Хладостойкие низколегированные стали: особенности и применение в России

Статьи
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 стали	Термообработка	s в, МПа	s 0,2, МПа	d , %	KCU, Дж/см2, при температуре, °С
Марка стали	Термообработка	s в, МПа	s 0,2, МПа	d , %	20	–40	–70
09Г2С 14Г2САФ	Состояние поставки	500	350	21	60	40	30
	Нормализация при 930 °С	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, Т: –40…450 °С; после ХТО — рычаги, кулачки, гайки и др. — требования высокой поверхностной твердости, высокой прочности сердцевины
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.

Хладостойкие низколегированные стали: особенности и применение в России

Другие статьи