Стали для сварных конструкций

Свариваемость – способность металла образовывать качествен­ное сварное соединение, свойства которого, как правило, близки к свойствам основного металла. Для образования качественного соединения важно предупредить возникновение в сварном шве различных дефектов: пор, непроваров и трещин.

Свариваемость стали тем выше, чем меньше в ней углерода и легирующих элементов. Влияние углерода является определяющим. Углерод расширяет интервал кристаллизации и увеличивает склон­ность к образованию горячих трещин (т.е. таких, которые возникают вследствие объёмных изменений в результате затвердевания). Увеличивая объёмный эф­фект мартенситного превращения, углерод способствует также образованию холодных трещин (ими считаются такие, источник которых опять же объёмные изменения, но вызванные фазовыми превращениями в твёрдом состоянии). В связи с этим высокой сваривае­мостью обладают стали, содержащие до 0,25 % С. К ним относят­ся углеродистые стали (Ст1¸Ст4, 08, 10¸25), низколегирован­ные, применяемые для изготовления различных металлоконструк­ций, например стали 09Г2, 09Г2С, 14Г2, 15ГФ(Д), 16ГС, 17ГС и другие, а также стали с карбонитридным упрочнением типа 14Г2АФ(Д), 15Г2СФ(Д), 16Г2АФ и другие (ГОСТ 19282–89). Низколегированные стали содержат до 1,8 % Мn, до 1,2 % Si, до 0,9 % Сг, до 1,7 % Ni, до 0,5 % Сu, до 0,15 % V, до 0,03 % Тi, до 0,025 % N. Введение этих элементов способствует повышению прочности стали и по­нижению температуры перехода в хрупкое состояние, что даёт возможность применять такие стали в районах с холодным клима­том. При добавлении меди стали приобретают повышенную стой­кость к атмосферной коррозии.

Сварка всех этих сталей при толщинах до 15 мм не вызывает затруднений. В то же время сварка таких же сталей больших толщин и в терми­чески упрочненном состоянии требует подогрева и термической обработки. При сварке углеродистых и низколегированных сталей, содержащих более 0,3 % С, возникают затруднения из-за воз­можности закалки и охрупчивания околошовной зоны. Сварка высокохромистых и хромоникелевых сталей в связи с фазовыми превращениями в процессе охлаждения требует специальных тех­нологических приемов – снижения скорости охлаждения, при­менения защитных атмосфер и последующей термической обра­ботки.

Обычно стали поставляют в виде листового и сортового фасонного проката и применяют без дополнительной термической обработ­ки (т.е. в состоянии поставки), в нормализованном состоянии с высокотемпературным отпуском, иногда после закалки и отпуска (например, стали 14Г2, 17ГС, 15ХСНД). В последнем случае зна­чительно повышаются прочностные свойства (σ_в и σ₀,₂), снижа­ются порог хладноломкости и склонность к старению. Использо­вание легированных сталей взамен углеродистых позволяет эко­номить 15¸30 % стали, а применение термообработанных про­филей дает экономию до 50 % .

Для судостроения, аппаратов химической промышленности, вагоностроения и мостостроения применяют стали 09Г2, 10Г2С1Д, 10ХСНД, 15ХСНД, 09Г2С, 09Г2Д, 15ГФ (ГОСТ 19282-89). Эти стали имеют широкий интервал рабочих температур (от –70 до 450 °С). Стали с медью и никелем (10ХСНД, 15ХСНД) отличаются повы­шенной коррозионной стойкостью в атмосферных условиях.

Для крупных листовых конструкций, корпусов, сосудов, кот­лов и трубопроводов используют стали 14Г2, 16ГС, 17ГС, 14ХГС, 12ХГС. Из стали 12ГС методами вытяжки, гибки и штамповки изготавливают также детали сельскохозяйственных машин и авто­мобилей.

Широкое применение находят в последнее время стали с карбонитридным упрочнением, содержащие 0,05¸0,12% V и 0,015¸0,025 % N. Эти стали имеют измельчённую зёренную структуру и по­ниженный до –80 °С порог хладноломкости. Для металлоконструк­ций мостов, подкрановых ферм, зданий и других сварных конст­рукций ответственного назначения используют стали 14Г2АФ, 14Г2АФД, 16Г2АФ, 18Г2АФ, 12Г2САФ, 12ГН2МФАЮ. Для от­ветственных сварных конструкций северного исполнения приме­няют сталь 15Г2АФД, для сварных конструкций экскаваторов – стали 12ГН2МФАЮ, 12Г2СМФ, 14ГСМФР, 18Г2АФ. Сталь 12ГН2МФАЮ применяют также для изготовления платформ ав­томобилей большой грузоподъёмности (до 120 т). Стали с молиб­деном и бором (например, 14ГСМФР) в нормализованном со­стоянии содержат в структуре бейнит и имеют повышенный пре­дел текучести (σ_0,2 ~ 450 МПа) при хорошей пластичности.

В состоянии поставки (нетермообработанные) стали 15Г2СД, 15Г2СФД, 14Г2АФД, 16Г2АФД, 15Г2АФДпс имеют следующие свойства: σ₀,₂ = 400¸420 МПа, σ_в = 550¸580 МПа, δ = 18¸20 %, ударная вязкость
при –40 °С КСU_-40 = 30¸40 Дж/см². Стали 18Г2АФ и 18Г2АД отличаются более высокими прочностными свойства­ми: σ_0,2 ~ 450 МПа, σ_в ~ 600 МПа. Такие же свойства имеет и нормализованная сталь 16Г2АФ. В улучшенном состоянии стали 12Г2СМФ и 12ГН2МФАЮ имеют σ_0,2 = 600¸700 МПа и σ_в = 700¸850 МПа, а сталь 12ХН2МФБАЮ – σ_0,2 = 750¸870 МПа и σ_в = 850¸950 МПа, δ = 12¸14 % и КСU_-40 = 30¸35 Дж/см². Кри­тические температуры хрупкости (при U-образном надрезе на образцах) составляют: для стали 12Г2СМФ –70 ¸ –100°С, для ста­лей 14Г2АФ и 16Г2АФ –90 ¸ –100^°С и для стали 12ГН2МФАЮ – 100 ¸ –110°С.

Применительно к строительным конструкциям для этих сталей применяется специальная маркировка: обозначение начинается с буквы «С», далее указывается предел текучести (три цифры), наличие термоупрочнения и повышенной коррозионной стойкости (буквы Т и К).

Ударную вязкость сталей можно существенно повысить специальными способами: обработкой синтетическим шлаком (СШ) или электрошлаковым переплавом (ЭШП). Так, например, для стали 16Г2АФ ударная вязкость
КСU_-40 имеет  следующие значения: при  СШ около 160 Дж/см², при  ЭШП  уже 280¸290 Дж/см².

Литейные стали

Маркировка, химические составы и регламентируемые меха­нические свойства сталей приведены в ГОСТ 977–88 (на углеро­дистые и легированные стали) и ГОСТ 2176–77 (на высоколеги­рованные стали со специальными свойствами). По назначению литейные стали подразделяют на три группы: 1 – для отливок общего назначения; 2 – для отливок ответственного назначения; 3 – для отливок особо ответственного назначения. В отливках из сталей группы 1 контролируются внешний вид, размеры, хими­ческий состав. Для сталей группы 2 регламентированы также проч­ностные свойства и относительное удлинение, для сталей группы 3 – и ударная вязкость. Сортамент отливок регламентирован ГОСТ 2009–83 и 3212–92.

Углеродистые конструкционные стали для отливок подразде­ляют на марки: 15Л, 20Л-55Л. Число показывает содержание уг­лерода в сотых долях процента. Маркировка легированных литей­ных сталей аналогична маркировке качественных деформируемых сталей, но с буквой Л в конце марки (например, 35ГЛ, 30ГСЛ, 08ГДНФЛ). Отливки из углеродистых и легированных сталей под­вергают термической обработке – нормализации с отпуском или закалке с отпуском.

По прочностным свойствам литейные стали близки к дефор­мируемым, но уступают последним по ударной вязкости.

Из литейных сталей изготавливают детали, подвергающиеся ударным нагрузкам (захваты, блоки, ролики, копровые бабы), детали сварно-литых конструкций (стали 15Л, 20Л); ответствен­ные детали автосцепки (стали 20Л, 20ГЛ, 20ГТЛ); корпуса подшипников, средненагруженные зубчатые колеса, оси, валы (сталь 25Л); рычаги, балансиры, корпуса редукторов, шкивы, кронш­тейны, бандажи, маховики (сталь 30Л); корпуса и обоймы турбомашин, вилки, кронштейны и другие (сталь 35Л); шестерни, бегунки, колеса, зубчатые венцы, валы, кулачковые муфты, кре­стовины, детали экскаваторов и дробильно-размольного обору­дования (стали 35ГЛ, 30ХГСДЛ, 35ХГСДЛ, 35ХМЛ, 40ХЛ); раз­личные детали для судостроения (стали 08ГДНФЛ, 13НДФГЛ, 12ДН1МФЛ); станины, корпуса, муфты, тормозные диски, шестерни, кожухи, вилки, звездочки, храповики, клинья, детали лебедки и другие ответственные детали, к которым предъявляются требования повышенной прочности и сопротивления изнашиванию (стали 40Л, 45Л, 40ХЛ, 45ФЛ); шестерни, бегунки, колёса, зубчатые венцы, зубчатые муфты подъёмно-транспортных машин, ходовые колёса, валки крупно-, средне- и мелкосортных станов для прокатки мягкого металла (сталь 50Л); футеровочные плиты шаровых мельниц, бегунки и прочие детали простой конфигурации, к которым предъявляются требования повышенной износостойкости (стали 70ХЛ, 80ГСЛ); иногда сталь 70ХЛ применяют взамен стали 110Г13Л (при необходимости механической обработки отливок); детали дробильно-размольного оборудования, трам­вайные и железнодорожные стрелки и крестовины, гусеничные траки, зубья ковшей экскаваторов (сталь 110Г13Л); бандажи составных опорных валков (сталь 150ХМНЛ).

⇐ Предыдущая234567891011Следующая ⇒

Поделиться: