Материаловедение

Конструкционные стали унивесального применения

1. Рессорно-пружинные стали

(рис.1)

Двухрядная пружинная рессора и листовая замкнутая рессора

Рис. 1 Двухрядная пружинная рессора (а), листовая замкнутая рессора (б)

Стали этой группы должны обладать высоким пределом упругости (текучести).

Для получения высоких упругих характеристик рессорно-пружинные стали подвергают закалке с последующим среднетемпературным отпуском (рис. 2) для получения в структуре троостита (рис. 3). Для достижения более высоких эксплуатационных характеристик используют стали, легированные кремнием, хромом и ванадием.

Характерным признаком рессорно-пружинных сталей является наличие в них углерода в количестве 0,5…0,8 %. По составу эти стали могут быть как углеродистыми, так и легированными. Рессорно-пружинные стали, прежде всего, должны обладать высоким пределом текучести, что обеспечивает высокие упругие свойства. Кроме того, они должны обладать высоким преде-

лом выносливости и достаточно высоким пределом прочности. А вот пластичность этих сталей должна быть пониженной (5–10 % по относительному удлинению и 20–35 % по относительному сужению). Это связано с тем, что в рессорах и пружинах не допускается пластическая деформация.

Режимы ТО рессорно-пружинных сталей

Рис. 2 Режимы ТО рессорно-пружинных сталей: а) закалка+средний отпуск на троостит; б) изотермическая закалка на нижний бейнит

Структура троостит

Рис. 3 Структура троостит

Углеродистые стали используются для изготовления пружин небольшого сечения, работающих при невысоких напряжениях. Чаще для изготовления рессор и пружин используются кремнистые ста-

ли с концентрацией кремния 2 % (50С2, 55С2 и 60С2). Кремний в таких сталях задерживает распад мартенсита при отпуске, что приводит к повышению предела текучести и, стало быть, к повышению упругих характеристик.

Условный предел текучести (σ0,2) этих сталей составляет 1100–1200 МПа, предел прочности – 1200…1300 МПа, относительное удлинение 6 %, относительное сужение 30–25 % и предел выносливости, рассчитанный по условному пределу текучести, составляет 42–44 МПа.

К недостаткам этих сталей следует отнести их склонность к обезуглероживанию и образованию поверхностных дефектов в процессе горячей обработки, приводящих к снижению предела выносливости (рис. 4). В целях предотвращения образования указанных дефектов, кремнистые стали дополнительно легируют хромом, марганцем, ванадием, никелем и вольфрамом.

Обезуглероженный поверхностный слой рессорной стали в процессе горячей обработки

Рис. 4 Обезуглероженный поверхностный слой рессорной стали в процессе горячей обработки

Стали марок 50С2, 55С2, 60С2 и 70С3А можно использовать для изготовления пружин и рессор диаметром или толщиной до 18 мм. Они проявляют стойкость к росту зерна при нагреве под закалку, но склонны к обезуглероживанию, приводящему к снижению предела выносливости.

Усталостное разрушение пружин из сталей с низким пределом выносливости

Рис. 5 Усталостное разрушение пружин из сталей с низким пределом выносливости

Сталь 60С2ХА идет для изготовления крупных пружин ответственного назначения. При закалке в масле она прокаливается на глубину до 50 мм. Недостатком этой стали является ее склонность к обрыву в процессе волочения. Стали марок 60С2Н2А и 60С2ХФА обладают более высокой прокаливаемостью (до 80 мм) и применяются для изготовления пружин особо ответственного назначения. При этом сталь 60С2Н2А обладает наилучшим сочетанием технологических и эксплуатационных свойств. Общий недостаток кремнистых рессорно-пружинных сталей заключается в их повышенной чувствительности к внешним поверхностным дефектам (царапины, риски, забоины), играющим роль концентраторов внутренних напряжений, вследствие чего снижается предел выносливости.

Поэтому в настоящее время в практике широко применяются бескремнистые рессорно-пружинные стали.

При одной и той же концентрации углерода, что и у кремнистых сталей, кремний в них заменяется следующими возможными сочетаниями легирующих элементов: хром + марганец, хром + ванадий, хром + марганец + ванадий, хром + марганец + бор. Например, 50ХГ, 50ХФ, 50ХГФ, 55ХГР. Эти стали обладают повышенной вязкостью и менее чувствительны к надрезу. Для повышения эксплуатационных характеристик, особенно для пружин, работающих при длительных знакопеременных нагрузках, назначают обдувку поверхности пружин дробью. Возникающие при этом в поверхностном слое напряжения сжатия приводят к повышению предела выносливости.

Конструкционная пружинная сталь 65Г получила наибольшее распространение в производстве упругих частей разных механизмов (рессор, пружин и шайб) благодаря дешевизне, повышенной твердости и упругости. Единственным недостатком, ограничивающим ее использование в приборостроении, является невысокая усталостная прочность (менее 200.000 циклов). Сталь этой марки обладает твердостью в незакаленном виде 25 HRC, после закалки она возрастает до 61 HRC.

Наиболее высокие механические и эксплуатационные характеристики можно получить в процессе холодной протяжки предварительно патентированной проволоки, диаметром до 2 мм из углеродистой стали, подвергавшейся высоким степеням обжатия (70–90 %).

Процесс патентирования проводится между протяжками. Он заключается в нагреве проволоки на 50–100 °С свыше точки Ас3 с последующим охлаждением в ванне с расплавленным свинцом. Температура расплава должна составлять 450–550 °С. В результате такой термической обработки происходит изотермический распад аустенита с образованием тонкопластинчатого сорбита.

Наиболее высокие механические свойства имеют стали 70СЗА, 60С2ХА и 60С2И2А: σв ≥ 1800 МПа; σ0,2 ≥ 1600 МПа; δ ≥ 5 %; ≥ 20 %. Их предел упругости составляет σ0,01=880…1150 МПа, а твердость — 38 — 48 HRC. При такой прочности и твердости стали чувствительны к концентраторам напряжений, поэтому на сопротивление усталости большое влияние оказывает состояние поверхности. При отсутствии поверхностных дефектов (обезуглероживания, окалины, грубых рисок и др.) предел выносливости сталей при изгибе не ниже 500 МПа, а при кручении 300 МПа. Для уменьшения чувствительности к концентраторам напряжений готовые пружины и листы рессор подвергают поверхностному наклепу обдувкой дробью. После упрочнения дробью предел выносливости увеличивается в 1,5-2 раза.

Справочные данные

Марка стали Рекомендуемый режим термической обработки Механические свойства
Ϭт,

кгс/мм2

Ϭв,

кгс/мм2

δ,% ψ,%
ТоС закалки Закалочная

среда

ТоС отпуска
Не менее
65 840 Масло 480 80 100 10 35
70 830 » 480 85 105 9 30
75 820 » 480 90 110 9 30
85 820 » 480 100 115 8 30
60Г 840 » 480 80 100 8 30
65Г 830 Масло 480 80 100 8 30
70Г 830 » 480 85 105 7 25
55ГС 820 » 480 80 100 8 30
50С2 870 Масло или

вода

460 110 120 6 30
55С2 870 То же 460 120 130 6 30
55С2А 870 » » 460 120 130 6 30
60С2 870 Масло 460 120 130 6 25
60С2А 870 » 420 140 160 6 20
70С3А 860 » 460 160 180 6 25
50ХГ 840 » 440 110 130 7 35
50ХГА 840 » 440 120 130 7 35
55ХГР 830 » 450 125 140 5 30
50ХФА 850 » 520 110 130 8 35
50ХГФА 850 » 520 120 130 6 35
60С2ХФА 850 » 410 170 190 5 20
50ХСА 850 » 520 120 135 6 30
65С2ВА 850 » 420 170 190 5 20
60С2Н2А 880 » 420 160 175 6 20
60С2ХА 870 » 420 160 180 5 20
60СГА 860 » 460 140 160 6 25

Навивка пружин готовые пружины

Рис. 6 Навивка пружин и готовая продукция

2. Литейные стали

К литейным сталям относят железоуглеродистые сплавы, содержащие до 2,14% С и другие элементы (Mn, Si, Р, S, Cr, Ni, W, Mo, V и т. д.), попавшие в сталь из шихтовых материалов либо специально введенные в нее в определенных количествах для придания сплаву необходимых эксплуатационных и технологических свойств.

В настоящее время стальные отливки (рис. 6) используют во всех отраслях машиностроения; по объему производства они занимают второе место после чугунов. Из сталей отливают обычно детали, к которым предъявляют повышенные требования по прочности, пластичности, надежности и долговечности в процессе эксплуатации.

Стальное литьё и литейные наконечники для винтовых свай

Рис. 6 Стальное литьё и литейные наконечники для винтовых свай

Литейные стали классифицируют в основном по способу выплавки, химическому составу, структуре, назначению.

По химическому составу литейные стали разделяют на углеродистые, а также низко-, средне –и высоколегированные. По структуре углеродистые стали могут быть ферритными или перлитными, а легированные — ферритными, мартенситно-ферритными, мартенситными, аустенитномартенситными, аустенитно-ферритными и аустенитными. Так как стальные отливки обычно подвергают термической обработке, стали классифицируют также по структуре в термически обработанном состоянии. Так, для термически обработанных углеродистых и многих низколибо среднелегированных сталей характерна перлитная структура, а для высоколегированных жаропрочных и жаростойких сталей, так же, как и для износостойкой высокомарганцовистой стали 110Г13Л, — аустенитная (сталь Гадфильда).

Гадфильд Р.А. (Hadfield Robert Abbot 1858 — 1940 г.) — английский металлург, иностранный почетный член АН СССР с 1933 г. Основные научные труды и работы по производству, термической обработке и свойствам износостойкой (аустенитной) марганцевой стали 110Г13Л.

Сталь 110Г13Л — ГОСТ 977-88 распространяется на стальные отливки, изготавливаемые всеми способами литья из нелегированных и легированных конструкционных, легированных со специальными свойствами литейных сталей. Согласно ГОСТ 977-88 марка стали 110Г13Л, класс стали – аустенитная.

Структура стали 110Г13Л после литья — аустенит и избыточные карбиды (Mn, Fe)3C. Данная структура стали приводит к изменению свойств – повышается вязкость и износостойкость. При нагреве изделий до t =1070 — 1100 ºС избыточные карбиды растворяются в железе. После этого литые изделия из стали 110Г13Л при температуре t=1100 ºС закаливают в воде. Сталь 110Г13Л после закалки имеет аустенитную структуру (рис. 7).

Микроструктура стали до закалки и после закалки

Рис. 7 Микроструктура стали 110Г13Л: а – до закалки, б – после закалки

Химический состав стали 110Г13Л:

C (углерод) 0,9-1,5% P (фосфор) не более 0,12%
Si (кремний) 0,3-1,00% S (сера) не более 0,05%
Mn (марганец) 11,5-15% Cr (хром) не более 1%
Ni (никель) не более 1%

Механические свойства стали 110Г13Л:

  • предел прочности (временное сопротивление) σв = 800-900 Мпа;
  • условный предел текучести σ0,2 = 310-350 Мпа;
  • относительное удлинение (пластичность) δ = 15-20 %;
  • относительное сужение ψ = 50-30 %;
  • начальная твердость в исходном состоянии 200 НВ — после воздействия холодной деформации 600 НВ;

На рис. 8 изображены некоторые изделия из стали 110Г13Л.

Изделия, изготовляемые из стали 110Г13Л

Рис. 8 Изделия, изготовляемые из стали 110Г13Л

Структура отливок из высоколегированных сталей в основном определяется природой и количеством легирующих элементов, содержанием углерода, режимом термической обработки, поэтому приведенная выше классификация этих структур условна.

В зависимости от скорости охлаждения, например, у сталей мартенситного класса можно получить перлитную структуру и наоборот. В зависимости от назначения литой детали и требований к ней конструкционные нелегированные и легированные стали разделены (согласно ГОСТ 977—75) на три группы:

  1. для изготовления отливок общего назначения;
  2. ответственного назначения;
  3. особо ответственного назначения.

Для каждой группы отливок установлены показатели контроля. Для отливок I группы допускается содержание в стали 0,05—0,06% S и 0,05— 0,087% Р; для отливок II группы —0,045—0,06% S и 0,04—0,07% Р; для отливок III группы — 0,045—0,05% S и 0,04— 0,05% Р. Содержание других элементов одинаково для сталей всех групп отливок.

Большую часть фасонных отливок (около 65%) изготовляют из углеродистых конструкционных сталей (ГОСТ 977—75) следующих марок 15Л, 20Л, 25Л, 30Л, 35Л, 40Л, 45Л, 50Л, 55Л. В обозначении марки число означает среднее содержание углерода в сотых долях процента (например, для марки 25Л—0,25% С), а буква «Л» указывает, что сталь предназначена для литья. С увеличением содержания углерода повышается прочность и снижаются пластические свойства сталей. Одновременно улучшается жидкотекучесть их и уменьшается усадка. Важное значение имеют требования, указанные в примечаниях в отношении содержания вредных примесей — серы и фосфора. Сера вызывает склонность сталей к образованию горячих трещин, а фосфор — хрупкость при обычных и низких температурах.

Свойства некоторых углеродистых конструкционных литейных сталей приведены в таблице 1.

Таблица 1

Сталь Состав, % (Feоснова) Механические свойства (после нормализации), не менее Температура заливки,

°С

С Μn σв στ δ ψ КСU
МПа % Мдж/ м2
15Л 0,12—0,2 0,3—0,9 400 200 24 35 0,5 1560—1630
20Л 0,17—0,25 0,35—0,9 420 220 22 35 0,5 1560—1630
25Л 0,22—0,3 0,35—0,9 450 240 19 30 0,4 1500—1580
45Л 0,42—0,5 0,4—0,9 550 320 12 20 0,3 1460—1560
55Л 0,52—0,6 0,4—0,9 600 350 10 18 0,25 1460—1560

В зависимости от назначения сталей содержание в них вредных примесей имеет различные ограничения: для отливок общего назначения допускается содержание серы до 0.06% и фосфора до 0,08%, тогда как для отливок особо ответственного назначения количество каждого из этих элементов не должно превышать 0,05%; содержание кремния в сталях всех указанных марок должно быть в пределах 0,2—0,52%. а Cr. Ni, Cu — не более 0.3% (каждого).

В ГОСТ 977—75 (СТ СЭВ 4459—84, СТ СЭВ 4561-84) предусмотрено также сорок пять марок легированной (Cr, Ni, Mn, Mo, V, Cu и др.) конструкционной стали с содержанием каждого из легирующих элементов не более 2% (таб.2).

На отливки из высоколегированных сталей со специальными свойствами установлен ГОСТ 2176—77. Стандартом установлено 30 марок высоколегированных сталей указанного назначения (таб.3). Марки включают буквенное обозначение легирующих элементов и следующие за ним числа, указывающие на среднее содержание этого элемента в массовых процентах. Числа в начале наименования марки характеризует среднее содержание углерода в процентах, а буква «Л» в конце показывает, что сталь предназначена для фасонного литья. Так, широко используемая в машиностроении коррозионностойкая (нержавеющая) сталь аустенитного класса 10Х18Н9ТЛ содержит не более 0,12% углерода, 17— 2U% хрома, 8—11% никеля и до 0,6% титана, а отличающаяся высокой износостойкостью высокомарганцовистая сталь 110Г13Л, идущая, например, на отливку звеньев гусениц тракторов и других гусеничных машин, содержит 0,9—1,3% углерода и 11,5—14,5% марганца. Для большинства рассматриваемых легированных сталей строго ограничивается содержание вредных примесей (до 0,03—0,035% серы и до 0,035—0,04% фосфора). Буквенные обозначения легирующих элементов приняты теми же, что и в марках легированных чугунов (см. примечание к табл. 6.3), а других: Ф—ванадий, В — вольфрам, Б — ниобий, Р — бор.

ГОСТ 21357—75 установлен на отливки из хладостойкой и износостойкой стали для деталей машин и металлоконструкций, эксплуатируемых при температурах до —60°С. К числу этих сталей относят углеродистые и легированные конструкционные (например, 15ЛС, 35МЛС, ЗОХМЛС, 35ХГСМЛС), а также высоколегированные со специальными свойствами 10Х18Н9МЛС и 110Г13МЛС. Буква «С» в конце марки указывает, что эта сталь предназначена для работы при температурах до —60°С. В рассматриваемых сталях хладостойкость и повышенная износостойкость обеспечиваются низким содержанием вредных примесей — серы и фосфора (не более 0,02% каждой), а также обработкой этих сталей при плавке комплексными раскислителями и лигатурами редкоземельных и других металлов в сочетании со специальными режимами термической обработки готовых отливок.

Таблица 2

Сталь для отливок обыкновенная
03Н12Х5М3ТЛ 03Н12Х5М3ТЮЛ 08ГДНФЛ 08Х17Н34В5Т3Ю2Л 110Г13Л
120Г13Х2БЛ 12ДН2ФЛ 12ДХН1МФЛ 12Х7Г3СЛ 13НДФТЛ
13ХНДФТЛ 14Х2ГМРЛ 15ГЛ 15ГНЛ 15Л
20Г1ФЛ 20ГЛ 20ГНМФЛ 20ГСЛ 20ДХЛ
20Л 20ФЛ 20ХГСНДМЛ 20ХГСФЛ 20ХМЛ
20ХМФЛ 23ХГС2МФЛ 25ГСЛ 25Л 25Х2Г2ФЛ
25Х2ГНМФЛ 25Х2НМЛ 27Х5ГСМЛ 30ГЛ 30ГСЛ
30Л 30Х3С3ГМЛ 30ХГСФЛ 30ХГФРЛ 30ХНМЛ
32Х06Л 35ГЛ 35Л 35НГМЛ 35ХГСЛ
35ХМЛ 35ХМФЛ 35ХН2МЛ 35ХНЛ 40Л
40ХЛ 45ГЛ 45Л 45ФЛ 50Л
55Л 80ГСЛ

Таблица 3

Сталь для отливок с особыми свойствами
07Х17Н16ТЛ 07Х18Н9Л 08Х14Н7МЛ 08Х14НДЛ 08Х15Н4ДМЛ
08Х17Н34В5Т3Ю2РЛ 09Х16Н4БЛ 09Х17Н3СЛ 10Х12НДЛ 10Х14НДЛ
10Х17Н10Г4МБЛ 10Х18Н11БЛ 10Х18Н3Г3Д2Л 10Х18Н9Л 110Г13ФТЛ
110Г13Х2БРЛ 120Г10ФЛ 12Х18Н12БЛ 12Х18Н12М3ТЛ 12Х18Н9ТЛ
12Х25Н5ТМФЛ 130Г14ХМФА 14Х18Н4Г4Л 15Х13Л 15Х18Н22В6М2Л
15Х18Н22В6М2РЛ 15Х23Н18Л 15Х25ТЛ 16Х18Н12С4ТЮЛ 18Х25Н19СЛ
20Х12ВНМФЛ 20Х13Л 20Х20Н14С2Л 20Х21Н46В8Л 20Х21Н46В8РЛ
20Х25Н19С2Л 20Х5МЛ 20Х5ТЛ 20Х8ВЛ 31Х19Н9МВБТЛ
35Х18Н24С2Л 35Х23Н7СЛ 40Х24Н12СЛ 40Х9С2Л 45Х17Г13Н3ЮЛ
55Х18Г14С2ТЛ 85Х4М5Ф2В6 90Х4М4Ф2В6Л

Особенности структуры литейной стали: отличительной особенностью, литой стали является грубозернистость ее строения, которая обусловливает низкий механические свойства, особенно характеристики пластичности и вязкости металла. Крупнозернистая структура также весьма неблагоприятно влияет на показатели сопротивления микропластическим деформациям металла. Поэтому решение теоретических и практических вопросов измельчения структуры, литой стали имеет весьма актуальное значение.

В настоящее время благодаря общим успехам в литейном производстве, и в частности достижениям литейного металловедения, в машиностроении, в том числе в специальном машиностроении, широкое применение находят стальные отливки, причем часто взамен поковок и штамповок.

Для изготовления стальных фасонных отливок применяются литейные стали, отличительными чертами которых являются удовлетворительные литейные свойства — жидкотекучесть, заполняемость, трещиноустойчивость (стойкость против образования горячих трещин), склонность к образованию усадочных пороков. Удовлетворительные литейные свойства стали позволяют получать сложные фасонные, часто тонкостенные отливки без дефектов — незаливов, горячих трещин, усадочных пороков.

Однако обеспечение надлежащего качества отливок — важное, но не определяющее условие разработки и применения для их изготовления специальной группы сталей — литейных сталей.

Принципиально важной отличительной особенностью литейных легированных сталей по сравнению с деформируемыми является их возможность обеспечивать высокие характеристики механических свойств металла отливок без использования мощного инструмента — пластической деформации металла, которая определяет высокий уровень прочностных и особенно пластических свойств у деформируемых сталей. Связано это с тем, что при пластической деформации металла происходят существенные качественные изменения литой структуры: разрушаются дендриты, измельчаются первичные зерна, разрушаются неметаллические включения в объеме зерен, а также неметаллические прослойки на границах первичных зерен, устраняется межкристаллитная пористость и существенно уменьшается химическая (ликвационная) неоднородность (рис. 9).

Дендритная структура литой стали 35Л

Рис. 9 Дендритная структура литой стали 35Л: а — шлиф; б — излом; в — излом после обжатия 10 %; г — после обжатия 40%. х 100

Учитывая это, в литейном металловедении особое внимание уделяется формированию первичной структуры металла отливок, т. е. той структуры, которую имеют отливки после первичной кристаллизации и полного затвердевания металла. Основной задачей при этом является обеспечение условий для уменьшения до минимума химической неоднородности металла в процессе его кристаллизации из жидкого состояния. В этом случае можно свести к минимуму их вредное влияние на пластичность и вязкость литейных сталей.

Так как при затвердевании жидкой стали преимущественно образуются кристаллы сложной формы — дендриты, то химическая неоднородность (ликвация), возникающая в пределах каждого дендрита, будет определять химическую и соответственно структурную неоднородность всего объема затвердевающего металла в отливке.

Существенное влияние на развитие процессов ликвации в отливках оказывают следующие факторы: температура и интервал затвердевания стали, диффузионная способность элементов состава.

Однако обеспечение надлежащего качества отливок — важное, но не определяющее условие разработки и применения для их изготовления специальной группы сталей — литейных сталей.

Принципиально важной отличительной особенностью литейных легированных сталей по сравнению с деформируемыми является их возможность обеспечивать высокие характеристики механических свойств металла отливок без использования мощного инструмента — пластической деформации металла, которая определяет высокий уровень прочностных и особенно пластических свойств у деформируемых сталей. Связано это с тем, что при пластической деформации металла происходят существенные качественные изменения литой структуры: разрушаются дендриты, измельчаются первичные зерна, разрушаются неметаллические включения в объеме зерен, а также неметаллические прослойки на границах первичных зерен, устраняется межкристаллитная пористость и существенно уменьшается химическая (ликвационная) неоднородность (рис. 10, 5.11).

Дендритная структура стали 40ХНМЛ

до деформации                   после деформации

Рис. 10 Дендритная структура стали 40ХНМЛ (х20)

Неметаллические включения в стали 40ХНМЛ

до деформации              после деформации

Рис. 11 Неметаллические включения в стали 40ХНМЛ

Существенное влияние на развитие процессов ликвации в отливках оказывают следующие факторы: температура и интервал затвердевания стали, диффузионная способность элементов состава стали, теплоемкость и теплопроводность стали, поверхностное натяжение и вязкость стали.

Типовыми представителями отливок из хладостойких сталей марок 27ХН2МФЛ, 35ХМФЛ и др. по ГОСТ 21357 являются звенья гусениц тракторов и экскаваторов, зубья ковшей, разрыхлители грунта, сварочно-литые конструкции больших сечений экскаваторов; изделия из этих сталей в основном применяются в горнорудной и гидрометаллургической промышленности.

В холодильной технике широко применяют сжиженные газы, в частности азот. Чтобы сохранить его в жидком состоянии, нужен ужасный мороз — почти 200 градусов ниже нуля. При такой температуре обычная сталь становится хрупкой, как стекло. Контейнеры для хранения жидкого азота делают из хладостойкой стали, но и она долгое время “страдала” одним существенным недостатком: сварные швы на ней имели низкую прочность. Устранить этот недостаток помог молибден. Прежде в состав присадочных материалов, применяемых при сварке, входил хром, который как оказалось, приводил к растрескиванию кромок шва. Исследования позволили установить, что молибден, наоборот, предотвращает образование трещин. После многочисленных опытов был найден оптимальный состав присадки: она

должна содержать 20% молибдена. А сварные швы теперь так же легко переносят двухсотградусный мороз, как и сама сталь.

Нержавеющая окалиностойкая литейная сталь — высоколегированная сталь для изготовления литых деталей, работающих при высоких температурах и обладающих высокой окалиностойкостью.

Исходя из структуры, нержавеющие окалиностойкие литейные стали разделяются на несколько групп: закаливающаяся мартенситная, ферритная, полуферритная и мартенситная, аустенитная.

Механические свойства нержавеющих окалиностойких литейных сталей определяются на образцах, вырезанных из заготовок, отлитых из той же плавки металла, что и детали, и термически обработанных вместе с ними.

Стали Х9С2Л и Х6С2МЛ относятся к группе сильхромов перлитного класса, закаливающихся на мартенсит; используются для деталей, которые должны иметь не только высокое сопротивление окислению, но также и хорошую стойкость против истирания. Введение в состав сильхромов молибдена уменьшает отпускную хрупкость этой стали.

Технологические свойства. Литье нержавеющей окалиностойкой литейной стали производится по выплавляемым моделям, в керамические и оболочковые формы; кольцевые детали отливают центробежным способом в кокиль. Жидкотекучесть высокая. Литейная свободная усадка 2—2,5%. Свариваемость хорошая. Сварка и заварка дефектов отливок производятся дуговой сваркой. Обрабатываемость резанием удовлетворительная.

Сталь Х9С2Л применяется для деталей, работающих с пониженной нагрузкой при температурах до 700°С; сталь Х6С2МЛ — для деталей, работающих при температурах до 750°С (детали крекинг-установок, части насосов и др.). Сталь Х18Н9ТЛ применяется для деталей, работающих при температурах до 600°С (выпускные коллекторы газопроводов, арматура для нефтеперерабатывающих установок, ящики для цементации); сталь Х18Н12МЗТЛ — для деталей, работающих при температурах до 800°; сталь Х25Н19С2Л — для деталей паровых и газовых турбин и котельных установок, работающих при температурах до 650°С; сталь Х24Н12СЛ — для деталей, работающих длит, время при высоких нагрузках и температурах до 600°С (лопатки компрессоров и сопловых аппаратов газовых турбин); сталь Х18Н24С2Л — для деталей, работающих при малых нагрузках и температурах до 1000° (печные конвейеры, котельная арматура, крепежные детали и др.), а также для деталей, работающих при больших нагрузках и температурах до 800°С.

Ниже приведены изделия, изготовленные методом литья

изделия, изготовленные методом литьяизделия, изготовленные методом литьяизделия, изготовленные методом литья

изделия, изготовленные методом литьяизделия, изготовленные методом литьяизделия, изготовленные методом литья

изделия, изготовленные методом литьяизделия, изготовленные методом литьяизделия, изготовленные методом литья

изделия, изготовленные методом литьяизделия, изготовленные методом литья

3. Строительные стали

Сталь строительная должна хорошо свариваться, поэтому содержание углерода в ней не должно превышать 0,25%. Провести точно грань между строительной и конструкционной сталями трудно. Из строительной стали главным образом изготовляют трубы, заклепки, арматуру, балки, полосы, швеллера, двутавры, уголок и другие детали (рис. 6). Строительная сталь марок Ст.0 — Ст.4 относится к группе обыкновенных сталей. Используется строительная сталь без термической обработки.

Изделия из строительных сталей

Рис. 6 Изделия из строительных сталей

Для строительных целей может применяться и сталь, прошедшая термическую обработку (МСт. 0 до МСт. 4 включительно), а для изготовления конструкций, требующих повышенной прочности – легированная сталь.

Стали для строительных конструкций разделяют на виды и маркируют условными обозначениями, в которых отражается состав и назначение стали, механические и химические свойства, способы изготовления и раскисления.

Углеродистую сталь обыкновенного качества изготовляют следующих марок: Ст0, Ст1кп, Ст1пс, Ст1сп, Ст2кп, Ст2пс, Ст2сп, Ст3кп, Ст3пс, Ст3сп, Ст3Гпс, Ст3Гсп, Ст4кп, Ст4пс, Ст4сп, Ст5пс, Ст5сп, Ст5Гпс, Ст6пс, Ст6сп (ГОСТ 380-2005).

Буквы «Ст» обозначают «Сталь», цифры — условный номер марки в зависимости от химического состава, буква «Г» — марганец при его массовой доле в стали 0,80 % и более, буквы «кп», «пс», «сп» — степень раскисления стали: «кп» — кипящая, «пс» — полуспокойная, «сп» — спокойная.

Для стали этой группы указывается способ получения (Б — бессемеровская, Т — томасовская, М -мартеновская). Например, марка МСт.2 показывает, что эта сталь конструкционная, обыкновенного качества, мартеновская, маркой БСт.3 обозначается сталь конструкционная, обыкновенного качества, бессемеровская.

Механические свойства углеродистых сталей обыкновенного качества указаны в табл.1.

К недостаткам углеродистых сталей обыкновенного качества можно отнести то, что они часто не обеспечивают требуемых свойств по хладностойкости при эксплуатации сварных металлоконструкций в условиях, где более суровые климатические условия. Кроме того, существенным недостатком строительных углеродистых сталей является их малая прочность, что приводит к большому расходу металла и увеличению массы металлоконструкций. Поэтому повышение прочности строительных сталей и увеличение их хладостойкости являются важными народнохозяйственными проблемами. Решаются эти задачи путем термического упрочнения углеродистых сталей и применения низколегированных сталей.

Таблица 1

Механические свойства углеродистых сталей обыкновенного качества

Низколегированные или строительные стали повышенной прочности — в отличие от конструкционных легированных сталей, строительные стали повышенной прочности у потребителей не подвергаются термической обработке, т. е. структура и служебные характеристики формируются при производстве сталей.

По сравнению с углеродистыми сталями более высокая прочность строительных низколегированных сталей достигается упрочнением феррита за счет легирования сравнительно малыми количествами кремния и марганца, а также хрома, никеля, меди и некоторых других элементов.

К низколегированным строительным сталям относятся стали марок 14Г2, 17ГС, 14ХГС, 15ХСНД, 34Г2АФ, 17Г2АФБ и другие (ГОСТ 27772-Сталь 15ХСНД, содержащая никель и медь, работает в конструкциях до —60°С без перехода в хрупкое состояние. Кроме того, введение этих элементов увеличивает коррозионную стойкость стали в атмосферных условиях. Все такие стали имеют низкое содержание углерода (<0,22% С).

Строительные стали применяют главным образом в виде листов разной толщины, а также в виде сортового проката (рис. 7). Применение в строительных конструкциях более прочных низколегированных сталей вместо углеродистых дает возможность снизить расход металла на 15—25 %.

Несмотря на несколько более высокую стоимость их использование экономически целесообразно.

Выбор основного металла для строительных сварных конструкций регламентирован строительными нормами и правилами СНиП ПВ.З—62.

Все стали для металлических конструкций должны иметь угол загиба в холодном состоянии 180о при с = 2s, где с – толщина оправки, s – толщина проката. Механические свойства сталей марок 14ХГС и 18Г2 всех толщин, марки 09Г2 толщиной 21 – 32 мм и марки 10ХСНД толщиной более 15 мм относятся к сталям в термически обработанном состоянии. Ударная вязкость стали марок 09Г2 и 15ХСНД толщиной 5 – 10 мм при Т = -40оС должна быть не менее 4 кГм /см2.

Стали 35ГС, 18Г2С и 25Г2С должны иметь угол загиба в холодном состоянии 90о при с = 3d, а сталь 20ХГ2Ц при -45оС должны иметь угол загиба 80о при с = 5d, где с – толщина оправки; d – диаметр стержня.

Сортовой прокат и листы разной толщины из низколегированной стали

Рис. 7 Сортовой прокат и листы разной толщины из низколегированной стали

СХЕМЫ И ПРИМЕРЫ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ ПРОКАТА

ПРИМЕРЫ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ ПРОКАТА

Прокат угловой равнополочный обычной точности прокатки (В), размерами 75756 мм по ГОСТ 8509-86, из стали С245 по ГОСТ 27772-88.

Сталь строительная предназначается для изготовления строительных конструкций — мостов, газо- и нефтепроводов, ферм, котлов и т. д. (рис. 8). Все строительные конструкции, как правило, являются сварными, и свариваемость — одно из основных свойств строительной стали.

Сталь для строительных конструкций ГОСТ 27772-88
С235 С245 С255 С275 С285
С345 С345Д С345К С375 С375Д
С390 С390Д С390К С440 С440Д
С590 С590К

Эта группа сталей содержит относительно малые количества углерода 0,1—0,25 %. Повышение прочности достигается легированием обычно дешевыми элементами — марганцем и кремнием. Например,

Марка: С245
Заменитель: Ст3пс5, Ст3сп5
Классификация: сталь для строительных конструкций
Применение: изготовления проката, предназначенного для строительных стальных конструкций со сварными и другими соединениями

Химический состав в % материала С245

ГОСТ 27772 — 88

C Si Mn Ni S P Cr N Cu

Примечание: допускается содержание марганца до 0.85 %

Конструкции из строительных сталей

Рис. 8 Конструкции из строительных сталей

Марки по действующей нормативно-технической документации

Наименование

стали

Марки по действующим стандартам
Марка стали Обозначение стандарта
С235 С245 Ст3кп2 ГОСТ 380-2005, ГОСТ 535-88
Ст3пс5 ГОСТ 380-2005, ГОСТ 535-88
Ст3сп5 ГОСТ 380-2005, ГОСТ 535-88
С255 Ст3Гпс, Ст3Гсп ГОСТ 380-2005
С275 Ст3пс ГОСТ 380-2005
С285 Ст3сп, Ст3Гпс, Ст3Гсп ГОСТ 380-2005
С345 12Г2С
09Г2С ГОСТ 19282-73
С345Д 12Г2СД
09Г2СД
С345К 10ХНДП ГОСТ 19282-73
С375 12Г2С
С375Д 12Г2СД
С390 14Г2АФ ГОСТ 19282-73

Детали строительных конструкций обычно соединяют сваркой. Поэтому основным требованием к строительным сталям является хорошая свариваемость. Это означает, что сталь при сварке не должна давать горячих и холодных трещин и свойства сварного соединения (металла шва и зоны термического влияния) не должны существенно отличаться от свойств основного металла.

Строительные конструкционные стали в основном предназначены для работы в атмосферных условиях при обычных и пониженных температурах, что может приводить к образованию горячих и холодных трещин при сварке.

Склонность стали к образованию горячих и холодных трещин зависит от содержания углерода. Горячие трещины образуются в сварном шве в период кристаллизации. Образованию горячих трещин способствует расширение интервала кристаллизации металла шва. Интервал кристаллизации растет с увеличением содержания углерода. Металл шва и околошовной зоны нагревается выше критических точек. При охлаждении протекает процесс распада аустенита, сопровождающийся объемными изменениями. Чем выше содержание углерода, тем значительнее объемные изменения, тем больше опасность образования холодных трещин.

Таким образом, следует применять для не свариваемых конструкций (или свариваемых неответственных конструкций) — кипящую сталь, для сварных расчетных конструкций — полуспокойную или спокойную сталь. Для ответственных конструкций, а также для сооружений, работающих в условиях низких температур, следует применять нормализованную или термически улучшенную сталь.

Дополнительное повышение механических свойств и снижение порога хладноломкости достигается с помощью контролируемой прокатки. Контролируемая прокатка состоит в проведении деформации, особенно в конце процесса, при более низкой температуре (800-850 °С) с увеличением степени деформации в последних проходах. Эффект контролируемой прокатки состоит в значительном измельчении зерна, а также дисперсном упрочнении частицами карбонитридов.

В мостостроении для изготовления сварных конструкций применяются стали с высокой прочностью (Ϭв > 600 МПа): 10ХСНД, 15ХСНД, 10Г2С1ДД6Г2АФ и др.

В вагоностроении и сельскохозяйственном машиностроении применяются высокопрочные стали (Ϭв ≥ 720): 12Г2СМФ, 14ГСМФР и др.

Арматура (рис. 9). Арматура в железобетонных конструкциях устанавливается преимущественно для восприятия растягивающих усилий и усиления бетона сжатых зон конструкций. Необходимое количество арматуры определяют расчетом элементов конструкций на нагрузки и воздействия.

Арматуру разделяют по четырем признакам:

  1. В зависимости от технологии изготовления стальная арматура железобетонных конструкций подразделяется на горячекатаную стержневую и холоднотянутую проволочную. Под стержневой в данной классификации подразумевается арматура любого диаметра и независимо от того, как она поставляется промышленностью— в прутках или в мотках;
  2. Зависимости от способа последующего упрочнения горячекатаная арматура может быть термически упрочненной — подвергнутой термической обработке, или упрочненной в холодном состоянии — вытяжкой, волочением;
  3. По форме поверхности арматура может быть периодического профиля и гладкой. Выступы в виде ребер на поверхности стержневой арматуры периодического профиля, рифы или вмятины на поверхности проволочной арматуры значительно улучшают сцепление с бетоном;
  4. По способу применения при армировании железо бетонных элементов различают напрягаемую арматуру, подвергаемую предварительному натяжению, и ненапрягаемую.

Арматура для железобетонных конструкций

Рис. 9 Арматура для железобетонных конструкций

Классификация арматуры

Классификация арматуры

Стержневая горячекатаная арматура в зависимости от ее основных механических характеристик подразделяется на шесть классов с условным обозначением: A-I, А-II, A-III, A-IV, A-V, A-VI. Термическому нию подвергают стержневую арматуру четырех классов, упрочнение в ее обозначении отмечается дополнительным индексом «т»: Ат-Ш, Ат-IV, AT- V, AT-VI. Дополнительной буквой С указывается на возможность стыкования сваркой, К — на повышенную коррозионную стойкость.

Каждому классу арматуры соответствуют определенные марки арматурной стали с одинаковыми механическими характеристиками, но различным химическим составам. В обозначении марки стали отражается содержание углерода и легирующих добавок. Например, в марке 25Г2С первая цифра обозначает содержание углерода в сотых долях процента (0,25 %), буква Г —что сталь легирована марганцем, цифра 2 — что его содержание может достигать 2%, а буква С — наличие в стали кремния (силиция). Наличие других химических элементов, например, в марках 20ХГ2Ц, 23Х2Г2Т, обозначается буквами: X — хром, Т — титан, Ц — цирконий.

Периодический профиль имеет стержневая арматура всех классов, за исключением круглой (гладкой) арматуры класса A-I.

Физический предел текучести — 230…400 МПа имеет арматура классов A-I, A-II, A-III, условный предел текучести – 600… 1000 МПа имеет высоколегированная арматура классов A-IV, A-V, A-VI и термически упрочненная арматура.

Относительное удлинение после разрыва зависит от класса арматуры. Значительным удлинением обладает арматура классов A-II, A-III (δ = 14…19%), сравнительно небольшим удлинением — арматура классов A-IV, A-V, AVI и термически упрочненная всех классов

4. Судостроительные материалы

На рис. 10 показаны несколько судов для которых используют судостроительные материалы.

Суда для обустройства месторождений континентального шельфа России

Рис. 10 Суда для обустройства месторождений континентального шельфа России

Самый распространённый материал – судостроительная сталь. К ней предъявляются весьма жесткие требования: прочность, пластичность, высокая технологичность, свариваемость, стоимость, приспособленность для ремонта и др. Стали, применяемые в отечественном судостроении, отличаются высокой хладостойкостью, хорошей свариваемостью, а также повышенной трещиностойкостью. Для новых марок стали специально разработаны хладостойкие сварочные материалы.

В последнее время идет работа над созданием нового класса высокопрочных устойчивых к коррозии сталей, легированных азотом. Благодаря различию взаимодействия атомов углерода и азота с атомами железа, у стали появляются уникальные физико-химические и эксплуатационные свойства (высокая прочность, пластичность, абсолютная коррозионная стойкость, немагнитность). Азотистые стали обладают хорошей свариваемостью и технологичностью, как в металлургическом, так и судостроительном производстве. Каждая поставляемая на судостроительный и судоремонтный заводы партия материала обязательно сопровождается документом — сертификатом, в котором указаны все его качества; в лабораториях заводов материал проходит химические, механические и технологические испытания.

При назначении марок материала для изготовления какого-либо судового изделия (деталей корпусов, механизмов, оборудования) руководствуются действующими правилами Регистра, Государственными стандартами (ГОСТ), отраслевыми нормалями (ОСТ), в которых изложены основные требования, предъявляемые к изделиям в условиях эксплуатации судов.

Основным материалом для постройки и ремонта судов служит углеродистая сталь, а для ряда морских и смешанного плавания («река — море») судов — низколегированные стали, обладающие повышенной прочностью и облегчающие массу корпуса. При изготовлении и ремонте корпусных конструкций судов используют только стали по ГОСТ 5521-93. Судостроительные стали в зависимости от их основных характеристик и назначения изготовляют следующих марок: углеродистая — С, ВМСтЗсп (по ГОСТ 380—2005); низколегированная — 09Г2, 09Г2С, 10Г2С1Д, 10ХСНД (по ГОСТ 5521-93).

Помимо стали ВМСтЗсп, металлургические заводы поставляют стали марок: ВМСтЗсп, ВМСтЗсп, ВМСтЗсп, ВМСтЗсп, ВКСтЗки (ГОСТ 380— 2005).

Судостроительная сталь должна: обладать некоторой устойчивостью против коррозии (в воде и на воздухе); выдерживать обработку в горячем и холодном состояниях; хорошо свариваться дуговой сваркой; выдерживать загиб на 180° в холодном состоянии по оправке.

Углеродистые стали отличаются малым содержанием углерода (0,14— 0,22%), серы и фосфора (не более 0,05% каждого). Сера придает металлу красноломкость, а фосфор — хладноломкость. При красноломкости металл трескается и ломается в нагретом состоянии; хладноломкость — способность металла снижать вязкость при пониженных температурах. Низколегированные стали (вышеперечисленных марок) отличаются низким содержанием углерода (не более 0,12%); в стали добавляют легирующие элементы: кремний, марганец, хром, никель, медь.

Сталь (в соответствии с ГОСТ 5521—93) поставляют в виде листового и профильного проката; различают: толстолистовую сталь (толщина листов 4—56 мм); тонколистовую сталь (толщина листов 0,9—3,9 мм), фасонную (или профильную): равнобокий угольник, неравнобокий угольник, швеллер (корытный профиль), двутавр (рис. 11), углобульб, полособульб, (рис 5.12) симметричный полособульб, люковый сегментный (полукруглый), круглые профили.

Для разъяснения: обычный уголок можно сделать гораздо жёстче, если на его свободной стороне отформовать бульб. Профиль такого типа широко используют в судостроении. В сущности, это то же ребро жесткости коробчатого сечения с заполнителем, установленное на стойке или тонкой стенке.

Для получения углобульба сначала формуют обычный уголок и дают ему отвердеть. Одного слоя будет достаточно, поскольку на этой стадии он должен лишь поддерживать бульб.

Затем берут полиэтиленовую трубку, режут ее вдоль по одной стороне и надевают на торец свободной полки уголка, чтобы получился бульб. Далее формуют углобульб поверх трубки, продолжая наслоение вниз по обеим плоскостям полки и формуя фланцы с двух сторон, если это возможно. Бульб как рабочая часть профиля может быть значительно толще полки.

Листовая сталь и профильный прокат: швеллер, двутавр, уголок

Рис. 11 Листовая сталь и профильный прокат: швеллер, двутавр, уголок

Формы: углобульб, полособульб, полособульб сдвоенный

Рис.5. 12 Формы: углобульб, полособульб, полособульб сдвоенный

В судостроении применяют и другие стали с особыми физическими или физико-механическими свойствами: ковкие стали — для изготовления мелких деталей, углеродистые и легированные — для судовых поковок, нержавеющие стали. Последние обладают высокой коррозионной устойчивостью, хорошо свариваются; из них изготовляют крылья для судов на подводных крыльях, облицовки гребных валов, лопатки турбин и др.; однако имеют повышенную стоимость, поэтому применение их ограниченное.

Условия работы судостроительных сталей и сталей для буровых платформ.

В середине прошлого века основным материалом для постройки корпусов судов служили главным образом углеродистые стали с пределом текучести не более Ϭ0,2 = 230—270 МПа и относительным удлинением δ = 12 – 22%, что отображено в ГОСТ 5521-50. К 1980-м гг. прочностные характеристики корпусных сталей существенно возросли, составив Ϭ0,2 = 350-450 МПа при относительном удлинении 19-22 %. Рост прочности был обусловлен использованием низколегированных сталей.

Для деталей механизмов судов (валы, баллеры) применяли более легированные стали с пределом текучести до 500-750 МПа.

Резкое увеличение водоизмещения судов способствовало росту требований к качеству судостроительных корпусных материалов, что обусловило не только повышение прочностных свойств стали, но и использование таких новых технологических процессов, как микролегирование, обработка жидкой стали модификаторами (РЗМ, Са, Ва), внепечное вакуумирование, контролируемая прокатка и спреерное охлаждение в потоке стана.

Понятие «судостроительная сталь» также претерпело существенные изменения. В это понятие в настоящее время входят не только металлы для корпусов надводных судов, но и стали для подводных кораблей, батискафов, работающих на больших глубинах, морских буровых платформ и прибрежных сооружений, эксплуатируемых при низких температурах.

Особенно остро стоит задача по освоению огромных газоконденсатных и нефтяных запасов Шток Мановского, Приразломного и других месторождений Баренцева моря, Ленского, Пильтун-Астохского залежей Северного Сахалина. Освоение этих месторождений отличается уникальной сложностью, не имеющей аналогов в мировой практике. Прежде всего это низкотемпературные условия эксплуатации (до минус 40-50 °С), сложная ледовая обстановка и глубоководное (до 360 м) расположение буровых платформ и газопроводов высокого давления.

Не менее сложной проблемой является строительство ледовых морских буровых платформ. Масса сварных металлоконструкций каждой платформы составит 40-50 тыс. т. Металлоконструкции будут находиться в сложных условиях эксплуатации, испытывая динамические воздействия от ветроволновых нагрузок, низкие температуры, гигантские давления от контакта с ледовыми полями с соответствующим высоким уровнем износа металла.

Опыт эксплуатации атомных ледоколов и судов ледового плавания показал, что только за одну навигацию износ обшивки ледокола может достигать 20-30 % (10-15 см).

Для ледовых буровых платформ необходимо использовать особопрочные хладостойкие стали с Ϭв > 800 МПа и надежные сварочные материалы.

Создание высокопрочных надежных судостроительных сталей требует использования новых критериев оценки качества металла, разработки новейших технологических процессов производства стали и сварочных материалов. Необходимо применение методов глубокой очистки стали от вредных примесей и неметаллических включений, специальной термопластической обработки с прокатного нагрева и др.

Для оценки качества металла применяют более строгие критерии: определение ударной вязкости при низких температурах, определение волокнистой составляющей в изломе, испытание на изгиб широких образцов и др.

Марки и сортамент в соответствии с ГОСТ 5521-93 в России стальной прокат для судостроения изготавливают из сталей нормальной прочности и повышенной прочности.

Стали нормальной прочности по классификации Регистра и Международной ассоциации классификационных обществ (МАКО) обозначаются марками А, В, D и Е и имеют минимальный предел текучести 235 МПа. Стали повышенной прочности выпускаются следующих марок: А275, D275, Е275 (Ϭ 0,2 > 265 МПа); А32, D32, Е32 0,2 > 315 МПа); А36, D36, Е36 0,2 > 355 МПа); А40, D40, Е40 0,2 > 390 МПа).

Область применения сталей нормальной и повышенной прочности — корпуса судов всех типов и назначений, а также корпусные конструкции плавающих буровых установок и других морских сооружений, постоянно эксплуатируемых в нормальных климатических условиях. Не рекомендуется применять эти стали для изготовления наиболее нагруженных (специальных) сварных конструкций (III категория по правилам Регистра), арктических судов и буровых платформ, когда расчетная температура ниже -30о… -40 °С. Под расчетной температурой понимают минимальную среднесуточную температуру воздуха за 5 лет эксплуатации.

Для наиболее ответственных конструкций, используемых в арктических условиях, применяют специальные хладостойкие стали (повышенной прочности) 10ГНБ-СШ (10ГНБ-Ш), 10ХНДМ-СШ (10ХНДМ-Ш) с минимальным Ϭ 0,2 = 355 – 390 МПа. Эти стали отвечают требованиям правил Регистра для категорий F36, E40S, F40Z, E40SZ. Для специальных и основных несущих конструкций плавающих буровых установок и морских сооружений арктического назначения, а также ледового пояса атомных ледоколов применяют высокопрочные хладостойкие стали 12ХН2МД и 12ХНМД-ІП с Ϭ 0,2 = 490 МПа, 12ХНЗМДФ-Ш с Ϭ 0,2 = 590 МПа и 12ХН4МДБ-Ш с Ϭ 0,2 = 690 МПа.

Сварные конструкции из этих хладостойких сталей эксплуатируют при температуре до -30о – -40°С (стали открытых методов выплавки) и при температурах до -50о – -60°С (стали электрошлакового переплава). Они пригодны для резервуаров хранения и транспортировки сжиженных газов класса LPG (пропан-бутан). Для резервуаров хранения и транспортировки сжиженных природных газов класса LNG (- 150 °С) применяют хладостойкие стали 0Н9-СШ и 0Н9-Ш.

Недостатком никелевых сталей является низкий предел текучести металла сварного шва, вследствие чего расчетное сопротивление для сварного соединения принимается в 1,5 – 2 раза ниже, чем для основного металла.

Химический состав, виды обработки листового проката и механические свойства судостроительных сталей, предназначенных для постройки судов, изготовляемых согласно требованиям Регистра, приведены в табл.1, 2,

Таблица 1

Химический состав, виды обработки листового проката и механические свойства судостроительных сталей

Основные технические требования к судостроительным сталям. Если раньше в судостроении применялась клепка, то в связи с повсеместным переходом к сварке корпусных деталей основным требованием к судостроительным сталям является свариваемость. Для судокорпусных работ (правка, гибка, штамповка) стали должны обладать достаточной пластичностью. Судостроительная сталь при сварке не должна давать различного рода сварочных дефектов – пор, шлаковых включений, горячих и холодных трещин, а свойства сварного соединения (металла шва и зоны термического влияния) не должны существенно отличаться от свойств основного металла. Поэтому корпусные стали, используемые в судостроении, не должны содержать более 0,2 % углерода.

Углерод и все основные легирующие элементы отрицательно влияют на свариваемость. Влияние легирующих элементов на свариваемость может быть различным в низколегированных и высоколегированных сталях. Особый интерес для судостроительных корпусных конструкций имеют низкоуглеродистые легированные стали.

Согласно ГОСТ 27772-88 углеродный эквивалент (СЕ) определяют по формуле:

Свариваемость корпусных сталей считается удовлетворительной, если СЕ < 0,3 – 0,5.

Таблица 2

Химический состав, виды обработки листового проката и механические свойства судостроительных сталей

Применяются различные способы сварки: электродуговая сварка покрытыми электродами, полуавтоматическая и автоматическая сварка в среде защитных газов и под флюсом. В ряде случаев используют электроннолучевую сварку судостроительных сталей.

Основным документом являются «Правила Морского Регистра» и «Правила Речного Регистра». Помимо стального проката они включают еще стальные поковки, трубы, литье черных и цветных металлов, стали для тросов и цепей, пластмассы, клеящие вещества. Правила Регистров регламентируют порядок, объемы и способы испытаний судостроительных материалов. Правила по классификации и строительству сведены в следующие зарубежные документы: Lloyd’s Register of Shipping (LR) — Великобритания; Germanischer Lloyd (GL) — Германия; Register Italiana Novile (RINA) -Италия; Norske Veritas (DNV) — Норвегия; American Bureau of Shipping (ABS) — CIIIA.

Следует отметить, что правила классификации и постройки морских судов, регламентируемые Регистром России, достаточно близки тем, что включены в правила LR, GL, ABS.

По назначению различают следующие судостроительные стали: корпусные; для гребных винтов; для судовых валов и балле ров рулей; для изготовления якорей, якорных цепей и арматуры.

Судостроительные стали производятся в виде тонколистового (0,9-3,9 мм) и толстолистового проката толщиной 4 – 130 мм, широкополосного, полосового и фасонного проката, поковок и отливок.

Сопротивляемость хрупким разрушениям обычно оценивается уровнем работы удара или ударной вязкости, а также видом излома образцов или специально взятых проб натурной толщины с определением соотношения вязкой и хрупкой составляющих. Также обязательно производится определение критической температуры хрупкости Т50, т. е. температуры перехода из вязкого в хрупкое состояние (порог хладноломкости).

Важным фактором надежности корпусных конструкций судов и морских сооружений является сопротивление усталости.

Остаточные сварочные напряжения способны ускорять скорость роста усталостной трещины до 5 раз.

Агрессивное влияние морской воды способствует снижению усталостной прочности в 1,5 – 2 раза.

Необходимым условием надежности толстолистовых судостроительных сталей является предотвращение слоистых («ламеллярных«) разрушений в листах и сварных соединениях (рис. 12). При таком разрушении трещина распространяется параллельно плоскости листа вдоль скоплений неметаллических включений (рис. 13). Образуется плоский излом с уступами при переходе с одного уровня на другой.

Слоистые разрушения в листах и в сварных соединениях

Рис. 12 Слоистые разрушения в листах и в сварных соединениях

Неметаллические включения в листовых сталях

Рис. 13 Неметаллические включения в листовых сталях

Технология производства судостроительных стаей. Судостроительные стали относят к категории высококачественных.

Технология производства судостроительных сталей включает сложный комплекс современных методов выплавки стали и регулирования мелкозернистой структуры.

Для производства высококачественной стали используют продувку аргоном, вакуумирование, обработку жидкой стали силикокальцием, редкоземельными металлами. Для уменьшения опасности слоистых разрушений в узлах сварных конструкций сталь дополнительно обрабатывают синтетическими шлаками. Особо высокое качество стали достигается применением электрошлакового переплава.

Формированию мелкозернистой структуры способствует микролегирование карбонитридообразующими элементами V, Nb, Ті.

Наряду с содержанием специально вводимых легирующих, большое влияние на вязкость оказывает чистота стали по вредным примесям. Уменьшение содержания серы приводит к росту значений ударной вязкости, а каждые 0,01 % Р смещают порог хладноломкости в среднем на 10 °С.

Вследствие ярко выраженной зависимости вязкости от размера зерна условия прокатки также оказывают воздействие на порог хладноломкости.

С уменьшением конечной температуры прокатки и увеличением степени обжатия в нижней температурной области при рекристаллизации возникают меньшие по величине зерна аустенита. Следствием этого является более мелкое ферритное зерно при фазовом превращении во время охлаждения. Путем прокатки при пониженных температурах можно изготавливать листы с высокими вязкими свойствами в горячекатаном состоянии. Мелкозернистая структура прокатки положительно сказывается на последующей термообработке и улучшает вязкость в нормализованном состоянии. Дальнейшее улучшение свойств достигается благодаря ускоренному охлаждению (закалке) после аустенитизации с последующим отпуском. Это улучшение особенно эффективно, когда сталь, содержащая достаточно легирующих, претерпевает превращение при охлаждении в области мартенсита или нижнего бейнита и затем подвергается отпуску для получения требуемой вязкости. Виды обработки листового проката приведены в табл.3.

Стали нормальной и повышенной прочности. Технические условия на стальной прокат для судостроения приведены в ГОСТ 5521-93. Стандарт распространяется на толстолистовой, широкополосный, универсальный, полосовой и фасонный прокат из стали нормальной и повышенной прочности для судостроения.

В судостроении широко применяются литейные высокопрочные конструкционные стали для изготовления отливок сложной конфигурации. Для крупных корпусных литых деталей типа кронштейнов, гребных винтов, рулей и др. используются стали марок 08ГДНФЛ и 08Г2ДНФЛ, а для высоконагруженных соединительных элементов опорных колонн морских буровых установок, деталей механизма поворота плавучих кранов и литых крупнотоннажных крюков (грузоподъемностью свыше 800 т – высокопрочные хладостойкие сваривающиеся стали марок АБ-1Л и АБ-ЗЛ. Механические свойства сталей для отливок приведены табл. 4.

Таблица 3

Виды обработки листового проката

Таблица 4

Механические свойства сталей для отливок

Все стали обладают хорошей технологичностью при литье и сварке. Учитывая, что корпусные детали имеют сложную конфигурацию, значительные массу и размеры, их зачастую изготавливают в литосварном исполнении,

применяя ручную и полуавтоматическую сварку без последующей термообработки или электрошлаковую сварку с последующей местной термообработкой района шва. Уровень механических свойств сварных соединений для всех сталей аналогичен уровню механических свойств основного металла.

Для тяжелонагруженных гребных винтов ледоколов и ледокольнотранспортных судов ЦНИИ «Прометей» созданы высокопрочные коррозионностойкие стали: мартенситного класса марки 08X14НДЛ и переходного аустенитно-мартенситного класса марки 08Х15Н4ДМЛ, механические свойства которых приведены в табл. 5.

Разработанная технология позволяет изготавливать лопасти и ступицы сборных гребных винтов диаметром до 605 мм с толщиной корневых сечений лопасти до 400 мм и массой до 30 – 50 т.

Таблица 5

5. Материалы для газонефтепроводов

Спиральношовные трубы для магистральных газонефтепроводов

Спиральношовные трубы для магистральных газонефтепроводов.

Спиральношовные трубы большого диаметра стали использовать при строительстве трубопроводов высокого давления около 40 лет назад. В настоящее время спиральношовные трубы большого диаметра производятся практически во всех развитых странах. Качество их не вызывает сомнения, а также достаточно длительный срок эксплуатации трубопроводов из спиральношовных труб позволяет сделать вывод о высоком уровне их надежности на опасных производственных объектах – магистральных нефтегазопроводах.

В настоящее время существуют два вида труб большого диаметра: прямошовные и спиральношовные (рис. 14).

Прямошовные и спиральношовные трубы

Рис. 14 Прямошовные и спиральношовные трубы

Если начало применения прямошовных труб для строительства объектов газовой и нефтяной отраслей относится к середине XIX в., то спиральношовные трубы стали применяться как газонефтепроводные только с 60-х гг. прошлого столетия. Это объясняется неудовлетворительным качеством формовки и сварки в то время. Лишь с введением двухсторонней электродуговой сварки под флюсом удалось получить высококачественное сварное соединение спиральношовной трубы, равноценное сварному соединению прямошовной. Улучшение технологии прокатки исходной заготовки, усовершенствование машин и механизмов, применение эффективных сварочных технологий, а также использование современных методов и средств неразрушающего контроля позволили поднять статус спиральношовной трубы.

Спиральношовные трубы не только являются эквивалентной заменой прямошовным, но и дополнительно имеют ряд преимуществ:

  • не требуется калибровочных процедур (холодное экспандирование или калибровка на вальцах);
  • механические свойства соответствуют показателям исходного металла, в то время как любое холодное экспандирование приводит к потере механических свойств, прежде всего пластичности и вязкости, поэтому спиральношовные трубы более надежны;
  • при проведении гибки спиральношовных труб в полевых условиях, что является общепринятой мировой практикой, нет необходимости контролировать положение сварного шва;
  • ориентация сварного шва и направления прокатки рулона в высшей степени благоприятны относительно главных действующих напряжений.

Спиральношовные трубы подтвердили высокие эксплуатационные свойства, необходимые для высокопрочных нефтегазопроводов. Используются также стандарты DIN 17172, TS 6047 и российский ГОСТ 20295. Оба завода обладают мощностями для нанесения широкого спектра защитных покрытий на эпоксидной, битумной, бетонной, полиэтиленовой основе в соответствии с требованиями нормативной документации и заказчиков (рис. 15). Производительность каждого завода составляет 200 тыс. т/год. Трубы поставляются длиной от 6 до 24 м, наружные диаметры — от 219 до 3048 мм, толщины стенок — от 4 до 26 мм. Нефтегазопроводные трубы изготавливаются из горячекатаной рулонной стали групп прочности В, Х42-Х70 включительно (по API 5L) с использованием двухсторонней электродуговой сварки под флюсом.

Магистральны трубы с различными защитными покрытиями

Рис. 15 Магистральны трубы с различными защитными покрытиями

Современная технология и оборудование позволяют производить высококачественные спиральношовные трубы большого диаметра для мощных газопроводов, трубы для обустройства газовых хранилищ, нефте- и нефтепродуктопроводов, и водопроводов. Более 95 % продукции производится из высокопрочных трубных сталей.

Процесс производства спиральношовных включает две стадии:

  • формовку спиральношовной трубы с наложением технологического шва;
  • электродуговую сварку под флюсом рабочих швов (внутреннего и наружного) на отдельном сварочном агрегате.

Указанной технологии присущи следующие преимущества:

  • высокая скорость формовки благодаря скоростной технологической сварке (до 12 м/мин);
  • улучшение геометрии труб (точности формовки) в формующем устройстве путем устранения препятствий со стороны электродуговой сварки под флюсом, которая производится отдельно;
  • стабильное качество труб за счет комплексной автоматизации технологии электродуговой сварки под флюсом и отсутствия влияния процесса формовки на сварочный процесс. Завод по изоляции труб, который обеспечивает высококачественное нанесение покрытий (наружного и внутреннего) на спиральношовные трубы в соответствии с требованиями заказчика. Внутреннее покрытие не только гарантирует противокоррозионную защиту, но и снижает сопротивление потоку газа в магистральных газопроводах.

Термическая обработка труб осуществляется по режиму:

  • закалка – нагрев до (920 ± 10) °С и охлаждение со скоростью не менее 70 °С/с;
  • отпуск – нагрев до (650 ± 20) °С и охлаждение в воде.

После улучшающей термообработки (закалка плюс отпуск) микроструктура металла приобретает однородное строение по всему телу трубы. Основной металл, металл шва, зона термического влияния сварки становятся однородными по структуре. При этом устраняются различия в механических характеристиках элементов конструкции трубы, происходит одновременное повышение прочностных и вязкопластических характеристик металла. В процессе нагрева под закалку полностью устраняются внутренние напряжения в трубах, связанные с формовкой и сваркой, а напряжение от закалки устраняется последующим отпуском, измельчается зерно в стали, что положительно сказывается на сопротивлении хрупкому разрушению. Улучшающая термообработка позволяет получить более высокий показатель ударной вязкости основного металла и сварного соединения при низких температурах у труб из обычных низколегированных сталей (17Г1С, 17Г1С-У, 13ГС, 13Г1С-У), не прибегая, таким образом, к использованию более дорогостоящих сталей при строительстве трубопроводов в северных регионах. Термообработанные трубы обладают существенно более высокими пластическими свойствами и показателями сопротивления ударным нагрузкам.

При обсуждении недостатков спиральношовных труб всегда указывалось на большую протяженность сварных швов по сравнению с одношовными прямошовными трубами. Однако благоприятное расположение сварных швов к направлению главных напряжений от внутреннего давления, что снижает напряжение в них на 30-40 %, улучшение структуры металла шва и зоны термического влияния при термообработке делают сварные соединения надежными. В практике трубопроводного строительства широко применяются гнутые отводы, получаемые путем холодной гибки и с нагревом токами высокой частоты (рис. 16). До недавнего времени для их изготовления использовались только прямошовные трубы. Возможность использования для этих целей спиральношовных труб появилась после проведения комплексных исследований и отработки технологии гнутья как за рубежом, так и в России.

Гнутые отводы трубопроводов

Рис. 16 Гнутые отводы трубопроводов

ОАО «ВНИИСТ» проделало большую работу по определению возможности изготовления вставок кривых холодного гнутья из спиральношовных труб производства ОАО «Волжский трубный завод». Испытания и исследования гнутых отводов из спиральношовных труб производства ВТЗ в ОАО «Трубодеталь» показали, что при гибки спиральношовных труб с индукционным нагревом полностью выполняются все требования, изложенные в ТУ 102-488-95, и что эти отводы могут применяться при строительстве магистральных трубопроводов наряду с отводами, изготовленными из прямошовных труб.

Полученные положительные результаты производства и испытаний гнутых отводов из спиральношовных труб производства ВТЗ явились основанием для разработки технических условий ТУ 146930-02-01297858-99 на изготовление вставок кривых холодного гнутья из спиральношовных труб для нефтепроводов ОАО «АК «Транснефть», а также внесения в Инструкцию по применению стальных труб в газовой и нефтяной промышленности PSI31323949-58-2000 п. 2. 3 о том, что спиральношовные трубы с заводской изоляцией, сделанные из рулона, допускается использовать для изготовления гнутых отводов и вставок кривых при строительстве магистральных газопроводов.

Анализ мирового опыта применения спиральношовных труб большого диаметра для магистральных трубопроводов высокого давления показывает, что данный вид труб благодаря непрерывному совершенствованию технологии формовки и сварки, улучшению металлургического качества трубной заготовки (рулона, листа) соответствует высоким требованиям безопасности, предъявляемым к трубам для магистральных газонефтепроводов. Спиральношовные трубы даже с поперечным швом в предельных условиях сложного напряженного состояния удовлетворительно реализуют прочностные и пластические свойства как основного металла, так и спирального и поперечного швов и могут применяться для строительства магистральных нефтегазопроводов.

Сравнительные результаты по циклическим и статическим испытаниям прямошовных и спиральношовных труб (производства ВТЗ) показали:

  • при одинаковых, искусственно нанесенных дефектах сварного шва циклическая долговечность спиральношовной трубы в 2,7 раза выше, чем прямошовной;
  • статическая трещиностойкость спиральношовной трубы в 1,7 раза выше, чем прямошовной.

Таким образом, результаты многолетних аттестационных испытаний газонефтепроводных труб подтверждают, что спиральношовные трубы большого диаметра по работоспособности не уступают, а в ряде случаев и превосходят прямошовные трубы аналогичного сортамента.

Марки стали для газонефтепроводов назначают в зависимости от их диаметров и температурных условий строительства (монтажа) и эксплуатации. По диаметру газонефтепроводов трубы условно подразделяют на трубы малых — менее 530 мм, средних — 530, 720 и 820 мм и больших диаметров — 1020, 1220 и 1420 мм. В зависимости от минимальных температур строительства и эксплуатации трубы изготовляют в обычном и северном исполнениях.

ТУ 1317A214A0147016A02.

Трубы для газонефтепроводов хладостойкие и коррозионностойкие: отводы, переходы, тройники, заглушки из коррозионностойких и хладостойких марок стали:

20А, 20С, 20ФА, 13ХФА, 09ГСФ и др.

Коррозионностойкой называют сталь, обладающую высокой химической стойкостью в агрессивных средах.

Коррозионностойкие стали получают легированием низко- и среднеуглеродистых сталей хромом, никелем, титаном, алюминием, марганцем.

Антикоррозионные свойства сталям придают введением в них большого количества хрома или хрома и никеля. Наибольшее распространение получили хромистые и хромоникелевые стали.

Содержание хрома в нержавеющей стали должно быть не менее 12 %. При меньшем количестве хрома сталь не способна сопротивляться коррозии, так как ее электродный потенциал становится отрицательным.

Сталь 20А

Сталь 20А — высококачественная сталь, выплавляется преимущественно в электропечах с электрошлаковым переплавом (ЭШП) или другими совершенными методами, что гарантирует повышенную чистоту по неметаллическим включениям (содержание серы и фосфора менее 0,03%) и содержанию газов, а, следовательно, улучшение механических свойств.

Сталь 20С

Сталь 20С — подходит для изготовления труб повышенной стойкости к постоянным высоким температурам.

Сталь 20С нашла широкое применение в промышленности за счет повышенной жаростойкости, жаропрочности, благодаря которым созданные из нее изделия могут функционировать в условиях агрессивных сред со стабильно высокой температурой в течение продолжительного периода.

Сталь 13ХФА

Сталь 13ХФА — конструкционная легированная сталь, применяется для изготовления трубных заготовок и труб бесшовных горячедеформированных нефтегазопроводных повышенной коррозионной стойкости и хладостойкости, предназначенных для использования в системах, транспортирующих газ, нефтегазопроводов, технологических промысловых трубопроводов, а также в системах поддержания пластового давления в условиях севера при температуре окружающей среды от -60°С до +40°С, температурой транспортируемых сред от +5°С до +40°С и рабочим давлением до 7,4 МПа; бесшовные горячедеформированные трубы повышенной коррозионной стойкости и хладостойкости, с наружным диаметром от 89 до 426 мм класса прочности не менее К52.

Сталь 20ФА

Сталь 20ФА — конструкционная легированная сталь, отличается повышенной коррозионной стойкостью и хладостойкостью.

Трубы, изготовленные из стали 20ФА, отличаются от нефтегазопроводных труб обычного исполнения повышенной хладостойкостью, повышенной стойкостью к общей язвенной коррозии, стойкостью к сульфидному коррозионному растрескиванию и образованию водородных трещин.

Сталь 09ГСФ

Марка 09ГСФ — конструкционная легированная сталь повышенной коррозионностойкой и хладостойкости.

Сплав 09ГСФ используется для изготовления трубных заготовок и труб с высокой коррозионностойкостью и хладостойкостью. Обычно, магистральные трубы 09ГСФ являются трубами общего назначения, их давление при работе может достигать отметки 12,5 МПа, а применяются как правило для транспортировки топлива. Они успешно используются в условиях крайнего севера и могут выдерживать критические отрицательные температурные колебания.

Коррозионностойкие высокохромистые стали, легированные никелем, титаном, хромом, ниобием и другими элементами предназначены для работы в средах разной агрессивности.

Для слабо агрессивных сред используются стали 08Х13, 12Х13, 20Х13, 25Х13Н2 (рис. 17).

Трубы из коррозионностойких высокохромистых сталей

Рис. 17 Трубы из коррозионностойких высокохромистых сталей

ГОСТ 20295-85. Трубы стальные сварные для магистральных газонефтепроводов (механические свойства табл. 1,2).

Таблица 1

Класс прочности Временное сопротивление разрыву σв, Н/мм2 (кгс/мм2) Предел текучести σ0,2, Н/мм2 (кгс/мм2) Относительное удлинение δ5, %
не менее
К 34 333 (34) 206 (21) 24
К 38 372 (38) 235 (24) 22
К 42 412 (42) 245 (25) 21
К 50 485 (50) 343 (35) 20
К 52 510 (52) 353 (36) 20
К 55 539 (55) 372 (38) 20
К 60 588 (60) 412 (42) 16

Примечание. Для труб типов 2 и 3 группы прочности от К 50 до К 55 включительно верхний предел временного сопротивления не должен превышать минимального значения более чем на 118 Н/мм2 (12 кгс/мм2), для труб типа 2 класса прочности К 60 – более чем на 147 Н/мм2 (15 кгс/мм2).

Таблица 2

Наименование труб Ударная вязкость, Дж/см2, не менее
KCU KCV
при температуре испытания, °С
-40 -60 -5 -10
Трубы диаметром 219 — 426 мм 29,4
Не термообработанные трубы диаметром 530 — 820 мм 29,4
Термически упрочненные трубы типа 2 диаметром 530 — 820 мм 39,2 39,2
Трубы типа 2 класса прочности К 60 диаметром 530-820 мм 39,2 39,2 29,4 29,4
Поверхностные дефекты на металле трубы

Рис. 18 Поверхностные дефекты на металле труб

Трещины, плены, рванины, расслоения и закаты на поверхности основного металла труб не допускаются (рис. 18).

Материал труб и технические требования к ним — по ГОСТ 8733-74 в ред. 1992г.

Примеры обозначений:

Труба с наружным диаметром 70мм, толщиной стенки 2,8 мм, длиной, кратной 1250мм, из стали 20, с поставкой по химическому составу (по группе Б) — ГОСТ 8733-74:

Труба

То же, длиной 6000 мм (мерная длина), из стали 20 с поставкой по механическим свойствам и химическому составу (по группе В) ГОСТ 8733-74:

Труба

То же, с комбинированными предельными отклонениями для диаметра повышенной точности по ГОСТ 9567-75, по толщине стенки обычной точности:

Труба

То же, немерной длины с поставкой без нормирования механических свойств и химического состава, но с указанием величины гидравлического давления (по группе Д) ГОСТ 8733-74:

Труба

То же, из стали 10 с поставкой по механическим свойствам, контролируемым на термически обработанных образцах, и по химическому составу (по группе Г) ГОСТ 8733-74:

Труба

Труба с внутренним диаметром 70мм и толщиной стенки 2,5 мм немерной длины, из стали марки 40Х, поставкой по группе В по ГОСТ 8733:

Труба

Нормы механических свойств стали для горячедеформируемых труб группы А

Марка стали σв, МПа (кгс/мм2) σт, МПа (кгс/мм2) δ5, %
не менее
Ст2сп 343(35) 216(22) 24
Ст4сп 412(42) 245(25) 20
Ст5сп 490(50) 274(28) 17
Ст6сп 588(60) 304(31) 14

Нормы механических свойств стали для горячедеформируемых труб группы В

Марка стали Временное сопротивление разрыву, МПа (кгс/мм2) Предел текучести, МПа (кгс/мм2) Относительное удлинение δ5, % Твердость НВ*
10 353(36) 216(22) 24 137
20 412(42) 245(25) 21 156
35 510(52) 294(30) 17 187
45 588(60) 323(33) 14 207
10Г2 421(43) 265(27) 21 197
20Х 431(44) 16
40Х 657(67) 9 269
30ХГСА 686(70) 11
15ХМ 431(44) 225(23) 21
30ХМА 588(60) 392(40) 13
12ХН2 539(55) 392(40) 14
Ст4сп 412(42) 245(25) 20
Ст5сп 490(50) 274(28) 17
  • При толщине стенки более 10мм.

Бесшовные холодно- и теплодеформированные трубы

Согласно ГОСТ 8733-74 в ред. 1992г. трубы изготовляют из стали марок: 10, 20, 35, 45, 10Г2, 15Х, 20Х, 40Х, 30ХГСА, 15ХМ.

В зависимости от показателей качества трубы должны изготовляться следующих групп:

Б — с нормированием химического состава, из спокойной стали марок по ГОСТ 1050-88, ГОСТ 14959-79, ГОСТ 4543-71 и ГОСТ 19281-89;

В — с нормированием механических свойств и химического состава, из стали марок по ГОСТ 1050-88, ГОСТ 14959-79, ГОСТ 4543-71 и ГОСТ 19281-89;

Г — с нормированием механических свойств, контролируемых на термообработанных образцах, и химического состава, из стали марок по ГОСТ 1050-88, ГОСТ 14959-79, ГОСТ 4543-71 и ГОСТ 19281-89. Нормы механических свойств должны соответствовать требованиям соответствующих стандартов на сталь;

Д — без нормирования механических свойств и химического состава, но с нормированием испытательного гидравлического давления;

Е — после специальной термической обработки. Марки стали, режим термической обработки и нормы механических свойств устанавливаются документацией, утвержденной в установленном порядке.

Размеры труб соответствуют указанным в ГОСТ 8734-75 и ГОСТ 9567-75.

Примечания:

  1. Для труб с соотношением Dн/s, равным или менее 8, из стали марок: 04Х18Н10, 08Х20Н14С2, 10Х17Н13М2Т,08Х18Н12Т, 10Х23Н18, 08Х18Н10, 08Х18Н10Т, 08Х17Н15М3Т, 12Х18Н10Т, 12Х18Н12Т, 12Х18Н9, 17Х18Н9, 08Х22Н6Т допускается снижение временного сопротивления разрыву на 19,6Н/мм2 (2кгс/мм2).
  2. По требованию потребителя для труб изстали марок: 12Х18Н10Т, 12Х18Н12Т, 08Х18Н10Т проводят определение предела текучести.
  3. Предел текучести для стали 12Х18Н10Т должен быть не менее 216,0 Н/мм2 (22кгс/мм2).
  4. Нормы предела текучести для стали 12Х18Н12Т и 08Х18Н10Т устанавливают по согласованию изготовителя с потребителем.

Механические свойства сталей холодно- и теплодеформированных труб по ГОСТ 9941-81 в ред. 2002г.

Марка стали σв, Н/мм2(кгс/мм2) δ5, %
не менее
08X17Т 372(38) 17
08X13 372(38) 22
12X13 392(40) 22
12X17 441(45) 17
15Х25Т 461(47) 17
04Х18Н10 490(50) 45
08Х20Н14С2 510(52) 35
10Х17Н13М2Т 529(54) 35
08Х18Н12Б 529(54) 37
10Х23Н18 529(54) 35
08Х18Н10 529(54) 37
08Х18Н10Т 549(56) 37
08Х18Н12Т 549(56) 37
08Х17Н15М3Т 549(56) 35
12Х18Н10Т 549(56) 35
12Х18Н12Т 549(56) 35
12Х18Н9 549(56) 37
17Х18Н9 568(58) 35
08Х22Н6Т 588(60) 20
08ХН28МДТ 490(50) 30

Примечание. Предел текучести для труб из стали 12Х18Н10Т должен быть не менее 216МПа (22кгс/мм2). Нормы предела текучести для труб изстали марок 12Х18Н12Т, 10Х17Н13М2Т и 08Х18Н10Т устанавливают по согласованию изготовителя с потребителем.

Определение предела текучести труб из стали марок 12Х18Н10Т, 12Х18Н12Т, 10Х17Н13М2Т и 08Х18Н10Т проводят по требованию потребителя.

Трубы стальные электросварные

Стандарт распространяется на стальные электросварные прямошовные трубы диаметром от 10 до 530 мм из углеродистой и низколегированной стали, применяемые для трубопроводов и конструкций различного назначения.

Стандарт не распространяется на стальные трубы, применяемые для изготовления теплоэлектронагревателей.

Сортамент. Размеры и предельные отклонения труб должны соответствовать ГОСТ 10704-91.

Технические требования.

Стальные электросварные трубы изготовляют в соответствии с требованиями настоящего стандарта и по техническим регламентам, утвержденным в установленном порядке.

В зависимости от показателей качества трубы изготовляют следующих групп:

А — с нормированием механических свойств из спокойной, полуспокойной и кипящей стали марок Ст1, Ст2, Ст3, Ст4 по ГОСТ 380-94 (категории 4 по ГОСТ 16523-97 категории 1 по ГОСТ 14637-89);

Б — с нормированием химического состава из спокойной, полуспокойной и кипящей стали марок Ст1, Ст2, Ст3, Ст4 по ГОСТ 380-94 и ГОСТ 14637-89, из спокойной, полуспокойной и кипящей стали марок 08, 10, 15 и 20 по ГОСТ 1050-88 стали 08Ю по ГОСТ 9045-93, из низколегированной стали 22ГЮ (трубы диаметром от 140 до 426мм);

В — с нормированием механических свойств и химического состава из спокойной, полуспокойной и кипящей стали марок Ст1, Ст2, Ст3, Ст4 по ГОСТ 380-94 (категории 4 по ГОСТ 16523-97 и категорий 2-5 по ГОСТ 14637-89 из спокойной, полуспокойной и кипящей стали марок 08, 10, 15, 20 по ГОСТ 1050-88 из стали 08Ю по ГОСТ 9045-93, из низколегированной стали 22ГЮ (трубы диаметром от 140 до 426мм);

Д — с нормированием испытательного гидравлического давления.

Трубы изготовляют термически обработанными (по всему объему трубы или по сварному соединению), горячередуцированными и без термической обработки.

Вид термической обработки по всему объему трубы выбирает изготовитель. По соглашению изготовителя с потребителем трубы термически обрабатывают в защитной атмосфере.

Трубы из стали 22ГЮ изготовляют термически обработанными по сварному соединению или по всему объему, трубы из стали марки Ст1 — без термической обработки.

Механические свойства основного металла термически обработанных и горячередуцированных труб из углеродистых сталей должны соответствовать нормам табл.3. Механические свойства термически обработанных труб изстали 22ГЮ устанавливаются по соглашению сторон.

Механические свойства основного металла термообработанных и горячередуцированных труб по ГОСТ 10705-80

Таблица 3

Марка σв, σт, δ5, Марка σв, σт, δ5, %
стали кгс/мм2 кгс/мм2 % стали кгс/мм2 кгс/мм2
не менее не менее
08Ю 26 18 30 15, 15пс, 20кп, Ст3сп, Ст3пс, Ст3кп 38 23 22
08кп 30 18 27
08, 08пс, 10кп 32 20 25
10, 10пс, 15кп, Ст2сп, Ст2пс, Ст2кп 34 21 24 20, 20пс, Ст4сп, Ст4пс, Ст4кп 42 25 21

Примечание. По требованию потребителя трубы с толщиной стенки 4мм и более из стали марок Ст3сп, 15, 15пс изготовляют с пределом текучести 235Н/мм2 (24кгс/мм2), относительным удлинением 23%; из стали марок Ст4сп, 20, 20пс — с пределом текучести 255Н/мм2 (26кгс/мм2), относительным удлинением 22%.

Механические свойства труб диаметром 10 – 152мм по ГОСТ 10705-80

Марка стали Временное сопротивление при наружном диаметре D, мм Предел текучести σт, Н/мм2(кгс/мм2) Относительное удлинение δ5, %, при наружном диа-

метре D, мм

от 10

до 19

св. 19

до 60

св. 60

до 152

от 10 до 60 при толщине

стенки

св. 60

до 152

более 0,06D 0,06D

и менее

не менее
08Ю 314(32) 294(30) 264(27) 176(18) 7 16 25
08пс, 08кп,

Ст1пс, Ст1кп

372(38) 314(32) 294(30) 176(18) 6 15 23
08,

Cт1cп

372(38) 314(32) 294(30) 186(19) 6 15 23
10кп,

Ст2кп

372(38) 333(34) 314(32) 176(18) 6 15 23
10пс, 372(38) 333(34) 314(32) 186(19) 6 15 23
Ст2пс
10,

Ст2сп

372(38) 333(34) 314(32) 196(20) 6 15 23
15кп 441(45) 372(38) 353(36) 186(19) 5 14 21
15пс,

20кп

441(45) 372(38) 353(36) 196(20) 5 14 21
15,20пс 441(45) 372(38) 353(36) 206(21) 5 14 21
20 441(45) 372(38) 353(36) 216(22) 5 14 21
Ст3кп 441(45) 392(40) 372(38) 196(20) 5 13 20
Ст3пс 441(45) 392(40) 372(38) 206(21) 5 13 20
Ст3сп 441(45) 392(40)» 372(38) 216(22) 5 13 20
Ст4кп,

Ст4пс

490(50) 431(44) 412(42) 216(22) 4 11 19
Ст4сп 490(50) 431(44) 412(42) 225(23) 4 11 19
22ГЮ 490(50) 344(35) 15

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *