Низколегированная сталь¶
Низколегированная сталь — группа конструкционных легированных сталей с общим содержанием легирующих элементов до 5 %, предназначенных для изготовления ответственных конструкций, работающих при пониженных и повышенных температурах, в условиях циклических и ударных нагрузок. По назначению и химическому составу низколегированные стали занимают промежуточное положение между углеродистыми конструкционными и высоколегированными сталями.
¶Общие сведения
Легирующие элементы в низколегированных сталях — марганец, кремний, хром, никель, медь, титан, ниобий, ванадий, азот — вводятся в сравнительно небольших количествах, однако их совместное действие обеспечивает существенное повышение прочности, вязкости и коррозионной стойкости по сравнению с углеродистыми сталями. Основной упрочняющий эффект достигается за счёт мелкодисперсного легирования феррита и образования упрочняющих карбидов и нитридов.
В России низколегированные стали нормируются стандартами ГОСТ 19281-2014 (поковки и заготовки), ГОСТ 19903-2015 (горячекатаные листы), ГОСТ 850-2015 (холоднокатаные листы) и рядом отраслевых документов. Зарубежные аналоги определяются стандартами ASTM (серии A242, A588, A572, A514), EN 10025 (серии S235–S460) и ГОСТ-эквивалентами.
¶Классификация
По назначению низколегированные стали подразделяются на:
- Конструкционные — для мостов, трубопроводов, котлов, корпусных конструкций, рельсового подвижного состава.
- Коррозионностойкие (атмосферостойкие) — содержат медь, фосфор, хром и никель; образуют на поверхности плотную плёнку, замедляющую коррозию.
- Специальные — для работы при пониженных температурах (до −70 °C и ниже), с повышенной стойкостью к хрупкому разрушению.
По химическому составу выделяют марганцовистые, кремнистомарганцовистые, хромистые, хромоникелевые, медно-фосфористые и микролегированные стали.
¶Основные марки
| Марка | Состав, % | Особенности |
|---|---|---|
| 09Г2С | C ≤ 0,12; Mn ≈ 1,5; Si ≈ 0,6 | Наиболее распространённая российская низколегированная сталь; свариваемая, для мостов, труб, сосудов |
| 15ХСНД | C ≤ 0,18; Cr, Ni, Cu, Si | Атмосферостойкая, для мостостроения |
| 10ХСНД | C ≤ 0,12; Cr, Ni, Cu | Атмосферостойкая, для холодных районов |
| 12Х1МФ | C ≤ 0,15; Cr ≈ 1; Mo, V | Жаропрочная, для паровых трубопроводов и котлов |
| 14Х2Н3МА | C ≈ 0,14; Cr, Ni, Mo | Высокопрочная, для ответственных поковок |
| S355 (EN) | C ≤ 0,22; Mn ≤ 1,6 | Европейский аналог 09Г2С |
¶Технология производства
Низколегированные стали выплавляются в кислородно-конвертерных и электродуговых печах. Кислородный продувкой достигается низкое содержание серы и фосфора (не более 0,02–0,03 %). Дополнительно применяются внепечная обработка в вакуумных установках (RH, VOD), что позволяет снизить содержание водорода и азота и повысить вязкость металла.
Микролегирование титаном, ниобием и ванадием в сочетании с термомеханической прокаткой (ТМП) позволяет получить мелкозернистую структуру феррит-перлитного или феррит-бейнитного типа, что обеспечивает одновременное повышение прочности и вязкости без увеличения углеродного эквивалента. Такой подход лежит в основе производства современных высокопрочных низколегированных сталей с пределом прочности до 700 МПа.
¶Свойства
Низколегированные стали обладают комплексом свойств, выгодно отличающих их от углеродистых:
- Повышенная прочность — предел текучести 245–690 МПа против 185–235 МПа у углеродистых Ст3.
- Хорошая свариваемость — при углеродном эквиваленте Cэкв ≤ 0,40 сварка ведётся без предварительного подогрева или с минимальным подогревом.
- Стойкость к хрупкому разрушению — испытание на ударный изгиб при −40 °C и ниже.
- Атмосферостойкость — медно-фосфористые и хромоникелевые марки в 2–4 раза медленнее корродируют в промышленной и прибрежной атмосфере.
¶Применение
Основные области применения:
- Мостостроение — пролётные конструкции, опоры (09Г2С, 15ХСНД).
- Судостроение — корпусные конструкции, работающие при отрицательных температурах.
- Трубопроводный транспорт — магистральные газонефтепроводы (стали типа X42–X80 по API 5L).
- Энергетика — паровые трубопроводы и котлы (12Х1МФ, 15Х1М1Ф).
- Рельсовое хозяйство — высокопрочные рельсы.
- Горнодобывающая и подъёмная техника — несущие элементы, ковши экскаваторов.
¶Отличие от других групп сталей
От углеродистых конструкционных сталей низколегированные отличаются содержанием легирующих элементов сверх нормируемых примесей и более высокими механическими свойствами. От высоколегированных — общим содержанием легирующих до 5 % и отсутствием устойчивой аустенитной или ферритной структуры по всему сечению. От конструкционных закалённых и отпущенных сталей (типа 40Х, 30ХГСА) — отсутствием термической обработки после проката: свойства обеспечиваются составом и режимом прокатки.
Источники:
- ГОСТ 19281-2014. Поковки стальные. Общие технические условия.
- ГОСТ 19903-2015. Листы прокатные горячекатаные. Технические условия.
- Справочник «Металловедение», под ред. Л. И. Когана.
- Бабаков И. Н. «Металловедение».
- Дьяченко Л. И. «Металловедение».