Стали для сварных конструкций и их классификация

Сталь– сплав железа с углеродом в количестве до 2 % и некоторыми легирующими элементами. По химическому составу сталь делят на углеродистую и легированную, а по назначению – на конструкционную, инструментальную и специальную.

Сталь углеродистая обыкновенного качества(ГОСТ 380–2005) в зависимости от назначения подразделяется на три группы: А – поставляемую по механическим свойствам; Б – поставляемую по химическому составу; В – поставляемую по механическим свойствам и химическому составу. Изготовляют сталь следующих марок: группы А – Ст0, Ст1, Ст2, Ст3, Ст4, Ст5, Ст6; группы Б – БСт0, БСт1, БСт2, БСт3, БСт4, БСт5, БСт6; группы В – ВСт1, ВСт2, ВСт3, ВСт4, ВСт5.

Для обозначения степени раскисления к обозначению марки стали после номера марки добавляют индексы: «кп» – кипящая, «пс» – полуспокойная, «сп» – спокойная, например: Ст3кп, Ст3пс, БСт3сп. Из стали Ст0, Ст1 изготовляют трубы, резервуары, кожухи, про кладки; из стали Ст3, Ст4 – болты, винты, гайки, шпильки, оси, за клепки и т. п.; сталь Ст5, Ст6 используют для валов, шестерен, шпонок, бандажей колес и других деталей. Пример условного обозначения: «Ст3 ГОСТ 380–2005».

Сталь углеродистая качественная конструкционная(ГОСТ 1050–88) выпускается следующих марок: 08кп; 08пс; 10; 15кп; 20кп; 20; 25; 30; 35; 40; 45; 60; 65Г и др. В марке стали двузначные цифры обозначают среднее содержание углерода в сотых долях процента, буква «Г» – повышенное содержание марганца (~1 %).

Сталь марок 10, 15, 20, 25 применяют для изготовления крепежных изделий, втулок, муфт и др.; сталь марок 35, 40, 45 – для изготовления деталей, несущих значительные нагрузки, например коленчатых валов, штоков; сталь 65Г применяется для изготовления пружин. Пример условного обозначения: «Сталь 65 ГОСТ 1050–88».

Сталь низколегированная конструкционная (ГОСТ 19281–2014).

Имеется много марок низколегированных сталей: хромистые, марганцовистые, хромомарганцевые, хромокремнистые, хромомолибденовые и т.п. (15Х, 15ХА, 20Х, 14Г2, 15Г, 20Г, 18ХГ, 20ХГР, 30ХГТ, 25ХГМ, 09Г2С, 16ГС, 16Г2АФ, 10Г2С1, 10ХСНД, 30ХГСА, 15ХМ, 30ХМ, 30ХМА, 30Х3МФ, 14Х2НЗМА, 20ХН2М и др.).

В обозначении марок стали первые две цифры указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента, а буквы за цифрами означают: «А» – азот, «Б» – ниобий, «В» – вольфрам, «Г» – марганец, «Д» – медь, «М» – молибден, «Н» – никель, «Р» – бор, «С»– кремний, «Т» – титан, «Ф» – ванадий, «X» – хром и «Ю» – алюминий.

Цифры, стоящие после букв, указывают примерное содержание легирующего элемента в процентах. Отсутствие цифры означает, что в марке содержится до 1,5 % этого элемента. Буква «А» в конце наименования свидетельствует о высоком качестве стали. Пример условного обозначения: «Сталь 12Х2Н4А ГОСТ 4543–88».

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 раскислителей 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».

Следует всегда помнить, что механические свойства сталей тесно связаны с их химическими свойствами и термообработкой.

Нормированный химический состав углеродистых сталей обыкновенного качества приведен в табл. 2.1.

Таблица 2.1 – Нормируемый химический состав углеродистых сталей обыкновенного качества по ГОСТ 380-2005

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.

Нормированные показатели механических свойств углеродистых сталей обыкновенного качества приведены в табл. 2.2.

Таблица 2.2 – Нормируемые показатели механических свойств углеродистых сталей обыкновенного качества по ГОСТ 380–2005

Марка стали	Предел прочности (временное сопротивление), в, МПа	Пред текучести , МПа	Относительное удлинение , %	Изгиб на 180° при диаметре оправки d
толщина образца s, мм
до 20	20-40	40-100	до 20	20-40	40-100	до 20
Ст0		-	-	-				d = 2s
ВСт2пс ВСт2сп	340...440							d = 0 (без оправки)
ВСт3кп	370...470							d = 0,5s
ВСт3пс ВСт3сп	380...490
ВСт3Гпс	380...500
ВСт4кп	410...520							d = 2s
ВСт4пс ВСтГ4сп	420...540
ВСт5пс ВСт5сп	500...640							d = 3s
ВСт5Гпс	460...600

В последнее время расширяется применение прочных сталей. Повышение прочности достигается введением легирующих добавок и термической обработкой.

Химический состав некоторых марок низколегированных сталей приведен в таблице 2.3, а в таблице 2.4 приведены нормируемые показатели механических свойств низколегированных сталей.

Стали легируют таким образом, чтобы повышение прочности и предела текучести сопровождалось сохранением достаточной пластичности, ударной вязкости, обрабатываемости, свариваемости.

Таблица 2.3 – Химический состав низколегированных сталей

Марка стали	Содержание элементов, %
С	Si	Мn	Прочие
09Г2 14Г2 16ГС 09Г2С 10Г2С1	0,12 0,12...0,18 0,12...0,18 0,12 0,12	0,17...0,37 0,17...0,37 0,40...0,70 0,50...0,80 0,90...1,20	1,4...1,8 1,2...1,6 0,9...1,2 1,3...1,7 1,3...1,65	Сг, Ni, Cu 0,3
15ГФ	0,12...0,18	0,17.,.0,37	0,90...1,2	Сг, Ni, Сu 0,3 V = 0,05...0,12
15ХСНД	0,12.,,0,18	0,40...0,70	0,4...0,7	Сг = 0,6...0,9 Ni = 0,3...0,6 Сu = 0,2...0,4
10ХСНД	0,12	0,80.,.1,10	0,5.,.0,8	Сг = 0,6...0,9 Ni = 0,5...0,8 Сu = 0,4...0,6
16Г2АФ	0,14...0,U	0,30...0.6	1,3...1,7	V = 0,08...0,14 N = 0,0015...0,025 Сг, Ni, Сu 0,3

Таблица 2.4 – Механические характеристики низколегированных сталей

Марка стали	Толщина проката S, мм	Предел прочности в, МПа	Предел текучести т, МПа	Относительное удлинение , %	Ударная вязкость МДж/м2
при Т = 20°С	при Т = -40 °С
09Г2	4...20 21...32				–	0,30 0,40
14Г2	4...10 11...32				–	0,35 0,30
16ГС	4...10 23...60				0,60	0,40 0,30
09Г2С	4...10 33...60				0,6	0,4 0,35
10Г2С1	4...10 33...60				0,6	0,4 0,3
15ГФ	4... 10 21...32					0,4 0,3
15ХСНД	4...32				–	0,3
10ХСНД	4...10 40...33				–	0,5
16Г2АФ	5...9		450 420		–	–