Низколегированная сталь для сварных конструкций. Сталь для сварных конструкций
Требования для сварки стали | Сварак
Содержание статьи
Сварка стали, введение
Одной из причин хрупкого разрушения сварных соединений является склонность некоторых участков зоны термического влияния к старению, вызываемому распадом пересыщенного твердого раствора. Важную роль играет повышенное содержание азота в стали. Известно, что при комнатной температуре растворимость азота (в феррите не превышает 0,001%, в то время как его содержание конверторных, бессемеровских сталях при продувке воздухом достигает 0,015%и более (в мартеновских сталях содержание азота не превышает 0,008%).С повышением концентрации азота, особенно после наклепа, резко снижается стойкость против хрупкого разрушения.Исследования сварных соединении из мартеновской стали Ст.З, успокоенной кремнием и алюминием, мартеновскойI кипящей стали и бессемеровской кипя-1 Щей стали, содержащей 0,013% азота, показали, что наибольший эффект старения в зоне термического влияния обнаруживается на бессемеровской стали.Меньше всего сказался термический цикл при сварке на спокойной мартеновской стали. А. А. Уэллс, Б. С. Касаткин и др. [78] показали, что в зоне термического влияния пластическая де-формация может достигать 5%. Столь значительные деформации могут при- вести к интенсивному развитию старения.Пониженная стойкость сварных соединений против хрупкого разрушения резко проявилась при использовании конверторного металла из керченских руд, содержащих мышьяк. Производство этого металла была освоено в 1938— 1941 гг. В 1940—1941 гг., когда начался массовый выход из строя вагонных конструкций, возник вопрос о необходимости предъявлять к металлу болеевысокие требования. В результате выполненных исследований были сформулированы требования по химическому составу, а также по ударной вязкости. Отметим, что вплоть до 1941 г. вопрос о вязкости металла, предназначенного для сварных конструкций, не рассматривался и показатель ударной вязкости не регламентировался. В Институте электросварки АН УССР под руководством Е. О. Патона были проведены большие исследования по улучшению низкоуглеродистой стали.Следует отметить, что для получения сварных швов без трещин необходимо, чтобы примеси, способствующие образованию трещин, по превышали определенной величины и, что очень важно, распределялись равномерно по сечению стали [53]. Как отмечалось выше, подвлиянием термического цикла в зоне термического ВЛИЯНИЯ образуются структуры с повышенной хрупкостью [195].
Развитие методов
Исследованиями, проведенными в ИЭС им. Е. О. Патона, установлено, что повышение чувствительности стали к переходу в хрупкое состояние в результате термического цикла при сварке зависит от химического состава стали, способа раскисления и размеров зернаНизкоуглеродистая сталь, успокоенная кремнием и алюминием и прокатанная при оптимальной температуре, обладает наиболее низким порогом хладноломкости в зоне термического влияния[158]. Исследование причин повышения чувствительности стали к переходув хрупкое состояние показало, что это в большой мере связано со склонностью стали к старению. Поэтому было выдвинуто требование о необходимости проверки стали на склонность к старению.В последнее время широкое применение в промышленности получили полу- спокойные стали. Переход к производству углеродистых полуспокойных сталей взамен спокойных позволяет без ^дополнительных капитальных затрат на 8—10% уменьшить расход слитков на производство металлопроката, сократить расход раскислителей, а также значительно упростить ряд технологических операций по подготовке составов и разливке стали.На основании обширных исследований физико-механических служебных свойств углеродистой полуспокойной стали в сравнении со спокойной установлено, что в прокате толщиной до 10 мм включительно она может применяться взамен спокойной стали Ст.Зсп в сварных конструкциях без каких-либо ограничений по температурным условиям эксплуатации и виду испытываемых нагрузок. Прокат больших толщин из полуспокойной стали можно использовать в ответственных сварных конструкциях, но с некоторыми ограничениями по температуре эксплуатации.С целью снятия каких-либо ограничений по применению полуспокойной стали взамен спокойной ВСт.Зспв толстом прокате для сварных конструкций массового назначения разработана сталь марки Ст.ЗГпс (18Гпс). Проведенные исследования [237] показали, что сталь в прокате свыше 10 мм удовлетворяет требованиям ГОСТ 380- 71. Сталь марки Ст.ЗГпс достаточно однородна по химическому составу и механическим свойствам, а также хорошо сваривается. Исследования служебных свойств, включая ударную вязкость при отрицательных температурах и после деформационного старения, показали, что по устойчивости сварных соединений против зарождения и распространения хрупких трещин она превосходит спокойную сталь ВСт.Зсп, поставляемую с такими же гарантиями, а по сопротивляемости воздействию переменным ударным нагрузкам равноценна этой стали. Спокойные и полуспокойные стали, предназначенные для ответственных конструкций, должны поставляться с гарантированными характеристиками по ударной вязкости при температуре —20° С, а также после механического старения. Для таких конструкций, как мосты, всевозможные подъемно-транспортные сооружения, подкрановые балки и т. п., работающие в условиях низких температур и переменного нагружения, может быть использована сталь марки М16С или 18Д, раскисленная кремнием и алюминием (около 1 кг на 1 т стали), обладающая высокой ударной вязкостью при отрицательных температурах и после механического старения. Хорошие свойства по свариваемости благодаря ограниченному содержанию 8 и Р (до 0,04%) имеют конструкционные стали по ГОСТ 1050- 74. Для многих сварных конструкции, например блоков, дизелей, мостовых кранов, успешно используются регламентируемые этими стандартами хорошо свариваемые стали марок 15 и 20. При этом в стали 20 целесообразно ограничить концентрацию С до 0,22%. Благодаря пониженному содержанию С может применяться такая же технология сварки, как и для стали марки ВСт.З.
Особенности сварки конструкций
Для сварных конструкций может успешно применяться терм упрочнённая сталь ВСт.З. По свариваемости она практически не отличается от горячекатанной. Предел текучести термически упрочненной стали на 35—40%, а временное сопротивление на 10—15% выше, чем горячекатанной.Низколегированные стали. Применение сталей повышенной прочности для различных конструкций (мостов, резервуаров для хранения нефтепродуктов, газопроводов, вагонов, локомотивов) обусловлено, как известно, тем, что при замене обычных низкоуглеродистых сталей высокопрочными может быть получена большая экономия металла.работа по изучению свойств низколегированных сталей применительно к сварным конструкциям начались в нашей стране в 1938—1939 гг. С целью повышения стойкости против коррозии была создана сталь марки ДС с повышенным содержанием Мп и содержанием Си около 0,5%. В Институте электросварки АН УССР проведены большие работы по изучению свариваемости и коррозионной стойкости сварных соединений из этой стали. Разработана технология ручной и автоматической сварки. Испытании показали, что сварное соединение обладает более высокой стойкостью против коррозии, чем соединения из обычной низкоуглеродистой стали. Сталь марки ДС была выплавлена И: прокатана, и из нее начали изготовлять сварные конструкции.В то же время было открыто Орско- Халиловское месторождение, богатое рудами, содержащими хром и никель. Начались крупные исследования по использованию этих руд для низколегированных сталей. Были созданы хромоникелевые стали повышенной прочности марок СХЛ-1, СХЛ-2, СХЛ-4 (стали халиловские). Позднее первые Две марки были объединены и получили название 15ХСНД, сталь марки СХЛ-4 — ЮХСНД [116]. Низколегированные стали этих марок поставляются, как Указано ниже, с пределом текучести 3&0-400 МПа. Эти и подобные им стали Широко используются при изготовлении сварных конструкций.Вопрос повышения прочности стали Для сварных конструкций является Довольно сложным, так как не все легирующие элементы, упрочняющие сталь, могут быть рационально использованы. Многие из них, например С, 81, В, ухудшают свариваемость. Все эти элементы снижают стойкость швов против кристаллизационных трещин.Так, Си 81 отрицательно влияют ни хладноломкость стали.В настоящее время стали повышенной прочности получают либо легированием без закалки и отпуска, либо легированием и термической обработкой.При рассмотрении влияния различных элементов, которые вводятся в сталь для повышения ее прочности, должны учитываться требования свариваемости. При этом основными вопросами являются стойкость швов против кристаллизационных трещин и сопротивляемость хрупкому разрушению. Важным фактором, влияющим на прочность стали в сварных соединениях, является степень ее однородности. Одним из широко распространенных и дешевых элементов, повышающих прочность стали, является 81. В последние годы многими исследователями делались попытки легировать сталь кремнием. Однако стали с содержанием 81 более 1,0%, как правило, оказывались недостаточно стойкими против хрупкого разрушения, особенно при повышении содержания С до 0,2%, Кремний резко усиливает дендритную неоднородность сварных швов по сере и фосфору [202]. С повышением концентрации 81 в стали стойкость швов против кристаллизационных трещин понижается. Большое влияние на свойства стали оказывают кремнекислородные соединения. Исследованиями, проведенными в последние годы [202], установлено, что образующаяся при выплавке стали моноокись кремния снижает ее вязкость при низких температурах. При температуре 450—650° С в большой степени появляется обратимая хрупкость.Наибольшая насыщенность металла моноокисью кремния получается при раскислении стали кремнием и главным образом в результате легирования. Оказалось, что сварные конструкций из стали типа 20ГС с содержанием 81 около 1,0% обладают пониженной стойкостью против хрупкого разрушения. Стали с содержанием кремния до 1,2% толщиной свыше 20 мм нельзя признать породами по стойкости против хрупкого разрушения в горячекатаном состоянии и даже после нормализации. Свойства этих сталей, особенно металла толщиной более 14 мм, улучшаются только после закалки и отпуска. Однако эту операцию не всегда можно рекомендовать для сталей массового производства. Стали с повышенным содержанием 81 весьма чувствительны к некоторым технологическим операциям, например на клену при вальцовке. Таким образом, может быть сделан вывод о том, что необходимо стремиться к максимальному снижению стали, предназначенной для сварных конструкции.Известно, что N1, Мп и Сг способствуют повышению прочности феррита. Однако присадка N1 в стали не очень желательна, так как он, так же как и 81, резко усиливает дендритную неоднородность металла шва по С, 8, Р и понижает стойкость сварных швов против кристаллизационных трещин, в особенности при повышенном содержании 8. Хром повышает прочность стали в меньшей степени, чем Мп, N1 и 81. Его влияние проявляется главным образом при повышенном содержании С в стали, начиная примерно с 0,3—0,4%, т. е. значительно большей концентрации, чем в конструкционных сталях. В связи с этим из указанных легирующих элементов наибольший интерес представляет Мп. Кроме того, его стоимость | ниже, чем Ш и Сг, и он менее дефицитен. Как показали различные исследования, в отличие от других легированных сталей марганцовистые стали более склонны к перегреву (росту зерна аустенита). Однако этот недостаток можно устранить путем введения в сталь карбид образующих элементов — Т1, N1, V и т. п. Структура марганцовистых сталей получается более мелкозернистой. Почти все авторы приходят к выводу о том, что оптимально содержание в стали 1,3—1,8% Мп. При этомможно рассчитывать на удовлетворительную вязкость металла. Марганцовистые стали типа 09Г2 со сравнительно низким содержанием С и Мп (около 1,5%) обладают хорошей свариваемостью и поэтому находят широкое применение при изготовлении сварных конструкций.Для повышения прочности сталей в горячекатаном состоянии, выпускаемых в настоящее время в различных странах, а также в Советском Союзе, их, как правило, легируют малыми добавками редких металлов. Институтом электросварки совместно с Украинским институтом металлов проведены исследования по легированию низкоуглеродистых и марганцовистых сталей редкими металлами N1), V и другими элементами. Исследовались ниобий содержащие низкоуглеродистые стали типа Ст.З [185]. Ниобий оказывает более упрочняющее действие, чем ванадий. Для получения примерно одинаковых механических характеристик в марганцовистую сталь 10Г2 необходимо ввести ванадия в три раза больше, чем ниобия [184].Весьма положительное влияние на повышение прочности стали оказывает комплексное легирование ГЬ и V. При этом сумма обеих примесей не превышает 0,15%. При содержании в стали до 0,16—0,18% С и около 1,5% Мп временное сопротивление достигает 560—580 МПа, а предел текучести металла толщиной до 16—20 мм не ниже 450 МПа. Ударная вязкость такой стали при низких температурах достаточно высокая: при температуре —40° С она выше 300 кДж/м. Падение вязкости после высокого отпуска комплексно легированной стали не наблюдается.На основании изложенного можно сделать некоторые рекомендации по легированию стали повышенной прочности для сварных конструкций.1. В ряде случаев следует избегать легирования стали 81, так как он ухудшает свариваемость, и ограничить его содержание до 0,4%. При содержании до 0,12% С можно допустить несколько более высокую концентрацию кремния—До 0,55% •2. В тех случаях, когда есть большая возможность образования горячих трещин, в сталь с пределом текучести 400—450 МПа не целесообразно вводить N1,так как он, так же как и 81, понижает стойкость швов против кристаллизационных трещин. При сравнительно низ-ком содержании углерода (до 0,20%)хром не оказывает заметного влияния на упрочнение стали.3. Марганец в количестве 1,4—1,8%при содержании углерода до 0,18% способствует повышению прочности без ухудшения свариваемости. Легировании стали с таким содержанием Мп малыми добавками 1ЧЬ, V, как комплексное легирование этими элементами, способствует повышению прочности стали.4. Марганцовистая сталь с N5, V и с0,18% С обладает хорошей свариваемостью.В последнее время ведутся исследования по созданию марганцовистых сталей повышенной прочности с при-садкой азота. Последний, способствуя образованию нитридов, обеспечивает повышение прочностных характеристик, не снижая вязкости. Стойкостьпротив разрушения этих сталей выше10Г2С1 и 10ХСНД такого же класса. Хорошие результаты при испытании на свариваемость получены марок 14Г2АФ, 18Г2АФпс,15Г2АФДпс, разработанных Институтом черной металлургии с участием ИЭС им. Е. О. Патона. Стали рекомендуются для ответственных конструкций, эксплуатирующихся при низких температурах в Условиях Крайнего Севера. Имеющийся опыт позволяет заключить, что стали на 10Г2С1 и 10ХСНД могут быть успешно заменены другими, легированными азотом. Низколегированные высокопрочные стали для сварных конструкций. С0 больше возрастает потребность в сталях, сочетающих высокую прочность Достаточной пластичностью, вязкостью, хладостойкостью и удовлетворительной свариваемостью. В нашей стране освоено производство ряда марок высокопрочных низколегированных сталей с пределом текучести более 600 МПа, например 14Х2ГМР,14ХМНДФР и др. В последние годы проведены опытно-промышленные работы по применению этих сталей для сварных конструкций различного назначения: тяжело нагруженных узлов и деталей карьерных и шагающих экскаваторов, грохотов, большегрузных автосамосвалов, драг и др. Они позволили накопить необходимый положи-тельный опыт [79]. Особенно эффективным является применение высоко-прочных сталей при изготовлении подъемно-транспортного оборудования, так как это значительно уменьшает собственный вес конструкции. Высокая сопротивляемость этих сталей хрупкому разрушению открывает широкие возможности использования их для изготовления сварных конструкций, к которым предъявляются высокие требования по хладостойкости. Чтобы удовлетворить указанным требованиям, при создании высокопрочных сталей для сварных конструкций широко используются различные системы легирования и технологической обработки, сочетание которых обеспечивает получение необходимых свойств сталей, предопределяющих область их применения. Общая тенденция при разработке экономичных хорошо свариваемых высокопрочных сталей сводится к получению металла с наиболее измельченной структурой при минимальном легировании. Исследованиями, выполненными в последние годы,установлено, что наиболее перспективными для сварных конструкций являются высокопрочные низколегированные стали с мартенситной или бейнитной структурой. Наилучшее сочетание свойств стали достигается после закалки и высокого отпуска. При изготовлении проката малых толщин требуемые свойства могут быть получены после нормализации и высокого отпуска. Высокопрочные низколегированные стали содержат 0,15—0,60% Мо, 0,002—0,006% В и другие легирующие элементы.Наилучшее сочетание свойств имеют стали, основными легирующими элементами которых являются 0,4—0, 6% Мо и 0,002—0,006% В с добавкой других легирующих элементов. При наличии в стали указанных количеств Мо и В и при соответствующей термической обработке обеспечивается получение стабильной бейнитной или мартенентной структуры в листовом прокате толщиной до 15 мм. К указанным относятся стали марок 14Х2ГМР, 14ХМНДФР, Т-1 и др.Низкоуглеродистые мартенситные стали (14ХМНДФР, Т-1 и др.) наряду с высокими показателями прочности обладают хорошей пластичностью и вязкостью. В этих сталях мартенситное превращение происходит при относительно высоких температурах. Низко- углеродистые мартенситные стали отличаются незначительной склонностью к образованию закалочных структур. До температур —50-^—80°С эти стали сохраняют высокую сопротивляемость разрушению. Для высокопрочных сталей характерна более высокая стойкость к атмосферной коррозии, чем для обычных конструкционных сталей. Так, сталь Т-1 примерно в четыре раза более стоика к атмосферной коррозии, чем обычная низкоуглеродистая.
Стальной прокат
Применение проката из высокопрочной стали характеризуется экономией металла (до 20—40%), сокращением трудоемкости (до 20%), снижением веса наплавленного металла, уменьшением транспортных затрат. Применение сварных конструкций из высокопрочных сталей является важным фактором технического прогресса в промышленности.
Подобные статьи
svarak.ru
Низколегированная сталь для сварных конструкций
| Сталь конструкционная низколегированная для сварных конструкций | ||||
| 06Г2СЮ | 06ХГСЮ | 08Г2С | 09Г2 | 09Г2Д |
| 09Г2С | 09Г2СД | 10Г2Б | 10Г2БД | 10Г2С1 |
| 10Г2С1Д | 10ГС2 | 10ГТ | 10ХГСН1Д | 10ХНДП |
| 10ХСНД | 12Г2Б | 12Г2СМФ | 12ГН2МФАЮ | 12ГС |
| 12ХГН2МФБАЮ | 14Г2 | 14Г2АФ | 14Г2АФД | 14ХГС |
| 15Г2АФД | 15Г2АФДпс | 15Г2СФ | 15Г2СФД | 15ГС |
| 15ГФ | 15ГФД | 15ХСНД | 16Г2АФ | 16Г2АФД |
| 16ГС | 16Д | 17Г1С | 17ГС | 18Г2АФ |
| 18Г2АФД | 18Г2АФДпс | 18Г2АФпс | 18Г2С | 1Х2М1 |
| 20ГС | 20ГС2 | 20Х2Г2СР | 20ХГ2Т | 20ХГ2Ц |
| 20ХГС2 | 22Х2Г2АЮ | 22Х2Г2Р | 23Х2Г2Т | 23Х2Г2Ц |
| 25Г2С | 25ГС | 25С2Р | 28С | 30ХС2 |
| 32Г2Рпс | 35ГС | 6Г2АФ | 80С | |
К низколегированным относятся стали, в которых содержание легирующих компонентов в сумме составляет менее 2,5% (кроме углерода). При содержании легирующих элементов в сумме от 2,5 до 10% сталь называется среднелегированной, при содержании свыше 10% легирующих элементов— высоколегированной. В наименовании стали легирующие компоненты указываются в порядке убывания их содержания (например, хромомолибденовая, хромокремнемарганцовая, хромоникелевая и т. п.).
Влияние того или иного элемента на свойства стали зависит от содержания в ней как данного, так и других элементов и особенно углерода.
В обозначении марок легированных сталей по ГОСТ входят буквы и цифры. Буква показывает, какой легирующий элемент входит в сталь, а стоящие за ней цифры — среднее содержание элемента в процентах. Если данного элемента содержится в стали менее 1%, то цифры за буквой не ставятся. В обозначении марок конструкционных низколегированных сталей впереди всегда стоят две цифры, обозначающие содержание в стали углерода в сотых долях процента. Буква А означает, что сталь содержит пониженное количество серы и фосфора и является высококачественной. Буква Т в конце обозначения марки указывает, что сталь содержит титан, а буква Б — ниобий. Например, высоколегированная сталь 0Х18Н9Т содержит: углерода менее 0,1%, хрома в среднем 18%, никеля в среднем 9% и титана до 1%.
Низколегированная хромокремненикелемедистая сталь 15ХСНД по ГОСТ 5058—65 (прежние марки НЛ2 или СХЛ2) содержит 0,12—0,18% углерода; 0,4—0,7% марганца; 0,4—0,7% кремния; 0,2—0,4% меди; 0,6—0,9% хрома; 0,3—0,6% никеля; до 0,04% фосфора и не более 0,04% серы. Временное сопротивление этой стали 50 кгс/мм2, относительное удлинение 21%, ударная вязкость 6 кгс-м/см2. Сталь 10ХСНД (НЛ1 или СХЛЗ) отличается от стали 15ХСНД содержанием углерода, которого в ней до 0,12%. У этой стали временное сопротивление 54 кгс/мм2, относительное удлинение 19% и ударная вязкость 8 кгс-м/см2. Стали 10 ХСНД и 15ХСНД хорошо свариваются и в незначительной степени подвержены коррозии; их используют для сварных строительных конструкций высокой надежности, а также в судостроении.
Для сварных мостов, газопроводов и других ответственных сооружений применяют низколегированную конструкционную крем-немарганцевую сталь 10Г2С1 (МК) по ГОСТ 5058—65. Эта сталь содержит до 0,12% углерода; 1,3—1,65% марганца; 0,9— 1,2% кремния; не более 0,035% фосфора и 0,04 серы; по 0,30% хрома и никеля; 0,30% меди. Сталь 10Г2С1 имеет временное сопротивление 46—52 кгс/мм2, относительное удлинение — 21%, повышенную коррозионную стойкость, пониженную хладноломкость и удовлетворительно сваривается.
Молибденовые, хромомолибденовые и хромо-молибденованадиевые низколегированные теплоустойчивые стали применяют для изготовления паровых котлов, турбин и трубопроводов, подверженных в процессе работы действию высоких температур и давлений. Для температур 450— 500° С предназначаются молибденовые стали 15М и 25М-Л, содержащие 0,4—0,6% молибдена; для 540°С — хромомолибденовые 15ХМ, 20ХМ-Л, содержащие 0,4—0,6% молибдена и 0,8—1,1% хрома; для 585° С — хромомолибденованадиевые 12Х1МФ и 15Х1М1Ф. Для труб, предназначенных для поверхностного нагрева котлов, применяют хромомолибденованадиевую сталь 12Х2МФСР, дополнительно легированную кремнием и бором, а для крупных отливок паровых турбин — сталь 15Х2М2ФБС-Л, легированную кремнием и ниобием. Для более высоких температур используются трубы из высоколегированных хромистых и хромоникелевых сталей.
Хромокремнемарганцевые стали (хромансиль) обладают большой прочностью, упругостью и хорошо сопротивляются ударным нагрузкам. Содержат углерода (%): сталь 20ХГСА — 0,15—0,25; сталь 25ХГСА —0,22—0,30 и сталь 3ОХГСА — 0,25—0,35. Стали этих марок, кроме углерода, содержат также (%): марганца 0,8—1,1; кремнияТ),9—1,2 и хрома 0,8— 1,1. Содержание серы и фосфора не должно превышать 0,03% Для каждого из этих элементов. В термически обработанном состоянии имеют временное сопротивление 80 кгс/мм2, относительное удлинение 10%, ударную вязкость 6 кгс-м/см2.
Сварка низколегированных сталей: при выполнении вертикальных и потолочных швов ток уменьшают на 10—20% и применяют электроды диаметром не более 4 мм.
Для уменьшения скорости охлаждения металла шва следует применять стыковые и бортовые соединения, так как при тавровых и нахлесточных соединениях скорость охлаждения выше. Рекомендуется избегать соединений, имеющих швы замкнутого (жесткого контура), если же необходимы такие соединения, то их сваривают короткими участками, обеспечивая подогрев и замедленное охлаждение.
Сварку стыковых соединений металла толщиной до 6 мм и валиковых швов с катетом до 7 мм выполняют в один слой (однопроходную), что уменьшает скорость охлаждения. Более толстый металл сваривают в несколько слоев длинными участками. Каждый слой должен иметь толщину 0,8—1,2 диаметра электрода. Сверху шва накладывают отжигающий валик, края которого должны располагаться на расстоянии 2—3 мм от границы проплавления основного металла. Отжигающий валик накладывают при температуре предыдущего слоя около 200° С. Для металла толщиной до 40—45 мм применяют многослойную сварку способом «горки» или «каскада». Длину участков (300—350 мм) выбирают с таким расчетом, чтобы предыдущий слой не успевал охладиться ниже 200° С при наложении следующего слоя.
Если сталь склонна к закалке или при сварке на морозе, перед выполнением первого шва применяют местный подогрев горелкой или индуктором до 200—250° С. Предварительный подогрев и последующий отпуск необходимы, если твердость в зоне влияния после сварки составляет 250 единиц по Бринеллю и выше.
При выполнении подварочных швов и заварке прихваток необходимо выполнять условия, для сварки низкоуглеродистых сталей.
Сварку конструкционных низкоуглеродистых сталей производят электродами с фтористокальциевыми покрытиями марок УОНИ-13/45; УОНИ-13/55; УОНИ-13/85; ОЗС-2; ЦУ-1; ДСК-50, ЦЛ-18; НИАТ-5 и другими, дающими более плотный и вязкий наплавленный металл, менее склонный к старению. Электроды с руднокислыми покрытиями (ОММ-5, ЦМ-7 и др.) применять при сварке ответственных конструкций из низколегированных сталей не рекомендуется.
Низколегированные конструкционные стали лучше сваривать электродами типа Э42А, так как металл шва получает дополнительное легирование за счет элементов расплавляемого основного металла и временное сопротивление его повышается до 50 кгс/мм2; при этом металл шва сохраняет высокую пластичность. Сварка электродами типа Э60А дает более прочный, но менее пластичный металл шва вследствие более высокого содержания в нем углерода.
Газовая сварка низколегированных сталей производится нормальным пламенем мощностью 75—100 дм3/н при левой и 100— 130 дмг/ч ацетилена при правой сварке на 1 мм толщины металла. В качестве присадки используют проволоку Св-08, Св-08А или Св-10Г2 по ГОСТ 2246—60. Целесообразно проковывать шов при светло-красном калении (800—850°С) с последующей нормализацией нагревом горелкой.
Электрошлаковая сварка низколегированных сталей. Низколегированные стали применяют для изготовления сварных конструкций ответственного назначения, работающих под давлением, при ударных или знакопеременных нагрузках, в условиях низких температур - до 203 К (-70° С) или высоких - до 853К (580° С), в различных агрессивных средах и т. д. Конструкции из этих сталей используют в тяжелом, химическом и нефтяном машиностроении, судостроении, гидротехническом строительстве и т. д.
Низколегированные низкоуглеродистые конструкционные стали содержат, как правило, менее 0,18% С и подразделяются на стали повышенной и высокой прочности.
Низколегированные низкоуглеродистые стали повышенной прочности (09Г2С, 16ГС, 10ХСНД и др.) поставляют по ГОСТ 19282-73 и специальным техническим условиям в горячекатаном или нормализованном состоянии. Они легированы обычно до 1,70% Мn, - 1,20% Si, ~ 0,90% Сr или - 1,30% № и имеют ферритно-перлитную структуру.
Низколегированные высокопрочные стали подразделяют на стали с нитридным упрочнением (14Г2АФ, 16Г2АФ и др.) и термически улучшенные (14Х2ГМР и др.).
Низколегированные ферритноперлитные стали, упрочненные дисперсными нитридами (наиболее часто нитридами алюминия, ванадия или ниобия), поставляют в нормализованном состоянии со следующими характеристиками: oт 450 МН/м2 (45 кгс/мм2) и ов > 600 МН/м2 (60 кгс/мм2). Еще более высокие механические свойства высокопрочных низколегированных сталей (σт = 600-800 МН/м2, σв = 650-850 МН/м2, aн выше 0,35 МДж/м2 при 233 К) достигаются путем получения структур отпущенного мартенсита или бейнита. В этих целях сталь легируют обычно молибденом (0,15-0,55%) в сочетании с бором, марганцем, хромом или никелем и термически улучшают закалкой и отпуском.
Низколегированные теплоустойчивые стали 12ХМ, 12МХ, 16ГНМ и др., применяемые в котло-турбостроении, а также в химическом и нефтяном машиностроении, легированы до 0,55% Мо и до 1,1% Сг для повышения жаропрочности и жаростойкости. Их поставляют в нормализованном состоянии.
Низколегированные среднеуглеродистые конструкционные стали 20ГСЛ, 35XMЛ и др., поставляемые в термообработанном состоянии (нормализованном или закаленном), наряду с легированием до 1,6% Мn, Cr, Ni и 0,6% Мо содержат повышенное количество углерода (0,15-0,45%). Требования по ударной вязкости для них (ан = 0,3 - 0,45 МДж/м2) оговорены обычно только при комнатной температуре. Наиболее широко низколегированные среднеуглеродистые стали применяют в тяжелом и энергетическом машиностроении для изготовления фасонных отливок.
| Краткие обозначения: | ||||
| σв | - временное сопротивление разрыву (предел прочности при растяжении), МПа | ε | - относительная осадка при появлении первой трещины, % | |
| σ0,05 | - предел упругости, МПа | Jк | - предел прочности при кручении, максимальное касательное напряжение, МПа | |
| σ0,2 | - предел текучести условный, МПа | σизг | - предел прочности при изгибе, МПа | |
| δ5,δ4,δ10 | - относительное удлинение после разрыва, % | σ-1 | - предел выносливости при испытании на изгиб с симметричным циклом нагружения, МПа | |
| σсж0,05 иσсж | - предел текучести при сжатии, МПа | J-1 | - предел выносливости при испытание на кручение с симметричным циклом нагружения, МПа | |
| ν | - относительный сдвиг, % | n | - количество циклов нагружения | |
| sв | - предел кратковременной прочности, МПа | R иρ | - удельное электросопротивление, Ом·м | |
| ψ | - относительное сужение, % | E | - модуль упругости нормальный, ГПа | |
| KCU и KCV | - ударная вязкость, определенная на образце с концентраторами соответственно вида U и V, Дж/см2 | T | - температура, при которой получены свойства, Град | |
| sT | - предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), МПа | l и λ | - коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала), Вт/(м·°С) | |
| HB | - твердость по Бринеллю | C | - удельная теплоемкость материала (диапазон 20o - T ), [Дж/(кг·град)] | |
| HV | - твердость по Виккерсу | pn иr | - плотность кг/м3 | |
| HRCэ | - твердость по Роквеллу, шкала С | а | - коэффициент температурного (линейного) расширения (диапазон 20o - T ), 1/°С | |
| HRB | - твердость по Роквеллу, шкала В | σtТ | - предел длительной прочности, МПа | |
| HSD | - твердость по Шору | G | - модуль упругости при сдвиге кручением, ГПа | |
karbin.ru
по содержанию углерода, по нормируемым свойствам, по способу производства. Основные свойства стали вСт3сп.
Углеродистые стали подразделяют на низкоуглеродистые (С=0,09. . .0,25%), среднеуглеродистые (С=0,25. .. 0,46%) и высокоуглеродистые (С=0,46. . .0,75%). Ннзкоуглеродистые стали чаще применяют в строительных конструкциях; среднеуглеродистые — в машиностроении; высокоуглеродистые — в инструментальном производстве. Углеродистые стали обыкновенного качества, согласно ГОСТ 380—71, разделяются на три группы: группа А — сталь поставляется по механическим свойствам; группа Б — сталь поставляется по химическим свойствам; группа В — сталь поставляется по механическим и химическим свойствам (стали этой группы более дорогостоящие и применяются для ответственных конструкций). Нормированный химический состав углеродистых сталей обыкновенного качества приведен в табл. 2.1. В сталях содержатся добавки кремния и марганца, а также вредные примеси — сера и фосфор, содержание которых в стали ограничивают. Сталь получают главным образом из смеси чугуна, выплавляемого в доменных печах, со стальным ломом. Сталь плавят в конверторах, мартеновских и электрических печах. Хорошее качество конверторной стали обеспечивается продувкой кислородом. Наивысшие сорта сталей получают их переплавом: электрошлаковым, вакуумным дуговым, электронно-лучевым, плазменно-дуговым. Плавка стали без достаточного количества раскислите-лей сопровождается выделением газов. Такая сталь называется кипящей (буквы «кп» в марке стали). Стали, раскисленные добавками кремния и алюминия, остывают в изложницах без интенсивного выделения газов и называются спокойными (буквы «сп» в марке стали). Промежуточные стали — полуспокойные — обозначаются буквами «пс». Спокойные и полуспокойные стали по механическим свойствам, как правило, различаются между собой незначительно. Спокойные стали обладают более стабильными свойствами, кипящие — менее однородны, но более склонны к хрупким разрушениям. Производство спокойных сталей дороже. Их обычно применяют в ответственных конструкциях.
3.Сортамент:основные понятия и примеры. Еденицы измерения момента инерции и момента сопротивления сечений.
В сварных конструкциях применяют металл в виде проката, отливок, поковок и штампованных изделий. Наиболее часто сварные конструкции изготовляют из проката. Листовой прокат. Листовую сталь получают прокаткой между валками без бокового давления. Сортамент на толстую листовую сталь включает листы толщиной 4. . . 160 мм. Листовой прокат приобретает все большее значение в промышленности. Стоимость проката зависит от его сорта и размеров. Наименьшую стоимость имеют профили типовых размеров.
Простой сортовой прокат. К нему относят круглую, шестигранную и полосовую сталь. Круглая сталь широко используется в качестве арматуры железобетонных сооружений, а также в строительных конструкциях, работающих под небольшими нагрузками, например в фермах легкого типа. Фасонные профили общего назначения. Если элемент конструкции подвергается изгибу, то рациональность профиля с позиции минимальной массы при заданной несущей способности определяется отношением WIA, где W — момент сопротивления изгибу; Л — площадь поперечного сечения. Чем больше отношение W/Л, тем эффективнее используется профильный прокат. Двутавровые балки (двутавры) — профильные элементы с большими моментами инерции при относительно небольших площадях поперечного сечения. Номер двутавра указывает его высоту в сантиметрах. Двутавры применяют в различных строительных и машиностроительных конструкциях. Угловая сталь (уголки) состоят из двух полок равной или неравной ширины. Швеллеры используют при конструировании станин, рам, элементов ферм и других видов конструкций. Сортамент швеллеров определяет ГОСТ 8240—72. Фасонные профили отраслевого назначения применяют в различных областях народного хозяйства: для изготовления рельсов, железнодорожного транспорта, тавровых и зетовых элементов строительных конструкций и т. д. Сортамент фасонных прокатных профилей весьма разнообразен. Он включает периодические, штампованные, гнутые, прессованные и трубчатые профили. Периодические профили (профили переменного сечения) целесообразно применять для изготовления арматуры железобетона. Винтообразная форма стержня увеличивает его поверхность и улучшает сцепление металла бетоном.
Штампованные профили толщиной 5. . .6 мм получают из листовой стали холодной штамповкой. Особенность этих профилей — большой момент инерции прн относительно малых площадях поперечного сечения, а следовательно, и при малой массе. Размеры штампованных элементов зависят от конструкции прессов. Имеются прессы, которые позволяют обрабатывать элементы длиной до 5. . .6 м. Штампованные элементы находят широкое применение в авиастроении, автомобилестроении, промышленном строительстве. Штампуются ребристые плиты, обеспечивающие прочность и жесткость. Гнутые профили изготовляются из горячекатаной и холоднокатаной отожженной листовой ленточной и полосовой стали обыкновенного качества и из низколегированной стали преимущественно малых толщин (3. . .4 мм).
Прессованные профили изготовляют из алюминиевых сплавов. Им можно придавать разнообразные виды (открытые, трубчатые).
Трубчатые профили различных очертаний постоянного или переменного поперечного сечения изготовляют сваркой, горячей прокаткой, прессованием, горячим и холодным волочением и раздувкой. Помимо круглого профиля, наиболее распространенного в промышленности, изготовляют также фасонные трубы.
| Осевыми моментами инерции сечения относительно осей X и Y (рис. 4.3) называются определенные интегралы вида |
|
|
| Центробежным моментом инерции сечения относительно двух взаимно перпендикулярных осей х и y называется определенный интеграл вида (рис. 4.3) |
|
|
| Полярным моментом инерции сечения относительно начала координат о называется определенный интеграл вида |
|
|
Единица измерения СИ: кг·м².
Осевым моментом сопротивления называется отношение момента инерции относительно данной оси к расстоянию от оси до наиболее удаленной точки поперечного сечения Полярным моментом сопротивления называется отношение полярного момента инерции к расстоянию от полюса до наиболее удаленной точки сечения
studfiles.net
Низколегированная сталь для сварных конструкций
Что касается выполнения размеров - Сварку таких конструкций надо выполнять в жёстких кондукторах или приспособлениях. Кондуктор должен быть правильно спроектирован (иначе потом домкратом деталь из кондуктора не выдернете). Технология и порядок нанесения швов тоже не от балды. Усадка металла после сварки происходит в любом случае. Поэтому расчитывать надо всё так, чтобы она вам не помешала. Важные отверстия или какие-то другие завязанные на основные размеры элементы можно выполнять после сварки основного каркаса. А в некоторых случаях иначе и нельзя.Иногда для "соосности отверстий" достаточно скалку в эти отверстия вставить... Всё зависит от конструкции.
Ещё - для изготовления ответственных металлоконструкций надо дружить с сопроматом. Не стоит выбирать марку стали по максимальному пределу текучести. Это один из параметров, который учитывается при расчёте конструкций. Главное - правильно спроектировать саму конструкцию. Иногда небольшая правильно установленная косынка "разгружает" узел так, что не приходится утяжелять на порядок.
Сообщение отредактировал Ром-Ромыч: 18 December 2008 - 01:57
www.chipmaker.ru
Выбор сталей для сварных конструкций — КиберПедия
Выбор стали зависит от условий эксплуатации конструкции, тех критериев работоспособности и долговечности, которые оказались определяющими при выборе сечений, а также специальных требований, связанных с особенностями конструкции. Кратко перечислим связь критериев работоспособности со свойствами стали.
1. В условии прочности (в смысле ограничения пластических деформаций, п. 7.2) фигурирует предел текучести. Следовательно, выбор более прочной стали обеспечит выполнение условия прочности при меньшей металлоемкости, но большей стоимости стали. Если конструкция подвергается тепловым воздействиям, то необходимо учитывать теплостойкость стали.
2. Сопротивление хрупкому разрушению зависит от свойств материала и требует выбора стали, сохраняющей пластичность при самых низких температурах эксплуатации (п. 7.3).
3. Условие жесткости накладывает ограничение на прогиб конструкции (гл. 8). Прогиб зависит от модуля упругости, который одинаков для всех сталей.
4. Сопротивление усталости для сварных конструкций не зависит от механических свойств стали (п. 10.2.1).
5. Критические напряжения в условии устойчивости (общей и местной) связаны только с модулем упругости стали, следовательно, не зависят от ее марки и прочностных характеристик.
6. Сопротивление коррозионному повреждению зависит от химического состава стали, однако основным способом защиты являются конструктивно-технологические мероприятия (п. 1.3).
Таким образом, выбор марки стали влияет только на выполнение условий прочности и сопротивления хрупкому разрушению. Что касается выбора стали из условия прочности, то решение этого вопроса во многих случаях имеет в основном экономическое значение. Прочность большинства конструкций можно обеспечить, изготавливая их почти из любой стали. Поэтому эффективность снижения металлоемкости за счет применения более прочной и, следовательно, более дорогой стали в каждом конкретном случае должна быть подтверждена экономическим анализом, в котором учитываются специфика конструкции, фактические цены на материал, затраты на производство и пр. Наиболее эффективно применение сталей высокой прочности для мобильных кранов легкого режима работы со стреловой системой большого вылета, а также для конструкций, которые в значительной степени загружаются собственным весом.
Наибольшее значение выбор сталей имеет для обеспечения теплостойкости и хладостойкости конструкции. Склонность стали к хрупкому разрушению растет с понижением температуры эксплуатации и увеличением толщины проката. Применение сталей для конструкций грузоподъемных машин нормировано. Некоторые стали, допущенные к применению для крановых металлических конструкций нормативными документами (РД 22-16-2005), указаны в табл. 12.1.
Таблица 12.1
Стали, допущенные к применению для крановых металлических конструкций в виде листового горячекатанного проката (выборка из РД 22-16-2005)
|
| Примечание. ТО — сталь поставляется в термообработанном состоянии, после нормализации. |
В европейских нормах на стальные конструкции CEN/ TS13001-3-1:2004 принята балльная система определе
ния требований к хладостойкости сталей, выпускаемых в Евросоюзе. Учитываются четыре основных фактора, способствующих возникновению хрупкого разрушения: температура эксплуатации, механические свойства стали, толщина проката, концентрация напряжений. Степень реализации каждого фактора в проектируемой конструкции оценивается некоторым количеством баллов (табл. 12.2).
В зависимости от полученной суммы баллов ; назначается температура испытаний на ударную вязкость, при которой должно быть гарантировано значение работы удара :
Следует отметить, что на образцах типа 11 по ГОСТ 9454 соответствует значению . По данной системе для типичной листовой конструкции из
стали 09Г2С, эксплуатируемой при температуре до -40 °С,
получится баллов, следовательно, ударная вязкость должна быть обеспечена при температуре 0 или -20 °С.
Сортамент проката
Сортаментом проката называют ряд однотипных профилей, характеризуемых размерами, формой, погонной массой и пр. Для изготовления конструкций используютпрокат общего назначения из различных марок сталей. В основном применяют листовой и широкополосный прокат, из которого с помощью газовой, плазменной или лазерной резки, а также сварки и гибки можно получить конструкции любых форм и размеров. Листовой прокат выпускается толщиной от 4 до 160 мм, шириной до 3800 мм в листах длиной 6-12 м. Тонколистовой прокат толщиной до 12 мм поставляется в рулонах (ГОСТ 19903, ГОСТ 19904). Широкополосный прокат представляет собой прокатную полосу с ровными краями толщиной от 6 до 60 мм и шириной от 200 до 1050 мм (ГОСТ 82). Для настилов предназначен рифленый лист (ГОСТ 8568).
Фасонным прокатом называют двутавры, швеллеры, уголки. Двутавровые балки изготавливают в виде обыкновенного профиля (ГОСТ 8239) с полками переменной толщины высотой от 100 до 600 мм и с параллельными гранями полок высотой до 1000 мм (ГОСТ 26020). Швеллеры — высотой от 50 до 400 мм с наклонными и параллельными гранями полок (ГОСТ 8240). Уголки равнополочные и неравнополочные имеют размер полки от 20 до 250 мм (ГОСТ 8509, ГОСТ 8510). Для устройства подвесных путей применяют двутавры типа М (ГОСТ 19425), имеющие более толстую стенку и более узкие и толстые полки. Фасонные профили имеют такие параметры сечения, что местная устойчивость их полок и стенок гарантированно обеспечена при максимальных напряжениях, допустимых по условию прочности при общем изгибе и сжатии, и поэтому не требует дополнительной проверки (п. 9.4).
Стальные трубы могут быть электросварные диаметром до 1420 мм и толщиной стенки до 16 мм (ГОСТ 10704) и горячекатаные диаметром до 550 мм и толщиной стенки до 75 мм (ГОСТ 8732). Весьма перспективными являются замкнутые сварные и несварные прямоугольные профили.
Гнутые профили могут быть стандартными, швеллерного (ГОСТ 8278), С-образного (ГОСТ 8282), Z-образного, углового сечений или изготавливаться для конкретной конструкции. Их производят из листа или полосы толщиной не более 8 мм. Гнутые профили имеют меньший погонныйвес, чем прокатные профили той же высоты, но и меньший момент инерции. Поэтому их удобно использовать для вспомогательных, слабонагруженных элементов.
Для несущих элементов используется прокат толщиной не менее 4 мм. Это объясняется технологическими требованиями удобства сварки, необходимостью иметь запас толщины на случай коррозионного повреждения. Кроме того, элементы конструкции с более тонкими стенками могут быть легко повреждены при транспортировке и монтаже.
Для отдельных элементов используется сортовой прокат, квадратный и полосовой, а также круг. Для создания опорных путей используют рельсы железнодорожные, узкой и широкой колеи (ГОСТ 6368, ГОСТ 7173, ГОСТ 7174, ГОСТ 8161), и крановые (ГОСТ 4121).
cyberpedia.su
Высокопрочная сталь для сварных конструкций
Ло 121466
Класс 18d, 1зз
СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
E. Г. Перельман, А. А. Ладыгина, А. П. Ермоленко, А. С. Нехамкин и 3. И. Красницкий
ВЫСОКОПРОЧНАЯ СТАЛЬ ДЛЯ СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Заявлено 18 апреля 1958 г. за Ла 597636/22 в Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР
Опуоликовано в «Бюллетене изоорете1ни1» ЛЪ 15 за 1959 г, Содержание углерода, Предел прочности, удлинение, а» к2 зг.н0,16 — 0,21
0,23 — 0,27
0.28 — 0,32
I10
160
1 е
Предлагаемая сталь обладает хорошей сваривае 1остью, большой отпускоустойчивостью и не образует трешин при сварке.
Предмет изобретения
Высокопрочная сталь для сварных кон;"трукций, легированная никелем, хромом, кремнием, марганцем, ванадием и вольфрамом, о т л и ч а юПрименяемые стали для сварных конструкций обладают недостаточно высоким пределом прочности.
Описываемая высокопрочная сталь для сварных конструкций, легированная никелем, хромом, кремнием, марганцем, ванадием и вольфрамом, обладает пределом прочности, достигающим 160 кг/.илг. Достигается это одновременным повышением содержания в тали кремния и хрома при оптимальном соотношении остальных компонентов.
Предлагаемая сталь содержит (в процентах): углерода 0,16 — 0,32 кремния 0 80 — 1,50, никеля 0,80 — 1,50, ванадия 0,10 — 0,25, марганца 0,50 — 0,80, хрома 0,80 — 1,50, вольфрама
0,50 — 1,20, серы и фосфора — нс более чем по 0.025 каждого.
В зависимости от требуемой прочности сталь может быть подразделена на три марки, отличающиеся содержанием углерода.
Так, предел прочности стали составляет: № 121466
Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР
Редактор Л. М, Струве Гр. 69
Информационно-издательский отдел.
Объем 0,17 п. л. Зак. 3719
Поди, к печ. З.IV-59 г.
Тираж 800 Цена 25 коп, Типография Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР-
Москва, Петровка, 14. щ а я с я тем,что, с целью повышения прочности, содержание в ней кремния и хрома увеличивают до 1,5% и содержание компонентов составляет (в процентах): углерода 0,16 — 0,32, кремния 0,80 — 1,50 никеля 0,80 — 1,50, ванадия 0,10 — 0,25, марганца 0,50 — 0,80, хрома 0,80 — 1,50, вольфрама
0,50 — 1,20 и серы и фосфора — не более чем по 0,025 каждого.
Похожие патенты:
Изобретение относится к области металлургии, в частности к составу стали, используемой в машиностроении, станкостроении
Изобретение относится к металлургии, в частности к сталям, предназначенным для изготовления соединительных звеньев для цепей, преимущественно для сварных высокопрочных круглозвенных цепей диаметром до 50 мм для горношахтного оборудования
Изобретение относится к металлургии и может быть использовано преимущественно в сталеплавильном производстве при выплавке стали для железнодорожных рельсов
Изобретение относится к черной металлургии и предназначено для использования преимущественно в сталеплавильном производстве при выплавке стали для проката повышенной прочности
Изобретение относится к металлургии, в частности к созданию стали для изготовления ножей для резки проката и металлического лома
Изобретение относится к сварочному производству
Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при изготовлении свариваемой горячекатаной стержневой арматуры класса А500С для железобетонных конструкций
Изобретение относится к области производства высокопрочной броневой листовой стали, применяемой для индивидуальной защиты человека от стрелкового оружия, путем изготовления защитных противопульных жилетов, щитов, касок и других преград, а также может быть использована для изготовления корпусов легкобронированных машин БМП, БТР, БРДМ и др
Изобретение относится к металлургии, в частности к стали, применяемой в химическом машиностроении для изготовления сварных конструкций, работающих при температуре от -70 до +425oС
Изобретение относится к области металлургии, а именно к составам низколегированных сталей, используемых для изготовления металлических конструкций (строительных, мостовых, шахтных крепей и др.)
Высокопрочная сталь для сварных конструкций
www.findpatent.ru
СТАЛИ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ. СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Для изготовления металлических строительных конструкций применяют стали, которые по химическому составу делят на углеродистые и низколегированные.
В зависимости от механических свойств при растяжении стали подразделяют на условные классы прочности, обозначаемые по СНиП П-В, 3-72 буквой С и дробью, где числитель — минимальное значение предела прочности, а знаменатель — предела текучести в кгс/мм2. Всего предусмотрено семь классов прочности (табл. 1).
К классу С 38/23 относится сталь углеродистая обыкновенного качества, к классам от С 44/29 до С 52/40 включительно — сталь низколегированная повышенной прочности, к классам С 60/45 и выше — сталь низколегированная высокой прочности.
В углеродистых сталях сумма основных примесей (марганец, кремний) не должна превышать 1%. Допускается небольшое содержание хрома, никеля и меди — не более 0,3% каждого элемента. В сталях для сварных конструкций верхний предел содержания углерода обычно ограничивают до 0,22, фосфора — 0.04 и серы — 0.05%.
В низколегированных сталях марганец и кремнии присутствуют как легирующие элементы. Содержание марганца достигает 1,8, а кремния допускается до 1,1%. Кроме того, эти стали легируются хромом, никелем, медью. Общее содержание легирующих элементов в низколегированных сталях — 3—4%.
| Классы стали для строительных конструкций
* При отсутствии выраженной площадки текучести за предел текучести принимается напряжение, соответствующее остаточному относительному удлинению 0.2% (О0 2)- |
Преимущественное распространение при изготовлении сварных строительных конструкций получила сталь углеродистая типа СтЗ класса С 38/23. Сталь пластична, легко обрабатывается давлением и резанием, свойства ее незначительно зависят от режима прокатки, она мало чувствительна к нагреву и резкому охлаждению.
Все большее распространение находят низколегированные стали повышенной и высокой прочности. Широкое использование этих сталей — один из путей снижения веса конструкций. Наибольший эффект дает их применение в конструкциях типа оболочек или там, где преобладающим в нагрузке является собственный вес конструкций. При особенно больших пролетах и нагрузках, а также дииамичес-
с.
ких воздействиях рекомендуется применять сталь с более высокими прочностными характеристиками.
Сталь углеродистая. Углеродистые стали поставляются по ГОСТ 380—71 * «Сталь углеродистая обыкновенного качества». В зависимости от назначения сталь подразделяют на три группы, а в зависимости от нормируемых показателей сталь каждой группы — на категории.
Стали группы А поставляются по механическим свойствам (табл. 2). Нормируемые показатели для
Таблица 2
| Механические свойства углеродистых сталей
Примечание. В эту и последующие таблицы включены стали, которые нашли преимущественное применение в строительных сварных конструкциях. |
первой категории стали этой группы — временное сопротивление и относительное удлинение, для второй, помимо этого,— изгиб в холодном состоянии, а для третьей также и предел текучести.
Стали группы Б поставляются по химическому составу. Нормируемые показатели для первой категории стали этой группы — содержание углерода, марганца, кремния, фосфора, серы, мышьяка, азота, а для второй категории также хрома, никеля и меди. Для стали марки БСтО нормируется только содержание углерода, фосфора и серы. Химический состав стали этой группы (по плавочному анализу ковшевой пробы) должен соответствовать нормам, указанным в табл. 3.
Стали группы В поставляются по механическим свойствам, соответствующим сталям группы А, и химическому составу, отвечающему сталям группы Б. Марки сталей — ВСт1, ВСт2, ВСтЗ, ВСт4, ВСт5. Стали этой группы подразделяются на 6 категорий.
Для изготовления сварных конструкций применяют преимущественно марки стали группы В.
Сталь всех групп с номерами марок 1, 2, 3 и 4 по степени раскисления изготовляют кипящей, полуспо — койной и спокойной, с номерами 5 и б — полуспо- конной и спокойной. Полуспокойная и спокойная сталь с номерами марок 3 и 5 производится с обычным и повышенным содержанием марганца. Стали марок СтО и БСтО по степени раскисления не разделяют.
Степень раскисления сталей всех групп указывают в маркировке индексами, например: СтЗкп (кипящая), СтЗпс (полуспокойная), СтЗсп (спокойная). После индекса в маркировке стали ставят категорию нормируемых свойств. Первая категория не указывается.
| Химический состав углеродистых сталей, проц.
Примечание. Содержание фосфора должно быть не более 0,07% для стали БСтО и 0,04 для остальных марок, соответственно серы 0,06 и 0,05%. Содержание меди, хрома и никеля в стали БСтО не регламентируется, в остальных марках содержание каждого из этих элементов нс должно превышать 0,3%. Сталь содержит мышьяк в количествах не более 0,08%. |
Сталь марок ВСт1, ВСт2, ВСтЗ всех степеней раскисления и ВСтЗ с повышенным содержанием марганца, а по требованию заказчика сталь марок БСт1, БСт2, БСтЗ всех степеней раскисления и БСтЗ с повышенным содержанием марганца поставляются с гарантией свариваемости. Сталь с содержанием углерода в готовом прокате более 0,22% применяется для сварных конструкций при условиях сварки, обеспечивающих надежность сварного соединения.
Отклонения по химическому составу в готовом прокате (по ГОСТ 380—71 *) должны соответствовать приведенным в табл. 4.
| Допускаемые отклонения по химическому составу в готовом прокате
Примечание. В сталях марки БСтЗ всех степеней раскисления и БСтЗГпс, поставляемых по требованию заказчика с гарантией свариваемости, плюсовые отклонения по углероду не допускаются. |
Обозначение марок стали при заказе, клеймении, в сертификате, на чертежах и другой документации — буквенно-цифровое. Например, обозначение марки стали ВСтЗспб означает: В — группа стали (группа А в обозначении не указывается), Ст — сталь, 3 — условный номер марки стали в зависимости от ее химического состава и механических свойств, сп — спокойная, а цифра в конце — номер категории. Первую категорию в обозначении марки стали не указывают. Для обозначения полуспокой — ной стали с повышенным содержанием марганца после номера ставят букву Г, например ВСтЗГпсЗ.
Кроме сталей, предусмотренных ГОСТ 380-71*, поставляются и другие марки класса С 38/23.
Для сварных мостовых конструкций изготавливается сталь М16С (ГОСТ 6713—75), которая содержит, проц.:
Ю
Содержание в стали хрома, никеля и меди не должно превышать 0,3% (каждого элемента). Сталь дополнительно раскисляется присадкой в korhj алюминия.
Ударная вязкость определяется в стали марки М16С при температуре — 20° С и при нормальной температуре после искусственного старения. Для листовой и широкополосной стали значение ударной вязкости на продольных образцах должно быть при температуре — 20°С^4 кгс-м/см2, а на поперечных ^3,5 кгс-м/см2. Для сортовой и фасонной стали (на продольных образцах) эти значения должны быть: при температуре —20°С^4 кгс-м/см2, после старения ^5 кгс-м/см2.
При производстве сварных конструкций получила распространение разработанная Институтом электросварки им. Е. О. Патона АН УССР совместно с Центральным научно-исследовательским институтом строительных конструкций (ЦНИИСК.) им. В. А. Кучеренко и другими организациями малоуглеродистая полуспокойная сталь 18Гпс.
Переход к производству углеродистых по — луспокойных сталей взамен спокойных позволяет без дополнительных капитальных затрат на 8—10% уменьшить расход металла на производство металлопроката, сократить расход окислителей, а также упростить ряд технологических операций при получении стали.
По химическому составу регламентируется следующее содержание элементов, проц.: углерода 0,14—0,22, марганца 0,8—1,2, кремния не более
| Химический состав низколегированных
|
0,1, серы и фосфора нс более чем по 0,04, хрома, никеля и меди не более чем по 0,3. По механическим свойствам сталь должна удовлетворять требованиям ГОСТ 380—71* для стали марки СтЗГсп.
При одинаковом содержании углерода предел текучести стали 18Гпс, как правило, на 1—2 кге/мм2, а предел прочности на 1—4кгс/мм2 выше, чем стали СтЗпс. Полуспокойная сталь имеет более высокие значения ударной вязкости и волокнистости в изломе при всех температурах испытаний. Порог хладноломкости, определенный как по ударной вязкости, так и по наличию 50% волокна в изломе (образцы Менаже), в соответствующих профилях проката лежит при более низких температурах (на 10 — 20° С), чем для стали ВСтЗсп. Сталь устойчива против образования кристаллизационных трещин в сварных швах. Не свариваемость равноценна спокойной стали. Полуспокойную сталь 18Гпс, содержащую в готовом прокате до 0,22% С и 1,1% Мл,
| сталей, проц. (ГОСТ 19281—73, ГОСТ 19282—73)
|
можно сваривать, применяя те же сварочные материалы и те же режимы, что и для стали марки ВСтЗсп.
Для изготовления технологических сварных конструкций и технологического оборудования можно применять сталь углеродистую качественную конструкционную, а также обыкновенного качества общего назначения листовую и сортовую, химический состав и механические свойства которой должны соответствовать ГОСТ 1050—74.
Сталь низколегированная. Низколегированные стали для сварных конструкций в строительстве поставляются по ГОСТ 19281—73 (сортовой и фасонный прокат) и ГОСТ 19282—73 (листовой и широкополосный прокат).
Химический состав сталей, наиболее часто применяющихся в строительных сварных конструкциях, приведен в табл. 5. Механические свойстза стали должны соответствовать нормам табл. 6.
| Механические свойства низколегированных сталей (ГОСТ 19282—73)
|
| Продолжение табл. 6
|
Значение ударной вязкости при температуре + 20° С после механического старения должно быть не менее 3 кгс-м/см2. Значение ударной вязкости при температуре —20° С должно быть не ниже норм, установленных для температуры —40° С, а при температурах —50 и —60 — не ниже норм, установленных для температуры —70° С. Свариваемость стали обеспечивается технологией ее изготовления и химическим составом.
В готовом прокате при условии обеспечения механических свойств стали ГОСТ 19282—73 регламентированы отклонения по химическому составу.
В зависимости от нормируемых механических свойств стали поставляют по категориям, которые определяют при выборе марок сталей в соответствии с табл. 50 СНиП Н-В. 3-72 с изменениями и дополнениями, утвержденными постановлением № 150 Госстроя СССР в сентябре 1975 г. Категорию стали проставляют в заказе и документе о качестве.
В обозначении марок сталей двузначные цифры слева указывают примерное содержание углерода в сотых долях процента. Справа от цифр стоят буквы: Г — марганец, С — кремний, X — хром, Н —никель, Д — медь, Ф — ванадий, А — азот, Б — ниобий, буквы пс в конце обозначения марки свидетельствуют, что сталь полуспокойная.
Фасонные профили, сортовую и листовую сталь поставляют без термической обработки или в термически обработанном состоянии. В качестве термической обработки применяют нормализацию, закалку с отпуском или улучшение. Вид термической обработки обычно выбирает завод-изготовитель. Однако стандартом предусмотрена поставка отдельных марок сталей в определенных пределах толщин по требованию потребителя после закалки с отпуском.
В новые стандарты включены марганцово-ниобие — вые стали 10Г2Б и 10Г2БД. Их физико-механические свойства и свариваемость исследовались в Институте электросварки им. Е. О. Патона АН УССР и в Украинском научно-исследовательском институте металлов. Было установлено, что микролегирование листовой горячекатаной стали ниобием в количестве 0,02—0,05% (содержание регламентировано ГОСТом) примерно на 25% повышает ее прочность.
Свариваемость сталей в период освоения оценивали с участием организаций Минмонтажспецстроя УССР по результатам испытаний тавровых образцов на склонность к кристаллизационным трещинам, плоских образцов на растяжение, стандартных образцов на ударный изгиб, плоских образцов с надрезом на статический изгиб и образцов для вибрационных испытаний. Проектным институтом Днсприроектстальконструкция была изучена также обрабатываемость этой стали.
В результате всесторонних испытаний установлено, что новая низколегированная сталь 10Г2Б отличается повышенной прочностью, хорошей свариваемостью и, что особенно важно, повышенной вибрационной прочностью сварных соединений. Металл шва, выполненного на этой стали, обладает высокой стойкостью против образования кристаллизационных трещин.
Возможное снижение массы конструкций при использовании стали 10Г2Б или 10Г2БД с медью и замене ими углеродистой стали СтЗсп достигает 20%.
В сталях с нитридным упрочнением азот не является вредной примесью, так как полностью связывается ванадием в мельчайшие нитриды или карбо — нитриды с рдчипрпм чягтип примерно 0.0002 мм.
Дополнительное легирование небольшим количеством ванадия и наличие дисперсных карбонит — ридных фаз, выпадающих при охлаждении стали после термообработки, обеспечивает интенсивное измельчение зерна. Этим определяется благоприятный комплекс механических свойств. Стали характеризуются повышенной прочностью, высокой пластичностью и хорошей свариваемостью, что определяет возможность их применения в больших толщинах проката. Стали этих марок не содержат никеля и поэтому перспективны для применения в сварных строительных металлоконструкциях.
Сталь 14Г2АФ относится к классу прочности С 52/40, обладает хорошей пластичностью и удовлетворительной свариваемостью. К этому же классу относится полуспокойная сталь 15Г2АФДпс. СПиП 1I-B.3—72 предусмотрено применение стали в листах толщиной до 32 мм. Прочностные характеристики ее равноценны прочностным характеристикам стали 14Г2АФ.
Сталь обладает высокой пластичностью, сопротивлением хрупкому разрушению и хорошей свариваемостью.
Указаниями по применению стали для конструкций зданий и сооружений (СНиП II-B.3-72, табл. 50) предусмотрено назначение сталей 14Г2АФ и 15Г2АФДпс для сварных конструкций группы I, работающих в особо тяжелых условиях и подвергающихся непосредственному воздействию динамических или вибрационных нагрузок, в том числе: балок рабочих площадок главных зданий мартеновских и конверторных цехов, элементов конструкций бункерных и разгрузочных эстакад, непосредственно воспринимающих нагрузку от подвижных составов, подкрановых балок. Для расчетной температуры —40° С стали 14Г2АФ и 15Г2АФДпс применяются с нормируемыми механическими свойствами 12-й категорий, а для температур от —40 до —60 С — со свойствами 15-й категории.
Для сварных конструкций группы II, находящихся под непосредственным воздействием динамических и вибрационных нагрузок (кроме указанных в группе I), в том числе: пролетных строений наклонных мостов доменных печей, пролетных строений и опор транспортерных галерей, назначается также сталь класса С 60/45 марки 161 2АФ 12-й или 15-й категории для соответствующих температур. Кроме того, для этой группы конструкций предусмотрено применение стали 18Г2АФпс. Сталь марки 16Г2АФ наряду с высокой прочностью и пластичностью обладает хорошей сопротивляемостью хрупкому разрушению. По данным ЦНИИПроектстальконструк — ция, использование стали марки 16Г2АФ в сварных металлоконструкциях вместо углеродистой стали марки СтЗ позволяет снизить массу элементов конструкций на 45% и дает до 23% снижения их стоимости. Применение этой стали вместо распространенных сталей повышенной прочности 14Г2, 10Г2С1 снижает расход металла на 24 и стоимость конструкций на 9%.
Стали с нитридным упрочнением используются и для последующих групп (с III по V включительно).
Выбор марок сталей обычной, повышенной и высокой прочности в пределах каждой группы и каждого диапазона расчетных температур производится на основании данных технико-экономических обоснований и расчетов. Стали, рекомендуемые для конструкций I группы, допускается применять для конструкций всех последующих групп при соответствующих диапазонах расчетных температур; стали марок, рекомендуемых для II группы, допускается применять для конструкций последующих групп. При этом характеристика ударной вязкости должна
hssco.ru
