Ваш город
smc@metinvestholding.com
Написать письмо
smc@metinvestholding.com
0 800 30 30 70
Позвонить
0 800 30 30 70
Заказать звонок
Войти

Зарегистрироваться

Стали низколегированные

Image
  1. Главная
  2. Справочник
  3. Марки стали
  4. Стали низколегированные

Отечественная металлургия выпускает обширный ассортимент низколегированных сталей. Они отлично сочетают в себе улучшенные технологические качества, достаточно высокую прочность и ценовую доступность и при этом очень разнообразны по химическому составу и физико-механическим свойствам.

Определение

Низколегированная сталь – это сплав железа с углеродом, содержащий специально добавленные компоненты, оказывающие легирующий эффект. От других сталей ее отличает небольшая массовая доля углерода и наличие легирующих, как правило, недефицитных элементов, в пределах 2…3%. В качестве последних чаще всего используется марганец (Mn), кремний (Si), хром (Cr), никель (Ni), ванадий (V) и медь (Cu), но основное упрочнение металла происходит в процессе легирования феррита марганцем или кремнием.

Введение в состав недефицитных элементов делает их ценодоступными. При этом практически каждая низколегированная сталь преимущества имеет нижеследующие:

  • повышенное сопротивление механическому старению;
  • достаточно высокий предел текучести;
  • низкий порог хладноломкости;
  • хорошая пластичность.

По сравнению с углеродистыми марками низколегированные стали содержат меньшее количество неметаллических включений и характеризуются улучшенной стойкостью к атмосферной коррозии и истиранию. Они неплохо обрабатываются и отлично работают при минусовых температурах, а после закалки проявляют минимальную чувствительность к надрезу и повышенные параметры прочности и ударной вязкости. В основном производятся спокойными.

Классификация низколегированных сталей

Как углеродистые и легированные марки, низколегированные стали классифицируют по нескольким признакам, среди которых способ выплавки, содержание вредных примесей, структура и область применения. Но определяющим признаком является химический состав.

Классификация по химическому составу

По содержанию углерода большинство низколегированных марок стали являются малоуглеродистыми, хотя также есть и среднеуглеродистые. В зависимости от основных легирующих элементов их разделяют на:

  • марганцевые. Их прочность близка к параметрам Ст3. При этом они обладают пониженной склонностью к хрупкому разрушению и характеризуются повышенной ударной вязкостью. К их числу относятся 14Г, 19Г, 09Г2;
  • марганцевокремнистые. Характеризуются повышенной прочностью и низким порогом хладноломкости, но при этом проявляют пониженную пластичность и вязкость. К их числу относятся 12ГС, 09ГС, 10Г2С1;
  • кремнемарганцевые. Сочетают высокую прочность и средние параметры вязкости, стойко сопротивляются абразивному износу и хорошо прокаливаются. К ним относятся 27ГС, 35СГ;
  • кремнемарганцевомедистые. Свариваются без ограничений и отличаются высокой прочностью, инертностью к старению и образованию трещин. К ним относится 10Г2С1Д;
  • хромокремненикелемедистые. Стойко сопротивляются хрупкому разрушению, отлично свариваются и хладостойкие. К ним относится 10ХСНД и 15ХСНД.
  • марганцеванадиевые. Их мелкозернистая структура имеет повышенный предел текучести и сваривается без ограничений. К ним относится 15ГФ.

Классификация по качеству

На основе формирующейся при выплавке структуры металла и по количеству содержания вредных технологических примесей, которыми являются сера и фосфор, низколегированные марки разделяют на стали обыкновенного качества, качественные и высококачественные.

Сера (S) способствует образованию легкоплавкой эвтектики и проявлению красноломкости стали. Образование соединений фосфора (P) с металлом приводит к резкому снижению пластичности при низких температурах. Поэтому их массовая доля тщательно контролируется.

В высококачественных сталях содержание серы и фосфора не должно превышать 0,025%, в качественных – 0,04 и 0,035% соответственно. В марках обыкновенного качества их количество может достигать 0,05 и 0,06%. Производство последних в наши значительно сократилось.

С учетом вида поставки и способа применения также выделяют четыре группы низколегированных сталей:

  • фасонная и сортовая (ДСТУ 8541/ГОСТ 19281);
  • толстолистовая, широкополосовая универсальная и рулонная (ДСТУ 8804/ГОСТ 19282);
  • свариваемая для судостроения (ГОСТ 5521). Сюда входит толстолистовая, тонколистовая, широкополосовая и фасонная сталь, предназначенная для изготовления корпусов и других сварных конструкций различных плавсредств;
  • стержневая арматурная периодического профиля, поставляемая по ДСТУ 3760, ГОСТ 5781 и ГОСТ 10884. 

Состав низколегированных сталей

Как видно из классификации, химический состав таких сталей очень разнообразен. Кроме марганца и кремния в качестве легирующих компонентов используются Cr (хром), Ni (никель), медь (Cu) и другие элементы. При этом молибден, ванадий и титан в сочетании с хромом и никелем позволят существенно улучшить те или иные физико-механические свойства.

Таблица. Базовые легирующие элементы низколегированных сталей

Название

Химический символ

Обозначение в маркировке

Ориентировочное содержание*

Марганец

Mn

Г

до 2%

Кремний

Si

С

0,6…1,2%

Хром

Cr

Х

до 2%

Никель

Ni

Н

1…4%

Алюминий

Al

Ю

0,3…0,1%

Медь

Cu

Д

до 0,3%

В основном с применением таких химических элементов получают низколегированные стали марки 20Г, 30Г, 50Г, 15ГС, 16ГС, 17ГС и прочие недорогие, но обладающие повышенной прочностью и универсальными свойствами.

Марганец увеличивает твердость металла, повышает предел текучести, ударную вязкость и износостойкость, но обеспечивает чувствительность к перегреву и удовлетворительную свариваемость. Кремний увеличивает предел текучести и улучшает пластичность. Медь и алюминий повышают коррозионную стойкость. Введение хрома также положительно сказывается на данном качестве и при этом увеличивает параметры твердости и прочности металла. Наличие никеля в пределах 2% обеспечивает высокие характеристики вязкости и пластичности.

Для придания особых свойств такие стали могут легировать путем добавления ниобия, молибдена, кобальта, бора и редкоземельных металлов (РЗМ). Причем последние позволяют сократить количество серы и неметаллических включений, а другие дефицитные компоненты оказывают комплексное действие на структуру и свойства сталей. Например, бор даже в малых концентрациях способен существенно увеличить прокаливаемость, цирконий – обрабатываемость, ванадий – свариваемость и хладостойкость.

Таблица. Дефицитные и редко применяющиеся легирующие элементы

Название

Химический символ

Обозначение в маркировке

Название

Химический символ

Обозначение в маркировке

Бор

B

Р

Ниобий

Nb

Б

Ванадий

V

Ф

Селен

Se

Е

Вольфрам

W

В

РЗМ

--

Ч

Кобальт

Co

К

Титан

Ti

Т

Молибден

Mo

М

Цирконий

Zr

Ц

Для получения наиболее качественных сталей, в которых содержание углерода, негативно влияющего на свариваемость, не превышает 0,1…0,8 процента, используется довольно сложное сочетание легирующих элементов. Однако стоимость их довольно высокая.

Обозначение и маркировка

Согласно сложившимся традициям отечественная маркировка сталей, в том числе и низколегированных, состоит из комбинации букв и цифр, которые обозначают химический элемент и его количество.

Две первые цифры отражают среднее количество углерода в сотых долях процента. Далее идет стандартное обозначение введенных легирующих элементов. Если их содержание более одного процента, после буквенного символа прописывается цифра, указывающая среднее значение в целых процентах, если же около одного процента, то цифровое обозначение не указывается.

Порядок последовательности легирующих элементов выстраивается с учетом значимости их влияния на свойства и структуру стали. Поэтому в маркировке указываются только основные элементы, хотя состав может включать и другие компоненты, оказывающие благотворительное влияние на свойства металла.

Внимание. Буква «А» в середине обозначения указывает на наличие азота. В конце маркировки эта же буква относит сталь к высококачественным.

Если сталь полуспокойная (раскислена не до конца), в конце ее маркировки указывается сокращенное обозначение «сп». Для спокойных сталей данное обозначение не прописывается по умолчанию.

При цифровой маркировке учитывается традиционное правило математического округления: число больше 0,5 округляется в большую сторону, меньше 0,5 – в меньшую.

Пример расшифровки низколегированных сталей

09Г2С

Спокойная малоуглеродистая сталь низколегированная, содержащая углерод не более 0,12% и легированная марганцем (Mn 1,3…1,9%) и кремнием (Si 0,50…0,80%).

*Также содержит в процентном соотношении хром (до 0,30), никель (до 0,30), медь (до 0,30), серу (до 0,040), фосфор (до 0,035), азот (не более 0,008), мышьяк (не более 0,08).

 

40Х

Спокойная среднеуглеродистая сталь низколегированная, содержащая углерод в пределах 0,36…0,44% и легированная хромом (Cr 0,080…1,10%).

*Также содержит в процентном соотношении марганец (0,50…0,80%), кремний (0,17…0,37), никель (до 0,30), медь (до 0,30), серу (до 0,035), фосфор (до 0,035), азот (не более 0,008).

 

15Г2АФДпс

Полуспокойная малоуглеродистая сталь низколегированная, содержащая углерод в пределах 0,12…0,18% и легирующие элементы: марганец (Mn 1,2…1,6%), азот (N 0,015…0,3%), ванадий (V 0,08…0,15%).

*Также содержит в процентном соотношении кремний (до 0,17), хром (до 0,30), никель (до 0,30), медь (до 0,30), серу (до 0,040), фосфор (до 0,035), мышьяк (не более 0,08).

*Справочные данные

Обработка низколегированной стали

Как правило, низколегированные марки не подвергаются улучшению, но применяются либо в нормализованном или отожженном состоянии, либо непосредственно после горячей прокатки. Чтобы значительно повысить их прочность, вязкость и снизить чувствительность к надрезу, они могут поставляться после закалки с отпуском.

Непосредственно на производстве конструкции из низколегированных марок могут подвергать отпуску при 630…660°С с целью снятия сварочных напряжений и снижения твердости сварных соединений детали. Режим термообработки подбирается с учетом марки стали, конфигурации и размеров изделия и его целевого назначения.

Высокий запас прочности позволяет применять на большинстве низколегированных сталей все виды обработки давлением и мехобработки: гибку, штамповку, вальцовку. Обрабатываемость резанием также немаловажна. Параметры режущего инструмента и технология механической обработки подбираются с учетом твердости и вязкости низколегированной стали в обрабатываемом виде, но большинство из них отлично поддаются проточке, сверловке, фрезеровке и шлифовке с применением твердых и быстрорежущих сплавов – Р9, Р18, Р14Ф4, ВК3М, ВК15, Т15К6, Т5К10 и других.

Особенности сварки

Технология сварки низколегированных сталей расплавлением идентична сварке углеродистых марок. Они практически не склонны к образованию горячих и холодных трещин и почти все флоконенечувствительны. Необходимо лишь выбирать присадочные материалы с соответствующим химическим составом, так как убыль углерода и других компонентов в теле сварного шва должна быть компенсирована путем перехода металла электрода или проволоки в основной металл.

При ручной сварке низколегированных марок с временным сопротивлением разрыву до 590 МПа можно использовать электроды с основным, рутиловым, кислым, целлюлозным и смешанным покрытием. Например, УОНИ-13/55У, ОЗС-29, ВСЦ-4М, Э50А, главное – выбрать диаметр и тип электрода с учетом химического состава свариваемого металла и условий дальнейшей эксплуатации изделия/конструкции. Сварка может выполняться в разных пространственных положениях, род тока и рабочие параметры выбираются стандартно.

Ориентировочно металлические детали и конструкции из низколегированных сталей с толщиной стенки более 30 мм прогревают до 150…200°С. Но в целом режимы подогрева металла выбираются в зависимости от ряда условий:

  • способ сварки;
  • толщина свариваемых элементов;
  • количество углерода и легирующих элементов;
  • интенсивность отвода тепла;
  • жесткости конструкции.

Особое внимание уделяется скорости охлаждения. Если металл сварного шва остывает очень быстро, это способствует увеличению его прочности, но при этом снижает пластичность и ударную вязкость. Более всего такое влияние проявляется при дуговой сварке однослойных угловых швов и последнего слоя многослойных швов.

При выполнении угловых швов и первого корневого шва в многослойных швах на среднеуглеродистых низкоуглеродистых сталях возможно образование в теле шва кристаллизационных трещин. А если они содержат большой комплекс легирующих компонентов, металл сварного шва может становиться химически неоднородным, что также дополнительно провоцирует трещинообразование и снижает прочность сварного соединения. Проблема решается путем применения сварочных инверторов и использования присадочных материалов из специальной группы.

Марочный состав низколегированных сталей достаточно обширный, но далеко не все они в одинаковой мере пригодны для изготовления сварных металлоконструкций. Чаще всего при их создании используются некоторые низколегированные стали – список таких марок включает, как правило, 09Г2, 09Г2С, 14Г2, 10Г2С1, 10ХСНД и 15ХСНД. Они отлично сочетают в себе высокие технологические свойства и механические характеристики и, конечно же, хорошо свариваются с применением ручной и механизированной сварки:

  • MIG/MAG, полуавтоматическая в среде инертных и активных газов;
  • MMA, ручная дуговая с покрытыми электродами;
  • SAW, автоматическая под флюсом;
  • ESW, электрошлаковая;
  • ERW, контактная.

Применение

Еще во второй половине прошлого века низколегированные стали применение имели довольно ограниченное. Но так как они обеспечивают высокую надежность металлоконструкций и экономичность производства, сейчас их стали применять практически во всех производственных сферах. Сегодня они активно заменяют углеродистые марки строительной стали и используются в:

  • промышленном и гражданском строительстве;
  • магистральных нефте- и газопроводов;
  • вагоностроении и мостостроении;
  • химической промышленности;
  • машиностроении.

Низколегированная сталь свойства имеет почти универсальные и ее применение оправдано при изготовлении несущих конструкций сооружений и оборудования различного назначения. Например, подкрановых ферм для кранов грузоподъемностью до 1000 тонн, поясов трубчатых стропильных ферм, рабочих элементов карьерных и шагающих экскаваторов или сосудов, работающие под давлением.

Используя низколегированные стали, можно снизить расход металла почти на 15…40% с одновременным обеспечением нормативной прочности, грузоподъемности, надежности и долговечности. Например:

  • замена М16С при изготовлении пролетных строений мостов длиной до 55 м на нормализованную сталь 15ХСНД позволила сэкономить до 21% металла, при использовании 12Г2СМФ с карбонитридным упрочнением и поставляемой после закалки с отпуском эта цифра уже составляет 43,7%.
  • применение 16Г2АФ после термоупрочнения позволило существенно снизить массу металлоконструкций промышленных зданий, резервуаров, кожухов доменных печей;
  • использование улучшенной 09Г2С для изготовления колонн корпусов промышленных сооружений вместо горячекатаной Ст3сп обеспечивает экономию стали до 28%.

Теперь зная, что значит низколегированная сталь и какие ее особенности, постоянным и потенциальным клиентам «Метинвест-СМЦ» будет проще сориентироваться в обширном сортаменте металлопроката. Звоните, наш телефон 0800-30-30-70. Менеджеры «Метинвест-СМЦ» всегда проконсультирую и помогут в выборе товара.