Семейство конструкционных сталей

Стали конструкционные теплоустойчивые

К теплоустойчивым конструкционным относятся стали, используемые в энергетическом машиностроении для изготовления котлов, сосудов, паронагревателей, паропроводов, а также в других отраслях промышленности для работы при повышенных температурах. Рабочие температуры теплоустойчивых сталей достигают 600—650 °C, причём детали из них должны работать без замены длительное время (до 10000-20000 ч.).

При давлениях 6 МПа и температурах до 400 °C используются углеродистые котельные стали (12К, 15К, 18К, 20К). Для деталей энергоблоков, работающих при давлении до 25.5 МПа и температурой до 585 °C применяются стали, легированные хромом, молибденом, ванадием. Содержание углерода 0.08-0.27 %.
Термообработка этих сталей заключается в закалке или нормализации с обязательным высоким отпуском.

Исключения в обозначениях

Качественные стали имеют некоторые исключения в обозначениях. К ним относятся:

Качественные углеродистой стали

• 15К, 20К, 22К – применяются в строении котлов;
• 20-ПВ – имеет в своем составе 0.2 процента углерода и медь с хромом. Из нее выполняются трубы для систем отопления;
• ОсВ – содержит добавки никеля, хрома и меди. Из нее изготавливают оси железнодорожных вагонов;
• А75, АСУ10Е, АУ10Е – применима для деталей в часовых механизмах.

Из вышеперечисленного следует, что перед использованием изделия из углеродистой стали необходимо обратить внимание на его маркировку. Так можно определить его физико-химические свойства и область предназначения

Зная значение маркировки металлической продукции, не возникнет трудностей при подборе конкретного вида для любых целей.

Related Posts via Categories

• Бесшовные трубы ГОСТ 8734-75 – сортамент и все характеристики и особенности
• Температура плавления и использования нержавеющей стали – что важнее?
• Плотность нержавеющей стали – отечественные марки и стандарт AISI
• Марки коррозионностойких сталей – Как улучшается прочность и свойства металла?
• Легированные конструкционные стали – специальные сплавы для особых случаев
• Состав нержавеющей стали – какие типы антикоррозийных сплавов существуют
• Нержавеющая сталь – проведем классификацию без избытка цифр
• Низколегированные стали – востребованные современной промышленностью сплавы
• Термообработка нержавеющей стали – особенности сложного процесса!
• Влияние легирующих элементов на сталь – как делают идеальные сплавы?

3 Стали обыкновенного и повышенного качества – применение и особенности

Обычная углеродистая сталь изготавливается в виде балок, прутьев, листьев и швеллеров. Ее свойства позволяют применять сплавы обыкновенного качества в машиностроительной отрасли и в строительной сфере в качестве надежных опорных изделий. Маркируются обычные стали буквами Ст и цифрой от 0 до 6. Последние указывают на прочность сплава. Чем большая цифра стоит в маркировке, тем более прочной является сталь. Обозначение УС также включает в себя методику раскисления металлургической композиции. С этой точки зрения сплавы могут быть:

• кипящими (маркировка – КП);
• полуспокойными (ПС);
• спокойными (СП).

Изделия из прочной стали

Кроме того, обычные по качеству углеродистые стали делят на подвиды А, Б и В. Сплавы группы А нельзя использовать для производства сварных конструкций. Эти стали не регламентируются по химическому составу. Их основным показателем принято считать механические свойства. Сплавы Б-подвида имеют строго определенный химсостав. При этом их механические свойства могут изменяться. Изделия из сталей группы Б допускается подвергать термической обработке, ковке, штамповке. Самыми дорогими (и, конечно же, качественными) являются сплавы В-подвида. Их химсостав и механические свойства четко соответствуют требованиям Госстандартов. За счет особых характеристик таких сталей их разрешается сваривать без ограничений (по разным технологиям).

Конструкционные УС поставляют в виде разнообразных полуфабрикатов, включая различные варианты поковок и проката. Такие качественные углеродистые стали имеют мало неметаллических примесей и негативно влияющих на свойства стали элементов (серы и фосфора). Поэтому их характеристики (механические и химические) являются строго гарантированными. Обозначаются конструкционные качественные сплавы числами, состоящими из двух цифр – 45, 20, 08, 85 и так далее. Этот код указывает содержание (в сотых частях процента) углерода в готовом прокате. Если перед нами сталь с маркировкой 45, несложно понять, что углерода в ней около 0,45 %. Конструкционные УС идеально подходят для производства широкой номенклатуры машиностроительных изделий

Важно! Начальные свойства таких сплавов (эксплуатационные и прочностные) легко повышаются посредством проведения их термической обработки

Применение качественной конструкционной углеродистой стали

Область применения достаточно широка. Основными потребителями сплавов являются машиностроительная и строительная отрасли. Одним из достоинств считается хорошая свариваемость.

Рассматривая основные марки качественных сталей, использующиеся промышленными предприятиями можно разделить по назначению.

1. Качественные низкоуглеродистые стали 05-10. Основное их назначение изготовление ответственных и качественных конструкций с помощью сварки (повышение количества углерода способствует понижению свариваемости). Небольшое количество углерода после сварочных работ не провоцирует образование трещин как горячем, так и в холодном состоянии.

1. Качественные низкоуглеродистые стали 12-20. Основное их назначение изготовление элементов конструкций и деталей, которые не ответственные, малонагруженные, в последствии цементируемые. Обрабатываются резанием, холодной штамповкой, сложной вытяжкой. Требования к поверхности: износостойкость, высокая твердость при мягкой сердцевине. Изготавливаются машиностроительные элементы (вал, ось, болт, муфта, вилка, рычаг, фланцы и прочие), а также элементов котлового оборудования, работающего при высоком давлении и температурах от -40°С до 450°С (трубопровод, тройник, соединительный фланец и прочие).

1. Качественные среднеуглеродистые стали 25-35. Детали, изготовленные из данного материала, работают при средних нагрузках и с невысокими напряжениями. После химико-термического воздействия обладают высокой прочностью поверхностного слоя, износостойкостью, но с незначительной прочностью сердцевины детали (гайка, винт, собачка, крюк, кулачок, звездочка и прочие).
2. Качественные среднеуглеродистые стали 40-45. После термической обработки изделия из данного материала хорошо переносят средние нагрузки (вал, шестерня, шатун и прочие). Для получения заготовок используется метод горячей объемной штамповки. Подвергаются всем способам термической обработки. У всех среднеуглеродистых сталей после закалки и следующего за ним высокого отпуска внутренней структурой становится отпускной сорбит. В связи с чем повышается вязкость с пластичностью, а это низкая чувствительность у концентраторов напряженности. При увеличении диаметра изделия снижается его прокаливаемость.

1. Качественные среднеуглеродистые стали 50-55. Детали из этих сталей являются высоконагруженными элементами механизмов и агрегатов (муфта, шестерня, кольцо пружинное и прочие).
2. Качественные высокоуглеродистые стали 60-80 (Г). Изготавливаются детали, подвергающиеся постоянным напряжениям сжатия, которые эксплуатируются в условиях трения (эксцентрик, рессора, пружина и прочие), а также работающие при больших нагрузках динамических и статических (торсион, крестовина).

1. Качественные котельные стали 12К-22К. Применение нашли при изготовлении деталей, работа котрых сопряжена с повышенными температурами и высоким давлением. Для улучшения свариваемости в состав вводится титан, а раскисление производится за счет алюминия. Из нее изготавливают сосуды и котлы, работающие с турбинами, камерами сгорания на суднах и паровых агрегатах.

1. Сталь автоматная. Широко применяется при промышленном производстве крепежных изделий для автомобилей и узлов, работающих при статических нагрузках (болт, гайка, шпилька).

Применение

Углеродистая сталь, благодаря своим свойствам, нашла широкое применение в различных отраслях народного хозяйства, особенно, в машиностроении. Использование в конструкторских расчетах способности металла сопротивляться нагрузкам и иметь высокие пределы усталости, позволяет изготавливать из углеродистой стали такие ответственные детали машин, как: маховики, зубчатые передачи редукторов, корпуса шатунов, коленчатые валы, поршни плунжерных насосов, технологическую оснастку для деревообрабатывающей и легкой промышленности.

Высокоуглеродистые стали с увеличенным количеством марганца, применяют для изготовления таких деталей, как пружины, рессоры, торсионы и подобные узлы, требующие упругости сплава. Инструментальные сплавы повышенного качества, широко применяют при производстве инструментов, которыми обрабатывают металлы: резцы, сверла, зенковки.

Использование углеродистой стали с низким и средним количеством содержания углерода, нашло применение при возведении металлических конструкций и коммуникаций. Специальные прокатные станы металлургических комбинатов изготавливают, постоянно пользующиеся спросом, различные профили:

• уголки;
• швеллеры;
• трубы;
• двутавры;
• другие, в том числе заказные, виды профилей.

Во всех отраслях широко используется листовой прокат, который отличается размерами, качеством и толщиной изготавливаемых изделий.

Используя специфические свойства углеродистых сталей, их применяют в различных областях народного хозяйства. Знание специфики отличий тех или иных сплавов, позволит грамотно и технологично применить требуемый материал в нужном месте.

2 Легирование и обработка автоматных сплавов – как металлурги улучшают их?

Особые свойства АС достигаются за счет введения в них таких легирующих элементов:

• фосфора и серы;
• висмута;
• кальция;
• свинца;
• марганца;
• никеля;
• селена;
• хрома.

Свинца вводится не более 0,3 %. Эта добавка увеличивает на 25–50 % разрешенную скорость обработки стали и почти в 3 раза износостойкость инструмента на фрезерном станке либо на другом металлорежущем агрегате.

Висмут добавляется для того, чтобы область обработки сталей не перегревалась. А кальций формирует в зоне резки особый слой, который не дает возможности образовываться адгезии и выступает в роли внутреннего смазочного компонента.

Легирование автоматного сплава

Содержание всех легирующих элементов в АС строго регламентируется стандартом 1414–75. Требования этого документа всегда должны соблюдаться неукоснительно, так как даже незначительное превышение количества той или иной добавки в автоматный сплав может кардинально изменить (и не в лучшую сторону) его свойства.

Технические характеристики рассматриваемых сталей улучшаются и следующими способами:

• Цементацией. В ходе такой процедуры, предполагающей диффузионное поверхностное насыщение углеродом металла, увеличивается износостойкость готовой стали.
• Диффузионным отжигом. Операция дает возможность устранить явление неоднородности включения серы в сталь. Отжиг производится при температуре около 1150°.
• Закалке и следующим за ним отпуском (высоким). После такой обработки АС становятся менее вязкими и пластичными и более хрупкими, зато обретают существенно большую твердость.
• Цианированию – насыщению (диффузионному) АС смесью азота и углерода. Операция выполняется при температурах около 950°.

2 Марки сплавов – об особенностях и применении

Магистральные нефте- и газосистемы строятся при помощи труб, изготовленных по прямошовной электросварной технологии. Сырьем для таких изделий являются следующие марки низколегированных сплавов: 09ГБЮ 09Г2ФБ, 08ГБЮ, 10Г2ФБЮ, 10Г2ФБ, 10Г2СБ. В них присутствует 0,02–0,05 % алюминия, а хрома содержится не более 0,3 %. Сталь 13Х широко распространена в сфере изготовления специального оборудования и инструмента для гравировальных, ювелирных и медицинских работ (хирургия). Этот сплав нельзя использовать при температурах выше 250 °С, так как они плохо прокаливаются.

Магистральная газосистема

Для производства строительной арматуры используются такие марки описываемой нами стали – 80С, 35ГС, 30ХС2, 28С, 27ГС, 25С2Р, 23Х2Г2Ц, 22Х2Г2АЮ, 20ХГС2, 20ГС. Изделия из этих металлургических сплавов отличаются высокой прочностью. Они подходят для армирования любых (напряженных предварительно либо стандартных) сооружений из железобетона. Сварные конструкции чаще всего делаются из сталей 6Г2АФ, 25ГС, 18Г2АФД, 18Г2АФ, 15Г2АФД. Ответственные сооружения, подвергаемые сварке, рекомендуется изготавливать из сплава 12ХГН2МФБАЮ. Эту сталь обязательно подвергают закалке, а затем и низкому отпуску.

На машиностроительных предприятиях востребованы следующие марки описываемых сталей:

• 09Г2. Марганцовистая композиция, идеально подходящая для производства различных элементов вагонов – двутавров, хребтовых балок, обвязки. Изделия из 09Г2 разрешается эксплуатировать при температурах до +450°.
• 10Г2С1. Наличие марганца и кремния делает такую сталь оптимальной для производства элементов котлов и сосудов, функционирующих под давлением.
• 10ХНДП. Сплав для сварных машиностроительных конструкций. В нем всегда имеется около 0,4 % меди.
• 12Г2СМФ. Сталь для сооружения железнодорожных мостов и аналогичных им конструкций с пролетами. Такой сплав содержит до 0,3 % меди и не менее 1,3 % марганца.