сварных конструкций используют сталь группы "Б". Сталь группы "А" для сварных конструкций не используется никогда.
Стали углеродистые конструкционные повышенного качества. В отличие от сталей углеродистых обычного качества, стали повышенного качества могут подвергаться термической обработке и поэтому поступают с гарантией химического состава. Они делятся на две группы. К первой группе относятся стали с нормальным количеством Мn, а ко второй - с повышенной.
В пределах I группы изготавливается сталь таких марок: 05кп, 08кп, 08, 10кп, 10, 15кп,15,20кп,20,25,30,35,40,45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, а группы II - 15Г, 20Г, 25Г, ЗОГ, 35Г, 40Г, 45Г, 50Г, 65Г, 70Г. В отличие от сталей углеродистых обычного качества, в данном случае цифры означают количество углерода в сотых частях процента.
В таблице ниже приведены механические свойства и химический состав некоторых сталей I и II групп.
| Марка стали | Химический состав, % | Механические свойства | ||||
| C | Mn | Si | σв, МПа | σт, МПа | δ, % | |
| 25 | 0,22…0,30 | 0,50…0,80 | 0,17…0,37 | 460 | 280 | 23 |
| 30 | 0,27…0,35 | 0,50…0,80 | 0,17…0,37 | 500 | 300 | 21 |
| 35 | 0,32…0,40 | 0,50…0,80 | 0,17…0,37 | 540 | 320 | 20 |
| 25Г | 0,22…0,30 | 0,70…1,00 | 0,17…0,37 | 500 | 300 | 22 |
| 30Г | 0,27…0,35 | 0,70…1,00 | 0,17…0,37 | 550 | 320 | 20 |
| 35Г | 0,32…0,40 | 0,70…1,00 | 0,17…0,37 | 570 | 340 | 18 |
Легированные конструкционные стали. Главной целью изготовления легированных сталей является придание конструкционным сталям повышенных механических свойств или обеспечение специальных особенностей (например, теплостойкости). В зависимости от количества легирующих элементов, легированные стали делят на низколегированные (количество легирующих элементов до 5%); среднелегированные (до 10%) и высоколегированные (больше 10%).
Легированные стали классифицируются в зависимости от основных легирующих элементов (например, стали ферритного класса). При маркировке сталей используется система букв и цифр. Например, маркировка имеет такой вид 1Х18Н9Т. Первая цифра обозначает количество углерода в сотых частях процента, дальше идет буква "X", т.е. хром, и цифра, которая обозначает его количество в процентах - 18%, дальше "Н" - никеля 9%, титана до 1% (если после буквы отсутствует цифра - это означает, что количество легирующего элемента до 1%).
В таблице ниже приведены некоторые свойства легированных сталей.
| Марка стали | Химический состав, % | Механические свойства | ||||
| C | Si | Mn | σв, МПа | σт, МПа | δ, % | |
| 09Г2с | 0,12. 0,14 | 0,17. 0,37 | 1,4. 1,8 | 450 | 300 | 21 |
| 10Г2С | 0,12. 0,14 | 0,90…1,20 | 1,3…1,65 | 500 | 360 | 21 |
| 15ХСНД | 0,12. 0,18 | 0,40…0,70 | 0,40…0,70 | 500 | 350 | 21 |
Европейская система классификации и обозначения сталей регламентирована следующими европейскими стандартами:
В соответствии со стандартом EN 10020 стали классифицированы по следующим основным признакам:
- химическому составу;
- качеству;
- физическим, химическим и технологическим признакам.
По химическому составу различают стали:
- нелегированные или углеродистые;
- легированные;
- низколегированные стали, это те содержание в которых любого легирующего элемента 5%;
- высоколегированные стали, которые содержат хотя бы один легирующий элемент в количестве ≥ 5%.
По содержанию углерода нелегированные стали разделяют на:
- малоуглеродистые ( 0,12% C);
- низкоуглеродистые (0,12%≤ C 0,25%);
- среднеуглеродистые 0,25 ≤ C 0,55%;
- высокоуглеродистые ≥ 0,55%C.
По качеству стали разделяются на следующие классы:
- обыкновенные или рядовые, основные;
- качественные;
- высококачественные или специальные.
Легированные стали по качеству разделяются на два класса:
- качественные;
- высококачественные (специальные).
Легированные качественные стали, применяемые, например, для изготовления сварных металлоконструкций, трубопроводов и сосудов, работающих под давлением, характеризуются мелкозернистой структурой, высокой прочностью и ударной вязкостью не менее 27 Дж/м 2 при низкой температуре -50°С.
Легированные высококачественные (специальные) стали, отличаются специальным назначением и особыми свойствами: коррозионной стойкостью и жаростойкостью, хладостойкостью при криогенных температурах и жаропрочностью при высоких температурах, высокой твердостью и износостойкостью, особыми физическими свойствами и др. Легированные стали, содержащие >10,5% Сr, обладают стойкостью против атмосферной коррозии и называются нержавеющими.
Классификация сталей по физическим, химическим и технологическим признакам
По физическим свойствам в классификации (стандарт EN 10027) выделяют группы сталей:
- с особыми физическими свойствами (электропроводностью, коэффициентом линейного расширения и др.);
- с особыми магнитными свойствами (магнитной проницаемостью).
Классификация сталей по механическим свойствам:
- прочности (например, Rm 500 H/мм 2 , 500 ≤ Rm 700 H/мм 2 , Rm ≥ 700 H/мм 2 );
- пределу текучести (например, Rе = 235, 275. или Rе 360, Rе 380 H/мм 2 );
- относительному удлинению (например, δ≥15, 25 или 35 %);
- ударной вязкости (например, работа удара 27, 40 или 60 Дж при +20, 0, -20, -40, -60°С);
- другим характеристикам.
По химическим признакам стали классифицируют на:
- стойкие против химической коррозии (при нормальной температуре – нержавеющие стали; при высокой температуре – жаростойкие стали);
- стойкие против электрохимической коррозии (стали для работы при нормальной, повышенной или высокой температуре, стойкие против МКК).
Технологические классификационные признаки:
- способ получения стали (кипящие, полуспокойные, спокойные стали);
- термическая и термомеханическая обработка (прокаливаемость, отжиг, нормализация, закалка с отпуском, наклеп, холодная прокатка, горячая обработка давлением и др.);
- способность сталей к обработке давлением (например, штампуемость), резанием, литью и др.;
- свариваемость (по критерию Сэкв , содержанию ферритной фазы в аустенитных сталях и др.).
Классификация сталей по назначению:
При классификации сталей по назначению в одной группе могут оказаться стали различной системы легирования и различных классов качества.
Нелегированные стали классифицируют по назначению на следующие группы:
- конструкционные общего назначения;
- строительные общего назначения;
- для сосудов, работающих под давлением;
- трубные;
- машиностроительные;
- судостроительные;
- автоматные (с повышенным содержанием P и S);
- арматурные;
- рельсовые;
- холодно- и горячекатаные для холодной обработки;
- инструментальные;
- электротехнические.
Легированные стали по назначению классифицируют на:
- строительные;
- машиностроительные;
- судостроительные;
- для сосудов, работающих под давлением;
- для трубопроводов;
- для атомных реакторов;
- для криогенной техники;
- для подшипников;
- нержавеющие стали;
- жаростойкие стали;
- жаропрочные;
- теплостойкие;
- инструментальные;
- быстрорежущие;
- с особыми физическими свойствами.
МАРКИРОВКА СТАЛЕЙ ПО ЕВРОПЕЙСКИМ НОРМАМ И СТАНДАРТАМ
Система обозначения сталей производится по следующим евростандартам:
EN 10027. Системы обозначения для сталей:
часть 1. Краткие обозначения, основные символы;
часть 2. Система нумераций;
EN 10079 Определение понятий для изделий из сталей.
В соответствии с этими стандартами приняты две системы условного обозначения сталей:
В соответствии с EN 10027, ч.1, основные символы и цифры, используемые для условного обозначения сталей, показывают:
- физические характеристики;
- химический состав.
Дополнительные символы и цифры отражают качество, технологические свойства и назначение сталей.
В начале марки приводится символ Fe, далее – цифры, отражающие минимально гарантированный предел прочности σв (Rm) или далее буква E и цифры, отражающие минимально гарантированный предел текучести σт (Re), а затем, при необходимости, химический символ легирующего элемента и дополнительная информация.
Для наглядности в таблице ниже приведены условные обозначения некоторых марок сталей 1-ой группы и их расшифровка.
Дополнительная информация может отражать следующие особенности:
1) склонность к свариваемости (А; В; С; D);
2) дополнительные показатели качества (1; 2; 3. );
3) буква, характеризующая ограничение по S и Р;
4) обозначение EU (евронормы).
Обозначение высоколегированных сталей
Маркировка начинается с буквы Х, обозначающей высоколегированную сталь, которая должна содержать хотя бы один легирующий элемент в количестве более 5% (≥ 5%).- Затем указывается стократное содержание углерода, химические символы легирующих элементов и их фактическое содержание в процентах (без коэффициентов).
Примеры расшифровки высоколегированных сталей:
Х30Cr13 – X-высоколегированная сталь, 30/100=0,3%С, 12-14%Cr.
X8CrTi17 – X-высоколегированная сталь, 8/100=0,08%С, 16-18%Cr./tdКлассификация сталей по физическим, химическим и технологическим признакам/p
СТАЛИ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ. СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Для изготовления металлических строительных конструкций применяют стали, которые по химическому составу делят на углеродистые и низколегированные.
В зависимости от механических свойств при растяжении стали подразделяют на условные классы прочности, обозначаемые по СНиП П-В, 3-72 буквой С и дробью, где числитель — минимальное значение предела прочности, а знаменатель — предела текучести в кгс/мм2. Всего предусмотрено семь классов прочности (табл. 1).
К классу С 38/23 относится сталь углеродистая обыкновенного качества, к классам от С 44/29 до С 52/40 включительно — сталь низколегированная повышенной прочности, к классам С 60/45 и выше — сталь низколегированная высокой прочности.
В углеродистых сталях сумма основных примесей (марганец, кремний) не должна превышать 1%. Допускается небольшое содержание хрома, никеля и меди — не более 0,3% каждого элемента. В сталях для сварных конструкций верхний предел содержания углерода обычно ограничивают до 0,22, фосфора — 0.04 и серы — 0.05%.
В низколегированных сталях марганец и кремнии присутствуют как легирующие элементы. Содержание марганца достигает 1,8, а кремния допускается до 1,1%. Кроме того, эти стали легируются хромом, никелем, медью. Общее содержание легирующих элементов в низколегированных сталях — 3—4%.
Классы стали для строительных конструкций
Механические свойства при растяжении
Временное сопротивление а В( кге/ам1
Предел текучести* ат, кгс/см*
Относительное удлинение 1
* При отсутствии выраженной площадки текучести за предел текучести принимается напряжение, соответствующее остаточному относительному удлинению 0.2% (О0 2)-
Преимущественное распространение при изготовлении сварных строительных конструкций получила сталь углеродистая типа СтЗ класса С 38/23. Сталь пластична, легко обрабатывается давлением и резанием, свойства ее незначительно зависят от режима прокатки, она мало чувствительна к нагреву и резкому охлаждению.
Все большее распространение находят низколегированные стали повышенной и высокой прочности. Широкое использование этих сталей — один из путей снижения веса конструкций. Наибольший эффект дает их применение в конструкциях типа оболочек или там, где преобладающим в нагрузке является собственный вес конструкций. При особенно больших пролетах и нагрузках, а также дииамичес-
ких воздействиях рекомендуется применять сталь с более высокими прочностными характеристиками.
Сталь углеродистая. Углеродистые стали поставляются по ГОСТ 380—71 * «Сталь углеродистая обыкновенного качества». В зависимости от назначения сталь подразделяют на три группы, а в зависимости от нормируемых показателей сталь каждой группы — на категории.
Стали группы А поставляются по механическим свойствам (табл. 2). Нормируемые показатели для
Механические свойства углеродистых сталей
Временное сопротивление ав> кге/мм2
Относительное удлинение (7$. проц., для толщин, мм
Примечание. В эту и последующие таблицы включены стали, которые нашли преимущественное применение в строительных сварных конструкциях.
первой категории стали этой группы — временное сопротивление и относительное удлинение, для второй, помимо этого,— изгиб в холодном состоянии, а для третьей также и предел текучести.
Стали группы Б поставляются по химическому составу. Нормируемые показатели для первой категории стали этой группы — содержание углерода, марганца, кремния, фосфора, серы, мышьяка, азота, а для второй категории также хрома, никеля и меди. Для стали марки БСтО нормируется только содержание углерода, фосфора и серы. Химический состав стали этой группы (по плавочному анализу ковшевой пробы) должен соответствовать нормам, указанным в табл. 3.
Стали группы В поставляются по механическим свойствам, соответствующим сталям группы А, и химическому составу, отвечающему сталям группы Б. Марки сталей — ВСт1, ВСт2, ВСтЗ, ВСт4, ВСт5. Стали этой группы подразделяются на 6 категорий.
Для изготовления сварных конструкций применяют преимущественно марки стали группы В.
Сталь всех групп с номерами марок 1, 2, 3 и 4 по степени раскисления изготовляют кипящей, полуспо — койной и спокойной, с номерами 5 и б — полуспо- конной и спокойной. Полуспокойная и спокойная сталь с номерами марок 3 и 5 производится с обычным и повышенным содержанием марганца. Стали марок СтО и БСтО по степени раскисления не разделяют.
Степень раскисления сталей всех групп указывают в маркировке индексами, например: СтЗкп (кипящая), СтЗпс (полуспокойная), СтЗсп (спокойная). После индекса в маркировке стали ставят категорию нормируемых свойств. Первая категория не указывается.
Химический состав углеродистых сталей, проц.
Примечание. Содержание фосфора должно быть не более 0,07% для стали БСтО и 0,04 для остальных марок, соответственно серы 0,06 и 0,05%. Содержание меди, хрома и никеля в стали БСтО не регламентируется, в остальных марках содержание каждого из этих элементов нс должно превышать 0,3%. Сталь содержит мышьяк в количествах не более 0,08%.
Сталь марок ВСт1, ВСт2, ВСтЗ всех степеней раскисления и ВСтЗ с повышенным содержанием марганца, а по требованию заказчика сталь марок БСт1, БСт2, БСтЗ всех степеней раскисления и БСтЗ с повышенным содержанием марганца поставляются с гарантией свариваемости. Сталь с содержанием углерода в готовом прокате более 0,22% применяется для сварных конструкций при условиях сварки, обеспечивающих надежность сварного соединения.
Отклонения по химическому составу в готовом прокате (по ГОСТ 380—71 *) должны соответствовать приведенным в табл. 4.
Допускаемые отклонения по химическому составу в готовом прокате
полуспокойная и спокойная
Примечание. В сталях марки БСтЗ всех степеней раскисления и БСтЗГпс, поставляемых по требованию заказчика с гарантией свариваемости, плюсовые отклонения по углероду не допускаются.
Обозначение марок стали при заказе, клеймении, в сертификате, на чертежах и другой документации — буквенно-цифровое. Например, обозначение марки стали ВСтЗспб означает: В — группа стали (группа А в обозначении не указывается), Ст — сталь, 3 — условный номер марки стали в зависимости от ее химического состава и механических свойств, сп — спокойная, а цифра в конце — номер категории. Первую категорию в обозначении марки стали не указывают. Для обозначения полуспокой — ной стали с повышенным содержанием марганца после номера ставят букву Г, например ВСтЗГпсЗ.
Кроме сталей, предусмотренных ГОСТ 380-71*, поставляются и другие марки класса С 38/23.
Для сварных мостовых конструкций изготавливается сталь М16С (ГОСТ 6713—75), которая содержит, проц.:
Содержание в стали хрома, никеля и меди не должно превышать 0,3% (каждого элемента). Сталь дополнительно раскисляется присадкой в korhj алюминия.
Ударная вязкость определяется в стали марки М16С при температуре — 20° С и при нормальной температуре после искусственного старения. Для листовой и широкополосной стали значение ударной вязкости на продольных образцах должно быть при температуре — 20°С^4 кгс-м/см2, а на поперечных ^3,5 кгс-м/см2. Для сортовой и фасонной стали (на продольных образцах) эти значения должны быть: при температуре —20°С^4 кгс-м/см2, после старения ^5 кгс-м/см2.
При производстве сварных конструкций получила распространение разработанная Институтом электросварки им. Е. О. Патона АН УССР совместно с Центральным научно-исследовательским институтом строительных конструкций (ЦНИИСК.) им. В. А. Кучеренко и другими организациями малоуглеродистая полуспокойная сталь 18Гпс.
Переход к производству углеродистых по — луспокойных сталей взамен спокойных позволяет без дополнительных капитальных затрат на 8—10% уменьшить расход металла на производство металлопроката, сократить расход окислителей, а также упростить ряд технологических операций при получении стали.
По химическому составу регламентируется следующее содержание элементов, проц.: углерода 0,14—0,22, марганца 0,8—1,2, кремния не более
Химический состав низколегированных
0,1, серы и фосфора нс более чем по 0,04, хрома, никеля и меди не более чем по 0,3. По механическим свойствам сталь должна удовлетворять требованиям ГОСТ 380—71* для стали марки СтЗГсп.
При одинаковом содержании углерода предел текучести стали 18Гпс, как правило, на 1—2 кге/мм2, а предел прочности на 1—4кгс/мм2 выше, чем стали СтЗпс. Полуспокойная сталь имеет более высокие значения ударной вязкости и волокнистости в изломе при всех температурах испытаний. Порог хладноломкости, определенный как по ударной вязкости, так и по наличию 50% волокна в изломе (образцы Менаже), в соответствующих профилях проката лежит при более низких температурах (на 10 — 20° С), чем для стали ВСтЗсп. Сталь устойчива против образования кристаллизационных трещин в сварных швах. Не свариваемость равноценна спокойной стали. Полуспокойную сталь 18Гпс, содержащую в готовом прокате до 0,22% С и 1,1% Мл,
сталей, проц. (ГОСТ 19281—73, ГОСТ 19282—73)
можно сваривать, применяя те же сварочные материалы и те же режимы, что и для стали марки ВСтЗсп.
Для изготовления технологических сварных конструкций и технологического оборудования можно применять сталь углеродистую качественную конструкционную, а также обыкновенного качества общего назначения листовую и сортовую, химический состав и механические свойства которой должны соответствовать ГОСТ 1050—74.
Сталь низколегированная. Низколегированные стали для сварных конструкций в строительстве поставляются по ГОСТ 19281—73 (сортовой и фасонный прокат) и ГОСТ 19282—73 (листовой и широкополосный прокат).
Химический состав сталей, наиболее часто применяющихся в строительных сварных конструкциях, приведен в табл. 5. Механические свойстза стали должны соответствовать нормам табл. 6.
Механические свойства низколегированных сталей (ГОСТ 19282—73)
Временное сопротивление разрыву ов, кгс/мм*
Предел текучести О т, кгс/ммг
Относительное удлинение CTs. проц.
Ударная вязкость, кгсм/см2, при температуре. °С
Свыше 80 До 160
Продолжение табл. 6
Временное сопротивление разрыву ов. кгс/мм2
Предел текучести От, кгс/смг
Относительное удлинение 05. проц.
дариал ть, кгс темпе
Значение ударной вязкости при температуре + 20° С после механического старения должно быть не менее 3 кгс-м/см2. Значение ударной вязкости при температуре —20° С должно быть не ниже норм, установленных для температуры —40° С, а при температурах —50 и —60 — не ниже норм, установленных для температуры —70° С. Свариваемость стали обеспечивается технологией ее изготовления и химическим составом.
В готовом прокате при условии обеспечения механических свойств стали ГОСТ 19282—73 регламентированы отклонения по химическому составу.
В зависимости от нормируемых механических свойств стали поставляют по категориям, которые определяют при выборе марок сталей в соответствии с табл. 50 СНиП Н-В. 3-72 с изменениями и дополнениями, утвержденными постановлением № 150 Госстроя СССР в сентябре 1975 г. Категорию стали проставляют в заказе и документе о качестве.
В обозначении марок сталей двузначные цифры слева указывают примерное содержание углерода в сотых долях процента. Справа от цифр стоят буквы: Г — марганец, С — кремний, X — хром, Н —никель, Д — медь, Ф — ванадий, А — азот, Б — ниобий, буквы пс в конце обозначения марки свидетельствуют, что сталь полуспокойная.
Фасонные профили, сортовую и листовую сталь поставляют без термической обработки или в термически обработанном состоянии. В качестве термической обработки применяют нормализацию, закалку с отпуском или улучшение. Вид термической обработки обычно выбирает завод-изготовитель. Однако стандартом предусмотрена поставка отдельных марок сталей в определенных пределах толщин по требованию потребителя после закалки с отпуском.
В новые стандарты включены марганцово-ниобие — вые стали 10Г2Б и 10Г2БД. Их физико-механические свойства и свариваемость исследовались в Институте электросварки им. Е. О. Патона АН УССР и в Украинском научно-исследовательском институте металлов. Было установлено, что микролегирование листовой горячекатаной стали ниобием в количестве 0,02—0,05% (содержание регламентировано ГОСТом) примерно на 25% повышает ее прочность.
Свариваемость сталей в период освоения оценивали с участием организаций Минмонтажспецстроя УССР по результатам испытаний тавровых образцов на склонность к кристаллизационным трещинам, плоских образцов на растяжение, стандартных образцов на ударный изгиб, плоских образцов с надрезом на статический изгиб и образцов для вибрационных испытаний. Проектным институтом Днсприроектстальконструкция была изучена также обрабатываемость этой стали.
В результате всесторонних испытаний установлено, что новая низколегированная сталь 10Г2Б отличается повышенной прочностью, хорошей свариваемостью и, что особенно важно, повышенной вибрационной прочностью сварных соединений. Металл шва, выполненного на этой стали, обладает высокой стойкостью против образования кристаллизационных трещин.
Возможное снижение массы конструкций при использовании стали 10Г2Б или 10Г2БД с медью и замене ими углеродистой стали СтЗсп достигает 20%.
В сталях с нитридным упрочнением азот не является вредной примесью, так как полностью связывается ванадием в мельчайшие нитриды или карбо — нитриды с рдчипрпм чягтип примерно 0.0002 мм.
Дополнительное легирование небольшим количеством ванадия и наличие дисперсных карбонит — ридных фаз, выпадающих при охлаждении стали после термообработки, обеспечивает интенсивное измельчение зерна. Этим определяется благоприятный комплекс механических свойств. Стали характеризуются повышенной прочностью, высокой пластичностью и хорошей свариваемостью, что определяет возможность их применения в больших толщинах проката. Стали этих марок не содержат никеля и поэтому перспективны для применения в сварных строительных металлоконструкциях.
Сталь 14Г2АФ относится к классу прочности С 52/40, обладает хорошей пластичностью и удовлетворительной свариваемостью. К этому же классу относится полуспокойная сталь 15Г2АФДпс. СПиП 1I-B.3—72 предусмотрено применение стали в листах толщиной до 32 мм. Прочностные характеристики ее равноценны прочностным характеристикам стали 14Г2АФ.
Сталь обладает высокой пластичностью, сопротивлением хрупкому разрушению и хорошей свариваемостью.
Указаниями по применению стали для конструкций зданий и сооружений (СНиП II-B.3-72, табл. 50) предусмотрено назначение сталей 14Г2АФ и 15Г2АФДпс для сварных конструкций группы I, работающих в особо тяжелых условиях и подвергающихся непосредственному воздействию динамических или вибрационных нагрузок, в том числе: балок рабочих площадок главных зданий мартеновских и конверторных цехов, элементов конструкций бункерных и разгрузочных эстакад, непосредственно воспринимающих нагрузку от подвижных составов, подкрановых балок. Для расчетной температуры —40° С стали 14Г2АФ и 15Г2АФДпс применяются с нормируемыми механическими свойствами 12-й категорий, а для температур от —40 до —60 С — со свойствами 15-й категории.
Для сварных конструкций группы II, находящихся под непосредственным воздействием динамических и вибрационных нагрузок (кроме указанных в группе I), в том числе: пролетных строений наклонных мостов доменных печей, пролетных строений и опор транспортерных галерей, назначается также сталь класса С 60/45 марки 161 2АФ 12-й или 15-й категории для соответствующих температур. Кроме того, для этой группы конструкций предусмотрено применение стали 18Г2АФпс. Сталь марки 16Г2АФ наряду с высокой прочностью и пластичностью обладает хорошей сопротивляемостью хрупкому разрушению. По данным ЦНИИПроектстальконструк — ция, использование стали марки 16Г2АФ в сварных металлоконструкциях вместо углеродистой стали марки СтЗ позволяет снизить массу элементов конструкций на 45% и дает до 23% снижения их стоимости. Применение этой стали вместо распространенных сталей повышенной прочности 14Г2, 10Г2С1 снижает расход металла на 24 и стоимость конструкций на 9%.
Стали с нитридным упрочнением используются и для последующих групп (с III по V включительно).
Выбор марок сталей обычной, повышенной и высокой прочности в пределах каждой группы и каждого диапазона расчетных температур производится на основании данных технико-экономических обоснований и расчетов. Стали, рекомендуемые для конструкций I группы, допускается применять для конструкций всех последующих групп при соответствующих диапазонах расчетных температур; стали марок, рекомендуемых для II группы, допускается применять для конструкций последующих групп. При этом характеристика ударной вязкости должна
Сталь конструкционная низколегированная для сварных конструкций
К низколегированным относятся стали, в которых содержание легирующих компонентов в сумме составляет менее 2,5% (кроме углерода). При содержании легирующих элементов в сумме от 2,5 до 10% сталь называется среднелегированной, при содержании свыше 10% легирующих элементов— высоколегированной. В наименовании стали легирующие компоненты указываются в порядке убывания их содержания (например, хромомолибденовая, хромокремнемарганцовая, хромоникелевая и т. п.).
Влияние того или иного элемента на свойства стали зависит от содержания в ней как данного, так и других элементов и особенно углерода.
В обозначении марок легированных сталей по ГОСТ входят буквы и цифры. Буква показывает, какой легирующий элемент входит в сталь, а стоящие за ней цифры — среднее содержание элемента в процентах. Если данного элемента содержится в стали менее 1%, то цифры за буквой не ставятся. В обозначении марок конструкционных низколегированных сталей впереди всегда стоят две цифры, обозначающие содержание в стали углерода в сотых долях процента. Буква А означает, что сталь содержит пониженное количество серы и фосфора и является высококачественной. Буква Т в конце обозначения марки указывает, что сталь содержит титан, а буква Б — ниобий. Например, высоколегированная сталь 0Х18Н9Т содержит: углерода менее 0,1%, хрома в среднем 18%, никеля в среднем 9% и титана до 1%.
Низколегированная хромокремненикелемедистая сталь 15ХСНД по ГОСТ 5058—65 (прежние марки НЛ2 или СХЛ2) содержит 0,12—0,18% углерода; 0,4—0,7% марганца; 0,4—0,7% кремния; 0,2—0,4% меди; 0,6—0,9% хрома; 0,3—0,6% никеля; до 0,04% фосфора и не более 0,04% серы. Временное сопротивление этой стали 50 кгс/мм 2 , относительное удлинение 21%, ударная вязкость 6 кгс-м/см 2 . Сталь 10ХСНД (НЛ1 или СХЛЗ) отличается от стали 15ХСНД содержанием углерода, которого в ней до 0,12%. У этой стали временное сопротивление 54 кгс/мм 2 , относительное удлинение 19% и ударная вязкость 8 кгс-м/см 2 . Стали 10 ХСНД и 15ХСНД хорошо свариваются и в незначительной степени подвержены коррозии; их используют для сварных строительных конструкций высокой надежности, а также в судостроении.
Для сварных мостов, газопроводов и других ответственных сооружений применяют низколегированную конструкционную крем-немарганцевую сталь 10Г2С1 (МК) по ГОСТ 5058—65. Эта сталь содержит до 0,12% углерода; 1,3—1,65% марганца; 0,9— 1,2% кремния; не более 0,035% фосфора и 0,04 серы; по 0,30% хрома и никеля; 0,30% меди. Сталь 10Г2С1 имеет временное сопротивление 46—52 кгс/мм 2 , относительное удлинение — 21%, повышенную коррозионную стойкость, пониженную хладноломкость и удовлетворительно сваривается.
Молибденовые, хромомолибденовые и хромо-молибденованадиевые низколегированные теплоустойчивые стали применяют для изготовления паровых котлов, турбин и трубопроводов, подверженных в процессе работы действию высоких температур и давлений. Для температур 450— 500° С предназначаются молибденовые стали 15М и 25М-Л, содержащие 0,4—0,6% молибдена; для 540°С — хромомолибденовые 15ХМ, 20ХМ-Л, содержащие 0,4—0,6% молибдена и 0,8—1,1% хрома; для 585° С — хромомолибденованадиевые 12Х1МФ и 15Х1М1Ф. Для труб, предназначенных для поверхностного нагрева котлов, применяют хромомолибденованадиевую сталь 12Х2МФСР, дополнительно легированную кремнием и бором, а для крупных отливок паровых турбин — сталь 15Х2М2ФБС-Л, легированную кремнием и ниобием. Для более высоких температур используются трубы из высоколегированных хромистых и хромоникелевых сталей.
Хромокремнемарганцевые стали (хромансиль) обладают большой прочностью, упругостью и хорошо сопротивляются ударным нагрузкам. Содержат углерода (%): сталь 20ХГСА — 0,15—0,25; сталь 25ХГСА —0,22—0,30 и сталь 3ОХГСА — 0,25—0,35. Стали этих марок, кроме углерода, содержат также (%): марганца 0,8—1,1; кремнияТ),9—1,2 и хрома 0,8— 1,1. Содержание серы и фосфора не должно превышать 0,03% Для каждого из этих элементов. В термически обработанном состоянии имеют временное сопротивление 80 кгс/мм 2 , относительное удлинение 10%, ударную вязкость 6 кгс-м/см 2 .
Сварка низколегированных сталей: при выполнении вертикальных и потолочных швов ток уменьшают на 10—20% и применяют электроды диаметром не более 4 мм.
Для уменьшения скорости охлаждения металла шва следует применять стыковые и бортовые соединения, так как при тавровых и нахлесточных соединениях скорость охлаждения выше. Рекомендуется избегать соединений, имеющих швы замкнутого (жесткого контура), если же необходимы такие соединения, то их сваривают короткими участками, обеспечивая подогрев и замедленное охлаждение.
Сварку стыковых соединений металла толщиной до 6 мм и валиковых швов с катетом до 7 мм выполняют в один слой (однопроходную), что уменьшает скорость охлаждения. Более толстый металл сваривают в несколько слоев длинными участками. Каждый слой должен иметь толщину 0,8—1,2 диаметра электрода. Сверху шва накладывают отжигающий валик, края которого должны располагаться на расстоянии 2—3 мм от границы проплавления основного металла. Отжигающий валик накладывают при температуре предыдущего слоя около 200° С. Для металла толщиной до 40—45 мм применяют многослойную сварку способом «горки» или «каскада». Длину участков (300—350 мм) выбирают с таким расчетом, чтобы предыдущий слой не успевал охладиться ниже 200° С при наложении следующего слоя.
Если сталь склонна к закалке или при сварке на морозе, перед выполнением первого шва применяют местный подогрев горелкой или индуктором до 200—250° С. Предварительный подогрев и последующий отпуск необходимы, если твердость в зоне влияния после сварки составляет 250 единиц по Бринеллю и выше.
При выполнении подварочных швов и заварке прихваток необходимо выполнять условия, для сварки низкоуглеродистых сталей.
Сварку конструкционных низкоуглеродистых сталей производят электродами с фтористокальциевыми покрытиями марок УОНИ-13/45; УОНИ-13/55; УОНИ-13/85; ОЗС-2; ЦУ-1; ДСК-50, ЦЛ-18; НИАТ-5 и другими, дающими более плотный и вязкий наплавленный металл, менее склонный к старению. Электроды с руднокислыми покрытиями (ОММ-5, ЦМ-7 и др.) применять при сварке ответственных конструкций из низколегированных сталей не рекомендуется.
Низколегированные конструкционные стали лучше сваривать электродами типа Э42А, так как металл шва получает дополнительное легирование за счет элементов расплавляемого основного металла и временное сопротивление его повышается до 50 кгс/мм 2 ; при этом металл шва сохраняет высокую пластичность. Сварка электродами типа Э60А дает более прочный, но менее пластичный металл шва вследствие более высокого содержания в нем углерода.
Газовая сварка низколегированных сталей производится нормальным пламенем мощностью 75—100 дм 3 /н при левой и 100— 130 дм г /ч ацетилена при правой сварке на 1 мм толщины металла. В качестве присадки используют проволоку Св-08, Св-08А или Св-10Г2 по ГОСТ 2246—60. Целесообразно проковывать шов при светло-красном калении (800—850°С) с последующей нормализацией нагревом горелкой.
Электрошлаковая сварка низколегированных сталей. Низколегированные стали применяют для изготовления сварных конструкций ответственного назначения, работающих под давлением, при ударных или знакопеременных нагрузках, в условиях низких температур - до 203 К (-70° С) или высоких - до 853К (580° С), в различных агрессивных средах и т. д. Конструкции из этих сталей используют в тяжелом, химическом и нефтяном машиностроении, судостроении, гидротехническом строительстве и т. д.
Низколегированные низкоуглеродистые конструкционные стали содержат, как правило, менее 0,18% С и подразделяются на стали повышенной и высокой прочности.
Низколегированные низкоуглеродистые стали повышенной прочности (09Г2С, 16ГС, 10ХСНД и др.) поставляют по ГОСТ 19282-73 и специальным техническим условиям в горячекатаном или нормализованном состоянии. Они легированы обычно до 1,70% Мn, - 1,20% Si, ~ 0,90% Сr или - 1,30% № и имеют ферритно-перлитную структуру.
Низколегированные высокопрочные стали подразделяют на стали с нитридным упрочнением (14Г2АФ, 16Г2АФ и др.) и термически улучшенные (14Х2ГМР и др.).
Низколегированные ферритноперлитные стали, упрочненные дисперсными нитридами (наиболее часто нитридами алюминия, ванадия или ниобия), поставляют в нормализованном состоянии со следующими характеристиками: oт 450 МН/м 2 (45 кгс/мм 2 ) и ов > 600 МН/м 2 (60 кгс/мм 2 ). Еще более высокие механические свойства высокопрочных низколегированных сталей (σт = 600-800 МН/м 2 , σв = 650-850 МН/м 2 , aн выше 0,35 МДж/м 2 при 233 К) достигаются путем получения структур отпущенного мартенсита или бейнита. В этих целях сталь легируют обычно молибденом (0,15-0,55%) в сочетании с бором, марганцем, хромом или никелем и термически улучшают закалкой и отпуском.
Низколегированные теплоустойчивые стали 12ХМ, 12МХ, 16ГНМ и др., применяемые в котло-турбостроении, а также в химическом и нефтяном машиностроении, легированы до 0,55% Мо и до 1,1% Сг для повышения жаропрочности и жаростойкости. Их поставляют в нормализованном состоянии.
Низколегированные среднеуглеродистые конструкционные стали 20ГСЛ, 35XMЛ и др., поставляемые в термообработанном состоянии (нормализованном или закаленном), наряду с легированием до 1,6% Мn, Cr, Ni и 0,6% Мо содержат повышенное количество углерода (0,15-0,45%). Требования по ударной вязкости для них (ан = 0,3 - 0,45 МДж/м 2 ) оговорены обычно только при комнатной температуре. Наиболее широко низколегированные среднеуглеродистые стали применяют в тяжелом и энергетическом машиностроении для изготовления фасонных отливок.
Читайте также: