В черной металлургии широкое распространение получила сталь 09Г2С – продукт, относящийся к классу стали конструкционной низколегированной для сварных конструкций и выделяющийся в сравнении с другими марками благодаря ее улучшенным свойствам. Материал демонстрирует отличные свойства и характеристики, такие как высокая свариваемость и устойчивость к экстремальным температурам в большом диапазоне. Отечественная сталь и ее зарубежные аналоги пользуются высоким спросом.
Содержание
Как расшифровывается название марки
Расшифровка маркировки позволяет определить основные компоненты в составе материала, как и в случае со многими другими видами металлических сплавов. Рассмотрим подробнее значение сокращений, составляющих название указанной марки.
- 09 – первые две цифры в маркировке стали 09Г2С означают, что массовая доля углерода в материале составляет 0,09%;
- г – говорит о том, что в сплаве присутствует марганец;
- 2 – указывает на приблизительное значение массовой доли марганца (2%);
- с – сообщает о наличии кремния в составе сплава.
После литеры «с» отсутствует цифровое значение. Это подразумевает, что массовая доля вещества в составе сплава не превышает 1%.
Возвращаясь к показателю количества марганца, следует подчеркнуть, что цифра, указанная в маркировке, считается ориентировочной. Точное значение данного показателя может колебаться от 1,3% до 2%.
Таким образом, маркировка позволяет определить основные добавки, носящие название легирующих примесей – то есть, элементов, которые вводятся в состав для достижения необходимых физических свойств и показателей. Из указанных данных видно, что количество таких элементов в стали 09Г2С достаточно невелико, поэтому ее относят к категории низколегированных сплавов.
Маркировка может быть расширена добавлением цифр через тире. По этому значению специалисты определяют, для каких характеристик проводились испытания проката.
Подробный химический состав стали 09Г2С
На самом деле, список ингредиентов сплава гораздо более широк. Основу материала составляет железо – его массовая доля достигает 96-97%. Помимо углерода, марганца и кремния, сталь содержит следующие химические элементы (количество указано в процентах, показатель говорит о максимальном количестве данного элемента в составе стали 09Г2С):
- мышьяк (As) – 0,08 %;
- фосфор (Ф) – 0,035 %;
- никель (Ni) – 0,3 %;
- хром (Cr) – 0,3 %;
- серу (S) – 0,04 %;
- медь (Cu) – 0,3 %.
Процентное содержание каждого из компонентов строго регламентировано и прописано в ГОСТ 19282-2014. Однако для некоторых разновидностей проката, отличающихся от материала общего назначения, существуют другие стандарты, позволяющие изменять массовую долю того или иного элемента.
Например, стандартный показатель количества мышьяка – 0,08%, однако ГОСТ 17066-94 допускает показатель в 0,015%, если соблюдена предусмотренная норма содержания фосфора. Некоторые стандарты позволяют вводить в состав дополнительные компоненты, чтобы модифицировать сталь 09Г2С. Так, в сплаве данной марки могут присутствовать доли кальция, титана, алюминия и редкоземельных элементов. Их процентное содержание также регламентировано нормативными документами.
Механические и физические характеристики сплава
Определяющими факторами для механических характеристик являются температура, при которой эксплуатируется материал, его состояние, а также термообработка. Все допустимые нормы и показатели закреплены стандартами ГОСТ
Условный предел текучести
Величина измеряется в мегапаскалях (Мпа). Для проката норма составляет 345 Мпа. Для листов и полос показатель варьируется в зависимости от сечения: от 265 Мпа для листов 80-160 мм и до 325 Мпа для листов 10-20 мм. После закалки допустимо значение от 315 до 365 Мпа в зависимости от сечения стального листа. Для горячекатаных листов норма составляет 490 Мпа. Показатель также зависит от температуры отпуска и эксплуатации. Подробные данные и цифры доступны в соответствующих документах ГОСТ.
Предел прочности при растяжении
На величину этого показателя, также измеряющегося в мегапаскалях, влияют факторы, аналогичные вышеприведенным, поэтому нормативы различаются с учетом сечения, температуры и других условий. Так, предел прочности проката составляет 490 Мпа, листов сечением 10-20 мм – 470 Мпа, листов 20-32 мм – 460 Мпа, листов 32-60 мм – 450 Мпа и т.д. После закалки допустимые цифры с учетом сечения листа – от 450 до 490 Мпа.
Относительное удлинение после разрыва
Для проката и листов любого сечения этот показатель по нормам составляет 21%. Для листов после закалки и отпуска – от 19 до 21%, значение определяется в привязке к сечению. Относительное удлинение после разрыва также может достигать 30-34% в зависимости от температуры отпуска и эксплуатации, а также модуля упругости стали.
Плотность и твердость
Плотность стали 09Г2С равняется 7850 кг/м3, этот показатель определяет чему будет равен удельный вес стали. Твердость по Бринеллю составляет 450-490 Мпа.
Особенности сварки стали 09Г2С
Состав позволяет материалу проявлять устойчивость к разрушающим последствиям воздействия высоких температур в локальной области. Именно благодаря этому сталь 09Г2С нашла широкое применение в производстве различных конструкций, требующих сварки. Она относительно недорогая, что обеспечивает ей широкую область применения в данной сфере, и при этом материал дает возможность создавать высококачественные швы.
Металл на месте сварки не подвержен перекристаллизации, у него не возрастает зернистость и не появляются дефекты решетки. Все эти недостатки, характерные для некоторых других марок стали, способны стать причиной возникновения ослабленных участков на конструкции. Такие участки несут в себе опасность, поскольку на них прочность и пластичность снижаются. Однако сталь 09Г2С лишена подобного недостатка.
Когда после сварки металл остывает, он сохраняет показатель вязкости, который установлен нормами. Для материала нехарактерна отпускная хрупкость.
Поскольку в составе сплава – низкая массовая доля углерода и различных легирующих элементов, сварочные работы с ним просты в силу своей предсказуемости. Специалисты знают, что, когда речь идет о высоколегированной углеродистой стали, есть риск столкнуться с ухудшением эксплуатационных характеристик металла после сварки, поскольку после перегрева некоторые элементы склонны менять структуру сплава.
Как осуществляется сварка
Заготовку перед сварочными работами можно прогревать до 120 градусов, однако можно осуществлять сварку и без предварительной подготовки. Если толщина листа не превышает 40 мм, процесс не требует предварительной разделки кромок.
Для работы подходят все типы электродов, при помощи которых варят нелегированные стали с низким содержанием углерода, однако профессионалы отдают предпочтение Э42А и Э50А. Если конструкция включает несколько слоев металла, применяют каскадную сварку, используя ток в 40-50 А на 1 мм электрода. Это делается, чтобы избежать перегрева материала.
Когда работы завершены, следует провести нормализующую термообработку. Это поможет избавиться от локальных дефектов, возникающих в структуре металла в процессе сварки, а также позволит сделать шов тверже. Термообработка подразумевает нагревание конструкции до температуры 650 градусов. В таких условиях изделие должно находиться примерно один час. Далее его нужно охладить. Это можно сделать естественным путем либо погрузив продукт в воду.
Производство стали 09Г2С
Изготовлением сплава данной марки занимаются отечественные производители, среди которых – такие представители черной металлургии как Челябинский и Магнитогорский металлургические комбинаты, завод «Северсталь», Ашинский металлургический завод. В производственном процессе задействованы различные технологии выплавки: кислородно-конвертерная плавка, мартеновская, а также электротермическая, где для изготовления материала используются электрические печи.
На рынке существуют зарубежные аналоги стали 09Г2С:
- немецкие 13Mn6, 9MnSi5;
- японская SB49;
- китайсская 12Mn;
- юолгарская 09G2S;
- венгерская VH2;
- румынская 9SiMn.
У производителей из России и других стран бывшего СССР также можно найти другие марки сплавов, которые имеют сходные физико-химические показатели, что определяет и механические свойства, близкие к 09Г2С. Речь идет о таких наименованиях как:
- 09Г2ДТ;
- 09Г2Т;
- 10Г2С;
- 17Г1С;
- 09Г2.
Применение стали 09Г2С
Прокат данной марки используется в широком отраслевом спектре. Подобная популярность обусловлена, в первую очередь, идеальным балансом высоких качественных характеристик и стоимости материала. Благодаря этому сталь 09г2с успешно используется в сферах, где необходимо изготовление сварных конструкций больших габаритов и предъявляются высокие требования к прочности. Так, из проката производят:
- реакторы;
- корпуса судов;
- технологические емкости для нефтепереработки и химической отрасли.
Устойчивость к высоким температурам и давлению, позволила стали 09Г2С стать одним из лучших материалом для паровых котлов и тепловых устройств, предполагающих эксплуатацию в условиях экстремального давления и при температурах от -70 до +450 градусов по Цельсию.
Сталь 09Г2С – один из основных видов сырья для производства труб, а также различных комплектующих, использующихся при строительстве трубопроводов. Стальные трубы применяются для транспортировки нефти и нефтепродуктов, а также газа. Их диаметр может достигать 530 мм. Подобные установки предъявляют повышенные требования по группе прочности К50. Из стали 09Г2С выпускают:
- бесшовные трубы, изготавливаемые по методу горячей деформации;
- прямошовные трубы, сваренные электросваркой;
- переходы;
- фитинги;
- фланцы.
Также материал задействуется в производстве других разновидностей соединительной и запорной арматуры.
Помимо этого, из проката делают большегрузные контейнеры. Также он применяется для изготовления обшивки в машиностроении – например, на железнодорожных подвижных составах или в технике, применяемой в сельском хозяйстве.
Сталь 09Г2С используется как основа для двухслойного проката, изготавливаемого горячим способом.
Преимущества марки перед аналогами
Популярность стали 09Г2С обусловлена, в первую очередь, тем, что она выделяется среди других конструкционных материалов более низкой ценовой категории, которые производятся в крупных объемах. Она более прочная и способна выдерживать значительные нагрузки. Усталостное разрушение в условиях слабых знакопеременных нагрузок наступает значительно позже, чем у аналогов. Например, если говорить о стали Ст20, то ей до усталостного разрушения понадобится в 3,5 раза меньше циклов, чем 09Г2С.
Подобное преимущество обусловлено тем, что металл подвергается специальной обработке, благодаря чему его структура становится двухфазной. Подобные сплавы также могут называться двухфазной ферритно-мартенситной сталью или просто ДФМС. Когда металл проходит процесс обработки, призванной повысить его прочность, внутри него образовываются зоны мартенситной составляющей, а между ними располагается массив феррита. Каждый процент мартенсита обеспечивает возрастание показателя временного сопротивления разрыву примерно на 10 Мпа. При этом не имеет значения, каким образом расположены зерна мартенсита и какова их форма.
Кроме того, для ДФМС характерна значительная пластичность. Благодаря этому, в отличие от других марок стали, у 09Г2С при пластической деформации не образуется участок текучести. Это дает сплаву целый ряд преимуществ перед аналогичными материалами не только обыкновенного, но даже повышенного качества. Так, она отличается более высокой прочностью, а также показателем сопротивления малым деформациям.
Сталь 09Г2С поддается обработке давлением без потери пластичности и других эксплуатационных характеристик, поэтому из нее можно производить различные детали и комплектующие методами, позволяющими получить сложную конфигурацию и сохранить прочность: прессованием, штамповкой, вытяжкой.
Стоимость продукта выше, чем у других сплавов с похожими характеристиками, однако повышенная прочность позволяет использовать меньше металла, что приводит не только к окупаемости, но и к экономии. Помимо этого, материал позволяет исключить из производственного процесса дополнительную обработку, которая необходима прочим сплавам, чтобы сделать их прочнее.
Обратите внимание, что вся информация о стали 09Г2С, является справочной, и носит ознакомительный характер.
Загрузка...
