Хладостойкие низколегированные стали: особенности и применение в России


В условиях низких температур и сурового климата, характерного для многих регионов России, особое значение приобретают хладостойкие низколегированные стали. Эти материалы обладают высокой прочностью, устойчивостью к хрупкому разрушению при низких температурах и хорошей свариваемостью. В статье рассмотрим основные особенности таких сталей, их состав, свойства и области применения.
________________________________________________________________________________________________________________________
Особенности хладостойких низколегированных сталей
Для повышения хладостойкости и свариваемости строительных сталей в России широко применяются малоперлитные стали с низким содержанием углерода. Эти стали дополнительно микролегируются сильными карбидообразующими элементами, такими как ванадий, ниобий, титан и алюминий. Кроме того, для улучшения свойств стали используются небольшие добавки азота в сочетании с нитридообразующими элементами. Это позволяет снизить охрупчивающее действие азота, повысить прочность стали и улучшить её хладостойкость за счет измельчения зерна.
________________________________________________________________________________________________________________________
Основные марки хладостойких сталей
К хладостойким низколегированным сталям относятся следующие марки:
- 09Г2
- 09Г2С
- 09Г2СД
- 16Г2АФ
- 14Г2АФ
- 14Г2САФ
Эти стали широко используются в различных отраслях промышленности, особенно в условиях низких температур. Например, стали марок 14Г2АФ и 16Г2АФ (а также их модификации 14Г2САФ и 16Г2САФ) применяются для изготовления газопроводных труб большого диаметра (1020–1420 мм). В нормализованном состоянии эти стали обладают прочностью σв = 560–600 МПа и ударной вязкостью при –60°С до 60 Дж/см² (при условии снижения содержания серы до 0,01 %).
________________________________________________________________________________________________________________________
Влияние легирующих элементов на свойства сталей
- Хром
Хром повышает прочность стали, а при содержании до 1 % также увеличивает её вязкость. Однако при концентрации хрома более 1,5 % может наблюдаться повышение порога хладноломкости, что негативно сказывается на хладостойкости.
- Медь
Легирование медью позволяет повысить прочность стали за счет упрочнения твердого раствора и измельчения зерна. При концентрации меди до 0,8 % возможно также дисперсионное упрочнение. Однако стали с медью пока не получили широкого распространения из-за риска возникновения красноломкости.
- Никель
Никель является одним из наиболее эффективных элементов для снижения хладноломкости стали. Он полностью растворим в железе, упрочняет феррит и одновременно увеличивает его вязкость. Никель также способствует измельчению зерна, повышает прокаливаемость стали и снижает концентрацию примесей на дислокациях.
________________________________________________________________________________________________________________________
Механические свойства хладостойких сталей
Механические свойства хладостойких низколегированных сталей, таких как 09Г2С и 14Г2АФ, приведены в таблице ниже. Эти данные показывают, как изменяются прочность, пластичность и ударная вязкость в зависимости от термообработки и температуры эксплуатации.
Марка |
Термообработка |
s в, МПа |
s 0,2, |
d , % |
KCU, Дж/см2, при температуре, °С |
||
20 |
–40 |
–70 |
|||||
09Г2С 14Г2САФ |
Состояние поставки |
500 |
350 |
21 |
60 |
40 |
30 |
Нормализация |
640 |
490 |
25 |
100 |
80 |
60 |
|
Закалка—отпуск |
590 |
410 |
32 |
200 |
140 |
120 |
________________________________________________________________________________________________________________________
Области применения хладостойких сталей
Хладостойкие низколегированные стали широко используются в различных отраслях промышленности, особенно в условиях низких температур. В таблице ниже приведены основные марки сталей и их применение.
Марка стали |
ГОСТ по химическому составу |
Заменитель |
Назначение и область применения |
Конструкционная углеродистая качественная |
|||
Сталь 08 |
1050–2013 |
10 |
Шайбы, патрубки, прокладки и другие неответственные детали — требования высокой пластичности, Т: –40…450 °С |
Сталь 10 |
1050–2013 |
08, 15, 08кп |
Детали — требования высокой пластичности, Т: –40…450 °С; после ХТО — детали с высокой поверхностной твердостью при невысокой прочности сердцевины |
Сталь 15 |
1050–2013 |
10, 20 |
Болты, винты, крюки и другие детали — требования высокой пластичности, |
Сталь 20 |
1050–2013 |
15, 25 |
После нормализации или без ТО — крюки кранов, муфты, вкладыши подшипников, Т: –40…450 °С под давлением; после ХТО — шестерни, червяки и другие: высокая поверхностная твердость при невысокой прочности сердцевины |
Конструкционная низколегированная для сварных конструкций |
|||
09Г2 |
19281–2014 |
10Г2С1, 09Г2С, 09Г2Д |
Стойки ферм, верхние обвязки вагонов, хребтовые балки, двутавры и другие детали вагоностроения, детали экскаваторов, элементы сварных металлоконструкций и других деталей, Т: –40…450 °С |
16ГС |
19281–2014 |
17ГС |
Фланцы, корпуса и другие детали,Т: –40…450 °С под давлением, элементы сварных металлоконструкций, Т от: –70 °С |
17ГС |
19281–2014 |
16ГС |
Корпуса аппаратов, днища, фланцы и другие сварные детали, работающие под давлением, Т: –40…450 °С |
17Г1С |
19281–2014 |
17ГС |
Сварные детали, работающие под давлением, Т: –40…450 °С |
09Г2С |
19281–2014 |
09Г2, 09Г2Д, 10Г2С1 |
Различные детали и элементы сварных металлоконструкций, Т: –40…450 °С под давлением |
16Г2АФ |
19281–2014 |
15Г2АФ, 14Г2АФ |
Металлоконструкции, сварные фермы для изделий машиностроения |
14ХГС |
19281–2014 |
15ХСНД, 14СНД, 16ГС, 14ГН, 16ГН |
Сварные конструкции, листовые клапанные конструктивные детали |
10ХСНД |
19281–2014 |
16Г2АФ |
Элементы сварных металлоконструкций и различные детали: повышенная прочность, коррозионная стойкость с ограничением массы, Т: –40…450 °С |
15ХСНД |
19281–2014 |
16Г2АФ, 15ГФ, 14ХГС, 16ГС |
Элементы сварных металлоконструкций и различные детали: повышенная прочность, коррозионная стойкость с ограничением массы, Т: –40…450 °С |
35ГС |
34028-2016 |
Ст5сп, Ст6, Ст5пс |
Для изготовления арматуры периодического профиля класса А–III диаметром от 6 до 40 мм |
25Г2С |
34028-2016 |
– |
Для изготовления арматуры периодического профиля класса А–III диаметром от 6 до 40 мм |
________________________________________________________________________________________________________________________
Заключение
Хладостойкие низколегированные стали играют важную роль в промышленности России, особенно в условиях сурового климата. Благодаря своему составу и свойствам, эти стали обеспечивают высокую прочность, устойчивость к хрупкому разрушению и хорошую свариваемость. Их применение в строительстве, машиностроении и газовой отрасли позволяет создавать надежные конструкции, способные выдерживать экстремальные температуры.
Если вам необходимо подобрать сталь для конкретных условий эксплуатации, обратите внимание на марки 09Г2С, 14Г2АФ и другие, представленные в таблицах. Их механические свойства и области применения делают их оптимальным выбором для работы в условиях низких температур.