Сталь конструкционная низколегированная для сварных конструкций

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 дм^г/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: o_т 450 МН/м² (45 кгс/мм²) и о_в > 600 МН/м² (60 кгс/мм²). Еще более высокие механические свойства высокопрочных низколегированных сталей (σ_т = 600-800 МН/м², σ_в = 650-850 МН/м², a_н 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 (а_н = 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.