Сталь 09Г2С – это экономно легированная конструкционная сталь, предназначенная для изготовления и сборки различных сварных конструкций. Ее свойства и характеристики регламентированы положениями ГОСТ 19281-2014. Важно, однако, что подобная информация содержится также и в ГОСТ 27772-2021, касающегося проката строительных сталей. Одно это обстоятельство подчеркивает важность применения стали 09Г2С не только в машиностроении, но и в строительстве.
Учитывая изложенный факт, компания ЗАО «ТФД «Брок-Инвест-Сервис и К» постоянно содержит в своем каталоге достаточный ассортимент проката из марки стали 09Г2С.
Общее описание продукта
Низколегированная сталь — это категория стали, которая содержит относительно низкий процент легирующих элементов, обычно менее 5% по весу. Обязательными легирующими элементами в стали 09Г2С (как следует из расшифровки ее обозначения) являются марганец и кремний, но, в зависимости от химического состава исходных руд, используемых тем или иным металлургическим комбинатом, имеется также заметное количество меди, никеля, иногда - хрома, молибдена и ванадия. Эти элементы корректируют основные характеристики данной стали. В частности, становятся лучше ее механические свойства и коррозионная стойкость, снижается плотность, изменяется диапазон значений углеродного эквивалента и др. стали по сравнению с углеродистыми сталями.
Известно, что низколегированные стали классифицируются на основе их микроструктуры и конкретных используемых легирующих элементов. Поэтому в спецификациях на товар далее будет указываться диапазон значений базовых характеристик материала, не выходящих за требования указанных выше стандартов.
Низколегированная сталь 09Г2С по сравнению с обычными углеродистыми сталями характеризуется, в первую очередь, повышенной прочностью, ударной вязкостью и износостойкостью. Добавление легирующих элементов позволяет точно подкорректировать свойства, что делает материал пригодным для ответственных применений в строительной, автомобильной и теплоэнергетической промышленности.
Благодаря своей универсальности и эффективности в различных инженерных приложениях сталь 09Г2С занимает важную позицию на рынке металла. Исторически она используется в критических конструкциях, таких как мосты, сосуды под давлением и внешние строительные сооружения, где прочность и надежность имеют первостепенное значение.
В зарубежных марочниках сталей прямого аналога для стали 09Г2С нет. Но в числе сталей повышенной свариваемости, предназначенных для изготовления листовых металлоконструкций и иных изделий, упоминаются стали ASTM 516 Gr.55, 60, 65, которые по большинству своих показателей сходны с маркой 09Г2С. Дополнительное обозначение к основной марке относится к минимальному пределу текучести. Например, индекс Gr.55 указывает, что предел текучести материала составляет 55000 фунтов на квадратный дюйм. В метрической системе это приблизительно отвечает уровню в 205 МПа.
Химический состав стали 09Г2С
Нормируемые показатели
Регламентируется содержание следующих химических элементов:
Углерода (С),% - не более 0,12;
Кремния (Si), % - не более 0,8;
Марганца (Mn), % - не более 1,6;
Никеля (Ni), хрома (Cr) и меди (Cu), % - не более 0,3;
Серы (S), % - не более 0,035…0,040;
Фосфора (Р), % - не более 0,035;
Связанного азота (N), % - не более 0,008.
Сера и фосфор присутствуют в качестве неизбежных металлургических примесей, наличие азота обусловлено необходимостью раскисления стали в процессе ее выплавки, в частности, когда струя расплава контактирует с окружающим воздухом.
При уменьшении содержания углерода на 0,1 % ниже указанного максимального значения процент марганца может быть увеличен на 0,06 % (максимум до 1,50…1,60 %). Это необходимо для тестирования процесса плавления, а также при анализе готового продукта. Такая гибкость позволяет производителям оптимизировать состав стали под конкретные требования применения, сохраняя при этом основные свойства материала на уровне нормативов ГОСТ 19281-2014.
Влияние некоторых элементов на свойства материала
Каждый элемент в композиции служит определенной цели для достижения желаемых характеристик материала.
Углерод обеспечивает фундаментальную прочность за счет формирования соответствующей микроструктуры, но его диапазон ограничен сохранением свариваемости и предотвращением хрупкости. Содержание углерода немного увеличивается с толщиной, чтобы компенсировать снижение прочности в более толстых профилях.
Марганец повышает прочность и прокаливаемость, создавая мелкозернистую микроструктуру. Это также помогает контролировать сульфидные включения, улучшая обрабатываемость в горячем состоянии, а также качество поверхности.
Кремний служит раскислителем при производстве стали (спокойной стали), повышая ее прочность и структурную однородность. Это также способствует упрочнению твердого раствора.
Фосфор и сера: содержание эти элементов строго контролируется, поскольку они могут отрицательно влиять на ударную вязкость и свариваемость. Низкое содержание серы сводит к минимуму риск образования горячих трещин во время сварки.
Мелкозернистая аустенитная структура, требуемая стандартами, обеспечивает одинаковые свойства по всему объему материала и повышает ударную вязкость стали 09Г2С. Это особенно важно при ее низкотемпературном применении.
В составе стали 09Г2С можно обнаружить следы и других химических элементов, однако на потребительские параметры материала это влияния не оказывает.
Свойства
Физические
- Плотность при комнатной температуре - 7850 кг/м³;
- Температура плавления – 1425…1540 °C;
- Теплопроводность при комнатной температуре - 50 Вт/м·К;
- Удельная теплоемкость при комнатной температуре - 0,46 кДж/кг·К;
- Электрическое сопротивление при 200С - 0,0000017 Ом·м.
Плотность стали 09Г2С способствует стабилизации ее весовых и прочностных характеристик, а температура плавления указывает на пригодность материала к применению при повышенных температурах. Информация о теплопроводности важна для применений, связанных с передачей тепла, а удельная теплоемкость влияет на то, как материал реагирует на изменения температуры.
Физико-механические и механические свойства стали 09Г2С
Приводятся по данным эталонного стандарта для методики испытаний:
- Предел прочности на растяжение при комнатной температуре (после отжига) – 450…700 МПа (зависит от сортамента проката);
- Предел текучести (указан для удлинения не более 0,2) при комнатной температуре и после отжига - 250…500 МПа;
- Относительное удлинение при комнатной температуре (после отжига) – 20…30 %;
- Твердость по Бринеллю после отжига (при комнатной температуре) - 150–250 HB;
- Ударная вязкость по Шарпи: V-образный надрез при -20 °C – 30…50 Дж.
Механические свойства стали 09Г2С делают ее подходящей для различных применений, особенно там, где требуются высокая прочность и вязкость. Сочетание предела прочности и текучести позволяет проектировать более легкие конструкции без ущерба для безопасности. Значения относительного удлинения указывают на хорошую пластичность, которая необходима для успешной реализации процессов обработки давлением.
Технологические характеристики
Влияние сортамента
В сколько-нибудь значительных масштабах (за исключением спецзаказов) объемный металлопрокат стали марки 09Г2С не производится, поэтому вся дальнейшая информация касается листового сортамента – полос, лент, рулонов или листов.
Листовой прокат рассматриваемой стали допускается холодно- и горячекатаным (последнее характерно для профилей, толщина которых превышает 4 мм, и до 160 мм включительно). Тонколистовым считается прокат, толщина которого превышает 0,4 мм.
Наиболее распространены следующие размеры листа в плане (ширина х длина):
- Тонколистового: 1000x2000, 1250x2500, 1500x6000 мм;
- Толстолистового: 10x1000x2000, 8x1250x2500, 4x1500x3000 мм (зависят от толщины катаного материала).
Все сочетания размерного ряда листов приводятся в ГОСТ 19281-2014 и в ГОСТ 27772-2021. Там же содержится информация по калиброванным листам и рулонам. Процесс калибровки рулонов необходим, если потребитель заказывает листовой профиль после отпуска. Тогда, в соответствии с действующим протоколом, рулоны должны обязательно проходить все необходимые, проверки и испытания.
Тот же регламент предусматривается и для полосового материала, поэтому сертификаты на такую продукцию выдаются только по показателям химсостава. Учитывая специфичность оборудования, которое предназначено для роспуска рулонов на ленты, не рекомендуется заказывать рулонный материал шириной более 1250 мм.
Свариваемость
Отличная способность стали 09Г2С к сварке – одна из главных причин широкой распространенности данной марки в строительстве и промышленности. Например, 09Г2С – основной материал для производства корпусов низкотемпературных котлов и сосудов высокого давления. Особенно ценно, что эту сталь можно сваривать стандартными методами, хотя для более толстых сечений может потребоваться предварительный нагрев.
Сварка стали 09Г2С должна выполняться в соответствии с применимыми нормами и правилами, которые приводятся в ГОСТ 19281-2014). Рекомендуемые режимы сварки:
- Температурный диапазон, 0С: -70 … 425;
- Режим подогрева – не более 120°C;
- Рекомендуемая марка электродов - Э42А или Э50А.
Чтобы избежать вредных последствий для данного применения, могут потребоваться специальные сварочные материалы и процедуры сварки. Настоятельно рекомендуется применять методы сварки, для которых не требуется высокое содержание водорода, Удаление поверхностной влаги способствует повышению качества сварки.
По соглашению между покупателем и изготовителем проката в заказе на поставку могут быть указаны следующие дополнительные соглашения:
- Вакуумная обработка;
- Анализ продукта;
- Моделирование послесварочной термообработки образцов механических испытаний;
- Испытание падающим грузом;
- Ультразвуковое исследование.
Ультразвуковое исследование позволяет установить фактическое значение максимального углеродного эквивалента, определяющего свариваемость материала.
Система допусков
Допуски по толщине, ширине и длине калиброванных листов и полос соответствуют нормативам ГОСТ 19281-2014. Для полос существуют также дополнительные допуску на плоскостность. Увеличенные допуски принимаются для полос толщиной более 5 мм. Гарантия плоскостности соблюдается, если допуск не превышает 6 мм/м.
Отдельная группа допусков существует на листовой материал, который подвергается термической обработке (допуск на коробление). Для листов, подвергнутых отпуску, доступны стандартные или более высокие допуски на плоскостность. Возможности плоскостности определяются технологической линией и минимальным пределом текучести материала.
Термическая обработка
Стандартные режимы термообработки
Термическая обработка играет решающую роль в создании желаемой микроструктуры и механических свойств стальных листов или полос. Поэтому установлены различные требования к термической обработке. Они определяются толщиной материала листа и требованиями заказчика.
Для толщин ≤40 мм детали обычно поставляются в сборе, в обычном состоянии (т.е., после отжига), но можно заказать в нормализованном состоянии, без снятия напряжения или в нормализованном состоянии со снятием напряжения.
Для толщины >40 мм прокат должен обязательно подвергаться нормализации, чтобы обеспечить однородную микроструктуру и свойства по всей толщине. Термообработка нормализацией требуется также тогда, когда узел или его отдельная деталь проходит испытание на ударную вязкость надрезом. Подобное тестирование рекомендуется для листов толщиной до 40 мм.
Процесс нормализации включает нагрев стали примерно до 900 °C с последующим охлаждением на воздухе. Такая обработка улучшает зернистую структуру, повышает ударную вязкость и обеспечивает однородность механических свойств по всей толщине металлопроката.
Специальные варианты термообработки
В дополнение к стандартной нормализации нормативные документы допускают альтернативную термическую обработку для достижения определенных комбинаций свойств. Такими технологиями являются:
- Ускоренное охлаждение. С одобрения заказчика для повышения ударной вязкости можно использовать ускоренное охлаждение, превышающее скорость охлаждения на неподвижном воздухе, при условии, что изделия впоследствии подвергаются отпуску в диапазоне 595…705°С.
- Снятие внутренних напряжений. Этот процесс включает нагрев до температуры ниже нижней критической температуры (обычно 595…650°C) с последующим контролируемым охлаждением. Это помогает снизить остаточные напряжения в результате операций пластического деформирования или сварки без существенного изменения микроструктуры.
Такая контролируемая термическая обработка необходима для обеспечения долговременной целостности компонентов всей конструкции, особенно секций, которые будут подвергаться дополнительным термическим циклам во время сварки и изготовления.
Коррозионная стойкость
Хотя сталь 09Г2С не относится к категории нержавеющих, и не так устойчива к коррозии, они могут хорошо работать в определенных средах. Это связано с практически всегда входящим в химсостав стали никелем. Исследования показывают также, что данная сталь обеспечивает хорошую коррозионную стойкость, особенно против общего окисления, пара и некоторых кислот, благодаря своему углеродно-марганцевому составу и содержанию кремния, что делает ее основным продуктом для котлов и сосудов под давлением.
Однако это все же углеродистая сталь, поэтому для работы в условиях сильной коррозии или кислой среды (H2S) необходимы специальные защитные покрытия, повышающие устойчивость к сульфидному растрескиванию под напряжением.
Выводы по коррозионной устойчивости стали 09Г2С необходимо выполнять с учетом следующих факторов:
- Общие условия окружающей среды: хорошая стойкость к пару, воде и слабым коррозионным агентам, подходит для химической обработки и переработки нефти/газа.
- Содержание кремния: кремний обеспечивает повышенную стойкость к окислению и общую коррозионную стойкость.
- Температурные характеристики: отличная ударная вязкость и устойчивая прочность при умеренных и низких температурах, что крайне важно для сосудов под давлением.
Ограничения включают:
- Работу в кислой среде (H2S);
- Наличие защитного покрытия.
Суммируя, можно отметить, что сталь 09Г2С - надежный выбор для эксплуатации в сосудах под давлением, поскольку она обеспечивает присущую ей прочность и хорошую базовую коррозионную стойкость, но ее характеристики в агрессивных кислых или сильнокислых средах зависят от свойств этих сред или предпринятых защитных мер.
Заключение
Сталь 09Г2С представляет собой технологичное решение, специально разработанное для удовлетворения строгих требований строительства и промышленности. Благодаря тщательно сбалансированному химическому составу, контролируемым производственным процессам и специальной термообработке этот материал обеспечивает необходимое сочетание прочности, ударной вязкости и свариваемости.
Клиенты ЗАО ТФД «Брок-Инвест-Сервис и К» могут подобрать нужный типоразмер материала, руководствуясь не только геометрическими размерами проката, но и классом прочности. Для этого можно использовать таблицу:
|
Стандартное обозначение класса прочности |
Предел текучести, МПа |
Толщина проката, мм |
Особенности применения |
|
КП265 |
До 265 |
20 и менее |
- |
|
КП295 |
До 295 |
30…32 |
- |
|
КП325 |
До 325 |
10…20 |
Более тонкие листы – только после упрочняющей обработки |
|
КП345 |
До 346 |
Не более 10 |
Неупрочняемые термообработкой |
|
КП315 |
До 316 |
Любая |
Только термообработанный прокат |
|
КП375 |
До 375 |
Любая |
Толстолистовая продукция, получаемая контролируемой прокаткой |
Весь приобретённый сортамент сопровождается подробным сертификатом качества от производителя, который содержит всю необходимую информацию о продукции и подтверждает её соответствие установленным стандартам.
Специалисты ЗАО «ТФД «Брок Инвест Сервис и К» готовы оказать квалифицированную помощь в подборе сортамента металлопроката с учетом особенностей проектной документации и дальнейшей эксплуатации. Компания обеспечивает быструю доставку продукции во все регионы Российской Федерации без посредников, что гарантирует минимальные сроки поставки, полный контроль качества транспортировки, прозрачное ценообразование без дополнительных наценок и персональное сопровождение заказа на всех этапах.