Предел текучести сталь 20: Сталь 20 конструкционная углеродистая качественная

Содержание

Сталь 20 конструкционная углеродистая качественная

Сталь 20 относится к разряду обогащенных углеродом конструкционным сталям высокого уровня качества. На производства поставляется в нескольких вариациях – серебрянка, калиброванная, кованная или горячекатаная. Можно выделить пять типов данной разновидности стали по требованиям к ее механическим свойствам.

Типы стали по требованию к механическим свойствам:

Первый тип представляет собой сталь всех используемых видов обработки, но без проведенных испытаний по растяжению и ударной вязкости.
Второй тип – это образцы нормализованной стали всех типов обработки размеров в двадцать пять миллиметров, которые подвергаются испытаниям на растяжение и ударную вязкость.
Третий тип представляет собой все те же образцы, на которых проводятся вышеупомянутые испытания. Единственное отличие – это их размер. В этом типе он составляет от двадцати шести до ста миллиметров.
Четвертый тип представляет собой образцы из заготовок с размером — до сотни миллиметров, которые были обработаны термическим путем. Они также применяются для проведения испытаний над материалом.

Пятый тип – это также образцы, которые изготовлены из отожженных или выскоопущенных сталей. Еще одно технологическое решение – это образцы из нагартованной стали.

Сталь 20 может быть при необходимости заменена схожими материалами марок 15 и 25.

Технологические свойства стали 20

Для начала процесса ковки достаточно разогреть сталь до +1280 градусов Цельсия, а завершаться процесс должен при температуре -750 градусов Цельсия, при том что охлаждение поковки производится воздушным способом. Сталь марки 20 относится с типу нефлокеночувствительных, а также она не склонна к отпускной способности. Возможность сваривания данного типа стали ничем не ограничена, за исключением тех деталей, которые подвергались химико-термической обработке.

Сталь 20 зачастую используется в процессе производства тех деталей, которые работают со сравнительно небольшим нагружением.

Это могут быть оси, пальцы или шестерни, а также и те детали, которые будут подвергаться цементированию для продления срока службы. Помимо всего, такой тип стали может быть использован в процессе изготовления особо тонких деталей, в большинстве своем работающих на истирание. Без термической обработки этот вид стали используется в производстве крюков подъемных кранов, а также прочих деталей, эксплуатация которых производится под некоторым давлением в диапазоне температур от -40 до +450 градусов Цельсия. Химико-термическая обработка наделяет сталь 20 всеми необходимыми свойствами для использования ее в качестве основы для деталей, главной особенностью которых является высокий уровень прочности поверхности.

Химический состав стали 20

Состав марки стали 20 очень разнообразен, ведь в нем представлен углерод, марганец, кремний, медь, мышьяк, никель, фосфор и сера. По сути своей данный тип стали представляет собой очень интересную смесь, в составе которой имеется феррит и перлит. В процессе термической обработки структуру материала можно изменить до пакетного мартенсита. Стоит отметить, что данные преобразования структуры приведут к тому, что прочность стали увеличиться, а ее пластичность, наоборот, уменьшиться. Если сталь 20 подвергнуть термической обработке, после этого она может быть использована в процессе изготовления особой продукции метизного типа.

C	Si	Mn	S	P	Ni	Cr	Cu	As	Fe
0,17 — 0,24	0,17 — 0,37	0,35 — 0,65	до 0,04	до 0,04	до 0,25	до 0,25	до 0,25	до 0,08	~98

Зарубежные аналоги стали 20

США	1020, 1023, 1024, G10200, G10230, h20200, M1020, M1023
Германия	1. 0402, 1.0405, 1.1151, C22, C22E, C22R, Ck22, Cm22, Cq22, St35, St45-8
Япония	S20C, S20CK, S22C, STB410, STKM12A, STKM12A-S, STKM13B, STKM13B-W
Франция	1C22, 2C22, AF42, AF42C20, C20, C22, C22E, C25E, XC15, XC18, XC25
Англия	050A20, 055M15, 070M20, 070M26, 1449-22CS, 1449-22HS, 1C22, 22HS, 430, C22, C22E
Евросоюз	1.1151, 2C22, C20E2C, C22, C22E
Италия	C18, C20, C21, C22, C22E, C22R, C25, C25E
Бельгия	C25-1, C25-2
Испания	1C22, C22, C25k, F.112, F.1120
Китай	20, 20G, 20R, 20Z
Швеция	1450
Болгария	20, C22, C22E
Венгрия	A45.47, C22E
Польша	20, K18
Румыния	OLC20, OLC20X
Чехия	12022, 12024
Австралия	1020, M1020
Швейцария	Ck22
Юж.Корея	SM20C, SM20CK, SM22C

Физические свойства стали 20

T	E 10^{— 5}	a 10⁶	l	r	C	R 10⁹
Град	МПа	1/Град	Вт/(м·град)	кг/м³	Дж/(кг·град)	Ом·м
20	2,13		52	7859
100	2,03	11,60	50. 6	7834	486	219
200	1,99	12,60	48.6	7803	498	292
300	1,90	13,10	46.2	7770	514	381
400	1,82	13,60	42.8	7736	533	487
500	1,72	14,10	39.1	7699	555	601
600	1,60	14,60	35.8	7659	584	758
700		14,80	32	7617	636	925
800		12,90		7624	703	1094
900				7600	703	1135
1000					695

Механические свойства стали 20 при температуре 20

⁰С

Соответствие по ГОСТ	Вид поставки	σ_В (МПа)	δ ₅ (%)	ψ (%)	HB (не более)
1050-74	Сталь калиброванная:
горячекатаная, кованая и серебрянка 2-й категории после нормализации	410	25	55
5-й категории после нагартовки	490	7	40
5-й категории после отжига или высокого отпуска	390	21	50
10702-78	Сталь калиброванная и калиброванная со специальной отделкой:
после отпуска или отжига	390-490		50		163
после сфероидизирующего отжига	340-440		50		163
нагартованная без термообработки	490	7	40		207

Механические свойства стали 20 при повышенных температурах

⁰С

Температурные испытания, °С	σ_{0,2, МПа}	σ_{В, МПа}	δ_{5, %}	ψ, %	KCU, Дж/см²
20	280	430	34	67	218
200	230	405	28	67	186
300	170	415	29	64	188
400	150	340	39	81	100
500	140	245	40	86	88
700		130	39	94
800		89	51	96
900		75	55	100
1000		47	63	100
1100		30	59	100
1200		20	64	100

Пределы выносливости стали 20

σ_-1, МПа	J_-1, МПа	n	δ₅, МПа	σ_0,2,МПа	Термообработка, состояние стали
206		1Е+7	500	320
245			520	310
225			490	280
205	127				Нормализация 910 С, отпуск 620 С.
193			420	280
255	451				Цементация 930 С, закалка 810 С, отпуск 190 С.

Механические свойства стали 20 после ХТО

Сечение, мм	σ_0,2, МПа	σ_В, МПа	δ₅, %	y , %	KCU, Дж/м 2	HB	HRC
Цементация 920-950 °С, воздух. Закалка 800-820 °С, вода. Отпуск 180-200 °С, воздух.
50	290-340	490-590	18	45	54	156	55-63

Технологические свойства стали 20

Коррозионная стойкость	В среде H₂S: скорость общей коррозии ≤ 0,5 мм/год; стойкость к водородному растрескиванию CLR ≤ 3 % CTR ≤ 6 %; стойкость к сульфидному коррозионному растрескиванию под напряжением ≥ 75 % от σ_0,2. По ТУ 14-3-1971-97 металл труб должен выдерживать испытания на водородное растрескивание по стандарту NACE ТМ 02 84 (испытательная среда NACE TM 01 77). Предельные значения коэффициентов длины (CLR) и толщины трещин (CTR) не должны превышать соответственно 3 и 6%. Металл труб должен выдерживать испытания на стойкость к сульфидному растрескиванию под напряжением. Пороговое напряжение СКРН должно быть не менее 75% (254 МРа) от минимального гарантируемого предела текучести материала. Скорость общей коррозии металла труб не должна превышать 0,5 мм/год.
Наплавка	Наплавка уплотнительных поверхностей деталей трубопроводной арматуры в соответствии с ОСТ 26-07-2028-81 производится ручной электродуговой наплавкой электродами типа Э-20Х13 с обмазкой УОНИ-13НЖ, НИИ-48, НИИ-48Ж-1 или проволокой СВ-12Х13 или СВ-20Х13. Подготовка поверхности под наплавку производится механической обработкой. Наплавка производится с предварительным и сопутствующим нагревом детали до 400-450 °C не менее чем в 3 слоя толщиной не менее 4 мм без учета припуска на механическую обработку. Термообработка после наплавки производится путем отпуска при 550-600 °C (выдержка 2-5 ч) на твердость НВ=301-350, при 600-650 °C (выдержка 2-5 ч) на твердость НВ=240-300, при 400-450 °C (выдержка 2-5 ч) на твердость НВ=351-400. Температура печи при загрузке деталей для отпуска должна быть не более 300 °C.
Обрабатываемость резаньем	В горячекатанном состоянии при НВ 126-131 и s_В=450-490 МПа K_n_тв.спл.=1,7 K_n_б.ст.=1,6.
Свариваемость	Сваривается без ограничений, кроме деталей после химико-термической обработки. Способы сварки РДС, АДС под флюсом и газовой защитой, КТС. Для ручной дуговой сварки используются электроды МР-3 или УОНИ13/45А; для автоматической под флюсом — проволока Св-08А, Cв-08ГA или Св-10Г2 с флюсом АН-348А; для сварки в защитных газах Ar и CO₂ — сварочная проволока Св-08Г2С.
Склонность к отпускной хрупкости	Не склонна.
Температура ковки	Начала — 1280 °C, конца — 750 °C. Охлаждение на воздухе.
Флокеночувствительность	не чувствительна.

Ударная вязкость стали 20 KCU (Дж/см3) при низких температурах °С

Соответствие по ГОСТ	Вид поставки	Сечение, мм	KCU при +20	KCU при -40	KCU при -60
19281-73	Сортовой и фасонный прокат	от 5 до 10	64	39	34
от 10 до 20 вкл.		59	34		29
от 20 до 100 вкл.		59	34		—

Предел текучести стали 20

Температура испытания, °C/s_0,2
150	200	250	300	320	350	400	450
≥215	≥210	≥196	≥180		≥160	≥137	≥127

Химический состав стали 20 по ТУ и ГОСТ

НТД	C	S	P	Mn	Cr	Zn	V	Sn	Si	Sb	Pb	Ni	N	Mo	Fe	Cu	Bi	As	Al
ТУ 14-1-3987-85	0,17-0,24	≤0,025	≤0,030	0,35-0,65	≤0,25	—	—	—	0,17-0,37	—	—	≤0,30	—	—	—	≤0,30	—	—	—
ТУ 14-1-5058-91	0,18-0,24	≤0,012	≤0,020	0,35-0,65	≤0,15	≤0,0040	≤0,040	≤0,005	0,17-0,37	0,00015-0,00045	≤0,0030	≤0,10	≤0,010	—	—	≤0,10	0,0002-0,00045	≤0,010	—
ГОСТ 11017-80	0,17-0,24	≤0,035	≤0,035	0,35-0,65	≤0,25	—	—	—	0,17-0,37	—	—	≤0,30	≤0,006	—	—	≤0,30	—	≤0,080	—
ГОСТ 19277-73, ГОСТ 21729-76	0,17-0,24	≤0,035	≤0,035	0,35-0,65	≤0,25	—	—	—	0,17-0,37	—	—	≤0,25	—	—	—	≤0,20	—	—	—
ТУ 14-1-1529-2003	0,17-0,24	≤0,025	≤0,030	0,35-0,65	≤0,25	—	—	—	0,17-0,37	—	—	≤0,25	—	—	Ост.	≤0,30	—	—	—
ТУ 14-3Р-251-2007, ТУ 14-3-251-74, ГОСТ 1050-88	0,17-0,24	≤0,040	≤0,035	0,35-0,65	≤0,25	—	—	—	0,17-0,37	—	—	≤0,30	≤0,006	—	—	≤0,30	—	≤0,080	—
ТУ 14-3-808-78	0,17-0,24	≤0,040	≤0,035	0,35-0,65	≤0,25	—	—	—	0,17-0,37	—	—	≤0,25	≤0,006	—	—	≤0,25	—	≤0,080	0,02-0,08
ТУ 14-3-1971-97	0,17-0,21	≤0,008	≤0,012	0,35-0,65	≤0,25	—	≤0,060	—	0,17-0,37	—	—	≤0,30	—	—	—	≤0,30	—	—	0,02-0,05
ТУ 14-3-341-75	0,17-0,24	≤0,025	≤0,030	0,35-0,65	≤0,025	—	—	—	0,17-0,37	—	—	≤0,25	—	—	—	≤0,30	—	—	—
ТУ 14-162-14-96	0,17-0,22	≤0,015	≤0,015	0,50-0,65	≤0,25	—	—	—	0,17-0,37	—	—	≤0,25	—	—	—	≤0,25	—	—	0,03-0,05
ТУ 14-1-5185-93	0,18-0,24	0,002-0,015	0,005-0,015	0,35-0,65	≤0,15	0,0005-0,0040	0,002-0,100	0,0005-0,0040	0,17-0,37	0,0005-0,0030	0,0003-0,0040	≤0,15	0,002-0,012	—	—	≤0,15	0,0001-0,0030	≤0,010	0,002-0,009
ТУ 08. 002.0501.5348-92	0,17-0,24	≤0,020	≤0,035	0,35-0,65	≤0,25	—	—	—	0,17-0,37	—	—	≤0,30	—	—	—	≤0,30	—	—	—
ТУ 14-159-1128-2008	0,17-0,24	≤0,025	≤0,030	0,35-0,65	≤0,25	—	—	—	0,17-0,37	—	—	≤0,30	≤0,006	—	—	≤0,30	—	≤0,080	—
ТУ 14-161-148-94	0,17-0,24	≤0,013	≤0,018	0,35-0,65	—	—	—	—	0,17-0,37	—	—	≤0,25	—	—	—	≤0,25	—	—	—
TУ 1317-006.1-593377520-2003	0,17-0,24	≤0,015	≤0,017	0,35-0,65	≤0,40	—	≤0,050	—	0,17-0,37	—	—	≤0,25	≤0,008	—	—	≤0,25	—	—	0,02-0,05
ТУ 1301-039-00212179-2010	0,17-0,24	≤0,025	≤0,030	0,35-0,65	≤0,25	—	—	—	0,17-0,37	—	—	≤0,25	—	≤0,15	—	≤0,30	—	—	—
ТУ 14-3Р-55-2001, ТУ 14-3-460-2003	0,17-0,24	≤0,025	≤0,030	0,35-0,65	≤0,25	—	—	—	0,17-0,37	—	—	≤0,25	—	—	—	≤0,30	—	—	—
ТУ 14-3Р-1128-2007	0,17-0,24	≤0,025	≤0,030	0,35-0,65	≤0,25	—	—	—	0,17-0,37	—	—	≤0,30	≤0,008	—	—	≤0,30	—	—	—

Обозначения используемые в таблицах

Механические свойства:

s_в — Предел кратковременной прочности, [МПа]
s_Т — Предел текучести, [МПа]
s_0,2 — Предел пропорциональности (допуск на остаточную деформацию — 0,2%), [МПа]
d₅ — Относительное удлинение при разрыве, [ % ]
y — Относительное сужение, [ % ]
KCU — Ударная вязкость, [ кДж / м²]
HB — Твердость по Бринеллю, [МПа]
HV — Твердость по Виккерсу, [МПа]
HSh — Твердость по Шору, [МПа]

Физические свойства:

T — Температура, при которой получены данные свойства, [Град]
E — Модуль упругости первого рода, [МПа]
a — Коэффициент температурного (линейного) расширения (диапазон 20o — T ) , [1/Град]
l — Коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала) , [Вт/(м·град)]
r — Плотность материала , [кг/м³]
C — Удельная теплоемкость материала (диапазон 20o — T ), [Дж/(кг·град)]
R — Удельное электросопротивление, [Ом·м]

Сталь 20, сталь 09Г2С, сталь 12Х18Н10Т

Характеристики материала сталь 20, фланцы сталь 20.

Самая распространенная марка стали для производства фланцев и фланцевых соединений, сталь конструкционная углеродистая качественная получил самое широкое распространение в производстве трубопроводной арматуры, водо, газо, нефте оборудовании. Фланцы из стали 20 применяются в котлостроении и других элементах тепло газо и нефтеснабжения, работающих при температурах до + 350 С. Ниже мы приводим основные физические, химические, технологические свойства стали 20, применяемой, как основной материал производства стальных фланцев из стали 20.

Марка стали:	20
Заменитель стали:	15, 25
Классификация стали:	Сталь конструкционная углеродистая качественная
Применение стали:	трубы перегревателей, коллекторов и трубопроводов котлов высокого давления, листы для штампованных деталей, цементуемые детали для длительной и весьма длительной службы при температурах до 350 град.

Химический состав в % материала сталь 20
ГОСТ 1050 — 88

C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	Cu	As
0.17-0.24	0.17-0.37	0.35-0.65	до 0.25	до 0.04	до 0.04	до 0.25	до 0.25	до 0.08

Температура критических точек материала сталь 20.

Ac1 = 724 , Ac3(Acm) = 845 , Ar3(Arcm) = 815 , Ar1 = 682

Механические свойства (характеристики) при Т=20oС материала сталь 20.

Сортамент	Размер	Напр.	sв	sT	d5	y	KCU	Термообр.
—	мм	—	МПа	МПа	%	%	кДж / м2	—
Прокат горячекатан.	до 80		420	250	25	55		Нормализация
Пруток		Прод.	480	270	30	62	1450	Отжиг 880 — 900oC,
Пруток		Прод.	510	320	30.7	67	1000	Нормализация 880 — 920oC,

Твердость материала сталь 20 после отжига,	HB 10 -1 = 163 МПа
Твердость материала сталь 20 калиброванного нагартованного,	HB 10 -1 = 207 МПа
Твердость материала сталь 20 , Трубы горячедеформир. ГОСТ 550-75	HB 10 -1 = 156 МПа

Физические свойства (характеристики) материала сталь 20 .

T	E 10- 5	a 10 6	l	r	C	R 10 9
Град	МПа	1/Град	Вт/(м·град)	кг/м3	Дж/(кг·град)	Ом·м
20	2.13		52	7859
100	2.03	11.6	50.6	7834	486	219
200	1.99	12.6	48.6	7803	498	292
300	1.9	13.1	46.2	7770	514	381
400	1.82	13.6	42.8	7736	533	487
500	1.72	14.1	39.1	7699	555	601
600	1.6	14.6	35.8	7659	584	758
700		14.8	32	7617	636	925
800		12.9		7624	703	1094
900				7600	703	1135
1000					695
Т	МПа	1/Град	Вт/(м·град)	кг/м3	Дж/(кг·град)	Ом·м

Технологические свойства (характеристики) материала сталь 20 .

Свариваемость:	без ограничений.
Флокеночувствительность:	не чувствительна.
Склонность к отпускной хрупкости:	не склонна.

Литейно-технологические свойства материала сталь 20 .

Температура плавления, °C:	1.1 — 2.2
Температура горячей обработки,°C:	3.3 — 4.4
Температура отжига, °C:	5.5 — 66

Обозначения:

Механические свойства материала сталь 20:
sв — Предел кратковременной прочности , [МПа]
sT — Предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), [МПа]
d5 — Относительное удлинение при разрыве , [ % ]
y — Относительное сужение , [ % ]
KCU — Ударная вязкость , [ кДж / м2]
HB — Твердость по Бринеллю , [МПа]
Физические свойства материала сталь 20:
T — Температура, при которой получены данные свойства , [Град]
E — Модуль упругости первого рода , [МПа]
a — Коэффициент температурного (линейного) расширения (диапазон 20o — T ) , [1/Град]
l — Коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала) , [Вт/(м·град)]
r — Плотность материала , [кг/м3]
C — Удельная теплоемкость материала (диапазон 20o — T ), [Дж/(кг·град)]
R — Удельное электросопротивление, [Ом·м]
Свариваемость материала сталь 20:
без ограничений — сварка производится без подогрева и без последующей термообработки
ограниченно свариваемая — сварка возможна при подогреве до 100-120 град. и последующей термообработке
трудносвариваемая — для получения качественных сварных соединений требуются дополнительные операции: подогрев до 200-300 град. при сварке, термообработка после сварки — отжиг

Аналоги стали 20 в классификациях зарубежных сталей

Россия (ГОСТ)	Евронормы (EN)	Германия (DIN)	США (AISI)	Китай (GB)
20	1. 1151	1.0402	1020	20

Сталь 20Х

20Х-сталь конструкционная легированная.

Сварка стали 20Х производится без подогрева и без последующей термообработки.

Сталь 20Х мало мало флокеночувствительна и не склонна к отпускной хрупкости.

Сталь 20Х используется для изготовления деталей, к которым предъявляются требования высокой поверхностной твердости при невысокой прочности сердцевины (работающих в условиях износа при трении):

втулки
шестерни
обоймы
гильзы
диски
плунжеры
рычаги и другие цементуемые детали

Заменителями стали 20Х являются марки 15Х, 20ХН, 12ХН2, 18ХГТ.

Химический состав в % стали 20Х.

C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	Cu
0.17-0.23	0.17-0.37	0.5-0.8	до 0.3	до 0.035	до 0.035	0.7-1	до 0.3

Механические свойства при Т=20

^oС стали 20Х.

Сортамент	Размер	Напр.	s_в	s_T	d₅	y	KCU	Термообр.
—	мм	—	МПа	МПа	%	%	кДж / м²	—
Поковки	до 100		390	195	26	55	590	Нормализация
Поковки	100-300		390	195	23	50	540	Нормализация
Поковки	300-500		390	195	20	45	490	Нормализация

Твердость стали 20Х после отжига	HB=179
Твердость стали 20Х калиброванного нагартованного	HB=207

Физические свойства стали 20Х.

T	E 10^-5	a10⁶	l	r	C	R 10⁹
Град	МПа	1/Град	Вт/(м·град)	кг/м³	Дж/(кг·град)	Ом·м
20	2.16		42	7830
100	2.13	10.5	42	7810	496
200	1.98	11.6	41	7780	508
300	1.93	12.4	40		525
400	1.81	13.1	38	7710	537
500	1.71	13.6	36		567
600	1.65	14.0	33	7640	588
700	1.43		32		626
800	1.33		31		706

Обозначения:

Механические свойства:
	s_в	— Предел кратковременной прочности, [МПа]
	s_T	— Предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), [МПа]
	d₅	— Относительное удлинение при разрыве, [ % ]
	y	— Относительное сужение, [ % ]
	KCU	— Ударная вязкость, [ кДж / м²]
	HB	— Твердость по Бринеллю

Физические свойства:
	T	— Температура, при которой получены данные свойства, [Град]
	E	— Модуль упругости первого рода , [МПа]
	a	— Коэффициент температурного (линейного) расширения (диапазон 20^o — T ) , [1/Град]
	l	— Коэффициент теплопроводности (теплоемкость стали) , [Вт/(м·град)]
	r	— Плотность стали , [кг/м³]
	C	— Удельная теплоемкость стали (диапазон 20^o — T ), [Дж/(кг·град)]
	R	— Удельное электросопротивление, [Ом·м]

Характеристика материала сталь 20, фланцы

Марка:	20
Заменитель:	15, 25
Классификация :	Сталь конструкционная углеродистая качественная
Применение:	Трубы перегревателей, коллекторов и трубопроводов котлов высокого давления, листы для штампованных деталей, цементуемые детали для длительной и весьма длительной службы при температурах до 350 град.

Химический состав в % материала 20

Температура критических точек материала 20

Ac1 = 724 , Ac3(Acm) = 845 , Ar3(Arcm) = 815 , Ar1 = 682

Механические свойства при Т=20

^oС материала 20

Твердость материала 20 после отжига	HB 10^-1 = 163 МПа
Твердость материала 20 калиброванного нагартованного	HB 10^-1 = 207 МПа

Физические свойства материала 20

Технологические свойства материала 20

Литейно-технологические свойства материала 20

Температура плавления, °C:	1.1 — 2.2
Температура горячей обработки,°C:	3.3 — 4.4
Температура отжига, °C:	5.5 — 66

Обозначения

Механические свойства:

sв	Предел кратковременной прочности, [МПа]
sT	Предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), [МПа]
d5	Относительное удлинение при разрыве, [ % ]
y	Относительное сужение, [ % ]
KCU	Ударная вязкость, [ кДж/м²]
HB	Твердость по Бринеллю, [МПа]

Физические свойства:

T	Температура, при которой получены данные свойства, [Град]
E	Модуль упругости первого рода, [МПа]
a	Коэффициент температурного (линейного) расширения (диапазон 200 — T ), [1/Град]
l	Коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала), [Вт/(м·град)]
r	Плотность материала, [кг/м³]
C	Удельная теплоемкость материала (диапазон 200 — T ), [Дж/(кг·град)]
R	Удельное электросопротивление, [Ом·м]

Свариваемость:

Без ограничений	Сварка производится без подогрева и без последующей термообработки
Ограниченно свариваемая	Сварка возможна при подогреве до 100-120 град. и последующей термообработке
Трудносвариваемая	Для получения качественных сварных соединений требуются дополнительные операции: подогрев до 200-300 град. при сварке, термообработка после сварки — отжиг

Сталь 20ХН3А (СТ20ХН3А) — характеристики, состав, свойства

Cталь конструкционная легированная

Характеристика стали 20ХН3А (СТ20ХН3А)

Марка:	20ХН3А
Заменитель:	20ХГНР, 20ХНГ, 38ХА, 15Х2ГН2ТА, 20ХГР
Классификация:	Сталь конструкционная легированная
Применение:	шестерни, валы, втулки, силовые шпильки, болты, муфты, червяки и другие цементуемые детали, к которым предъявляются требования высокой прочности, пластичности и вязкости сердцевины и высокой поверхностной твердости, работающие под действием ударных нагрузок и при отрицательных температурах.

Химический состав в % стали 20ХН3А (СТ20ХН3А)

C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	Cu
0.17 — 0.24	0.17 — 0.37	0.3 — 0.6	2. 75 — 3.15	до 0.025	до 0.025	0.6 — 0.9	до 0.3

Температура критических точек стали 20ХН3А (СТ20ХН3А)

Ac1 = 730 , Ac3(Acm) = 810 , Ar3(Arcm) = 700 , Ar1 = 615 , Mn = 340

Механические свойства при Т=20oС стали 20ХН3А (СТ20ХН3А)

Сортамент	Размер	Напр.	sв	sT	d5	y	KCU	Термообр.
—	мм	—	МПа	МПа	%	%	кДж / м2	—
Пруток	Ж 15		930	735	12	55	1080	Закалка и отпуск

Твердость материала 20ХН3А после отжига ,

HB 10 -1 = 255 МПа

Физические свойства стали 20ХН3А (СТ20ХН3А)

T	E 10- 5	a 10 6	l	r	C	R 10 9
Град	МПа	1/Град	Вт/(м·град)	кг/м3	Дж/(кг·град)	Ом·м
20	2. 12		36	7850		270
100	2.04	11.5	35	7830	494	300
200	1.94	11.7	34		507	350
300	1.88	12	33	7760	523	450
400	1.69	12.6	33		536	550
500	1.69	12.8	31		565	650
600	1. 53	13.2	31	7660	586
700	1.38	13.6	30		624
800	1.32	11.2	28		703
T	E 10- 5	a 10 6	l	r	C	R 10 9

Технологические свойства стали 20ХН3А (СТ20ХН3А)

Свариваемость:	ограниченно свариваемая.
Флокеночувствительность:	чувствительна.
Склонность к отпускной хрупкости:	склонна.

Обозначения:

Механические свойства стали 20ХН3А (СТ20ХН3А):
sв	— Предел кратковременной прочности , [МПа]
sT	— Предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), [МПа]
d5	— Относительное удлинение при разрыве , [ % ]
y	— Относительное сужение , [ % ]
KCU	— Ударная вязкость , [ кДж / м2]
HB	— Твердость по Бринеллю , [МПа]

Физические свойства стали 20ХН3А (СТ20ХН3А):
T	— Температура, при которой получены данные свойства , [Град]
E	— Модуль упругости первого рода , [МПа]
a	— Коэффициент температурного (линейного) расширения (диапазон 20o — T ) , [1/Град]
l	— Коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала) , [Вт/(м·град)]
r	— Плотность материала , [кг/м3]
C	— Удельная теплоемкость материала (диапазон 20o — T ), [Дж/(кг·град)]
R	— Удельное электросопротивление, [Ом·м]

Свариваемость стали 20ХН3А (СТ20ХН3А):
без ограничений	— сварка производится без подогрева и без последующей термообработки
ограниченно свариваемая	— сварка возможна при подогреве до 100-120 град. и последующей термообработке
трудно свариваемая	— для получения качественных сварных соединений требуются дополнительные операции: подогрев до 200-300 град. при сварке, термообработка после сварки — отжиг

МЗТА / Публикации / Полезные статьи

Среди аудитории клиентов МЗТА при заказе арматуры часто возникает вопрос выбора стали для корпусных деталей хладостойкой трубопроводной арматуры. Выбор в пользу того или иного материала зависит от многих факторов, таких как, условия эксплуатации, температура среды, экономическая целесообразность применения и т.д.

По обращениям клиентов, специалисты МЗТА в качестве примера для выбора стали провели сравнение сталей 20ГЛ и 30ХМЛ для применения их в качестве материала корпусов арматуры хладостойкого исполнения.

Хладостойкое исполнение согласно ГОСТ 15150-69 обозначается ХЛ и имеет нижнее значение температуры воздуха в рабочем режиме −60°С. По нижнему значению температуры воздуха выбор стали определяется стандартом СТ ЦКБА 005.1 «Металлы, применяемые в арматуростроении. Основные требования к выбору материалов».

Согласно СТ ЦКБА 005.1 (стр.12) Сталь 20ГЛ предназначена для деталей арматуры в хладостойком исполнении с нижним значением температуры окружающего воздуха −60°С.

Информация о применимости стали 30ХМЛ в СТ ЦКБА 005.1 отсутствует, что говорит об отсутствии однозначной возможности ее применения для исполнения ХЛ трубопроводной арматуры. Ближайшим аналогом стали 30ХМЛ, допустимой к применению для отливок трубопроводной арматуры является сталь 20ХМЛ, для которой согласно СТ ЦКБА 005.1 (стр.13) нижнее значение температуры воздуха равно −40°С, что говорит о недопустимости ее применения для исполнения ХЛ.

Таким образом, исходя из требований СТ ЦКБА 005.1 к сталям климатического исполнения ХЛ выбор в пользу стали 20ГЛ является однозначно обоснованным, в то время как применение для исполнения ХЛ стали 30ХМЛ не является однозначным и обоснованным. .

Другим немаловажным фактором при выборе стали 20ГЛ стала экономическая целесообразность ее применения. Стоимость отливок из стали 20ГЛ ниже, чем из стали 30ХМЛ за счет меньшего количества легирующих элементов в стали 20ГЛ, а также за счет отсутствия в химическом составе стали 20ГЛ такого дорогостоящего элемента как хром (согласно ГОСТ 977-88 «Отливки стальные. Общие технические условия»). В этой связи, можно отметить что если трубопроводная арматуры из стали 30ХМЛ по стоимости дешевле трубопроводной арматуры из стали 20ГЛ, это дополнительный лишний повод задуматься о качестве отливок из стали 30ХМЛ и допустимости их применения в исполнении ХЛ

Ниже приведено сравнение сталей 20ГЛ и 30ХМЛ в табличном формате.

Сталь 20ГЛ

Сталь 30ХМЛ

1. Химический состав согласно ГОСТ 977-88 массовая доля элемента, %

C	Mn	Si	P	S	Cr
0,25-0,35	1,2-1,6	0,2-0,4	0,04	0,04	—

C	Mn	Si	P	S	Cr
0,25-0,35	0,5-0,8	0,2-0,5	0,04	0,04	0,8-1,2

Меньшее количество легирующих элементов — снижение стоимости отливки

Большее количество легирующих элементов — увеличение стоимости отливки

2. Физические свойства

Категория прочности	Предел текучести, Ϭ_т, МПа	Временное сопротивление, Ϭ_в, МПа
К25	275	540
Относительное удлинение δ, %	Относительное сужение ψ,%	Ударная вязкость KCV, Дж/см²
18	25	20

Категория прочности	Предел текучести, Ϭ_т, МПа	Временное сопротивление, Ϭ_в, МПа
К25	285	530
Относительное удлинение δ, %	Относительное сужение ψ,%	Ударная вязкость KCV, Дж/см²
18	25	12,4

Соответствует требованиям СТ ЦКБА 005. 1 для деталей арматуры в северном исполнении с обязательным испытанием ударной вязкости KCV_-60≥20 Дж/см²

Согласно требований Ст ЦКБА 005.1 для ближайшего аналога 20ХМЛ минимальная температура применения равна −40°С

3. Область применения согласно ГОСТ 977-88

«…детали, к которым предъявляются требования по прочности и вязкости, работающие под дейстаием статических и динамических нагрузок»

Информация отсутствует

4. Соответствует техническим условиям МЗТА на арматуру

Да, для климатических условий ХЛ1

Информация отсутствует

Таким образом, сталь 20ГЛ является надежным и экономичным материалом для корпусных деталей трубопроводной арматуры исполнения ХЛ.

Углеродистая конструкционная высокопрочная сталь марки Quend, конструкционные стали твердостью 700

Химический состав Quend 700 (Макс. ковшовая проба, %)

C	Si	Mn	P	S	Nb	Cr	V	Ti	Ni	Al	Mo	N	B
0,20	0,60	1,50	0,020	0,010	0,040	0,60	0,070	0,040	1,00	0,070	0,50	0,014	0,005

Химический состав Quend 900 (Макс.

ковшовая проба, %)

C	Si	Mn	P	S	Nb	Cr	V	Ti	Ni	Al	Mo	N	B
0,20	0,50	1,50	0,02	0,01	0,04	0,70	0,06	0,01	1,50	0,06	0,70	0,005	0,005

Химический состав Quend 960 (Макс. ковшовая проба, %)

C	Si	Mn	P	S	Nb	Cr	V	Ti	Ni	Al	Mo	N	B
0,20	0,50	1,50	0,02	0,01	0,04	0,70	0,06	0,01	1,50	0,06	0,70	0,005	0,005

Химический состав Quend 1100 (Макс.

ковшовая проба, %)

C	Si	Mn	P	S	Nb	Cr	V	Ti	Ni	Al	Mo	N	B
0,20	0,50	1,50	0,02	0,01	0,04	0,70	0,06	0,01	1,50	0,06	0,70	0,005	0,005

Углеродный эквивалент

	Толщина листов	CEV⁽¹⁾	CET⁽²⁾
Quend 700	4–15 мм	0,45	0,29
	15,01–25 мм	0,44	0,30
	25,01–40 мм	0,45	0,30
	40,01–64 мм	0,54	0,33
Quend 900	4–30 мм	0,57	0,36
Quend 960	4–30 мм	0,57	0,36
Quend 1100	4-12 мм	0,57	0,36

Сталь 20: характеристики, свойства, аналоги

Сталь

20 — высококачественная нелегированная сталь, применяемая в металлических конструкциях и элементах, работающих при температурах от -40 ° С до + 450 ° С. Прокат горячекатаный и кованый из стали марки 20 соответствует требованиям ДСТУ 7809 и ГОСТ 1050.

Классификация: Высококачественная конструкционная углеродистая сталь.

Продукция: Лист стальной, сортовой.

Химический состав стали 20 по ДСТУ 7809%

	Si	млн	пол	ю	Кр	Cu	Ni
	0.17-0,37	0,35–0,65	≤0,035	≤0,040	≤0,25	≤0,30	≤0,30

Механические свойства стали 20 после нормализации

Минимальный предел текучести, Н / мм2, не менее	Предел прочности при растяжении, Н / мм2, не менее	Минимальное удлинение,%, не менее	Степень сжатия,%, не менее
245	410	25	55

Аналоги стали 20

США	1020, 1023, 1024, G10200, G10230, h20200, M1020, M1023
Япония	S20C, S20CK, S22C, STB410, STKM12A, STKM12A-S, STKM13B, STKM13B-W
ЕС	1. 1151, 2C22, C20E2C, C22, C22E
Китай	20, 20G, 20R, 20Z
Швеция	1450
Австралия	1020, M1020
Швейцария	Ck22
Южная Корея	SM20C, SM20CK, SM22C

Приложение

В строительстве применяется сталь

20; машиностроение; котельно-емкостное производство; и нагревательные элементы различной спецификации.Высококачественная нелегированная конструкционная сталь 20 в виде плоского и проката используется при изготовлении деталей сварных конструкций, трубопроводов, аккумуляторов, вкладышей подшипников, стропов и других изделий. Термохимическая обработка (цементация, азотирование, нитроцементация и т. Д.) Придает осям, шестерням, червячным винтам, фрикционным дискам, валам, шпинделям, болтам, зубьям, штифтам и другим стальным компонентам высокую твердость поверхности и долговечность, несмотря на низкую прочность сердечника. .

Сварка

Допускается любой вид сварки, кроме компонентов, прошедших термохимическую обработку.Стандартные методы сварки — это ручная дуговая сварка, автоматическая дуговая сварка, автоматическая дуговая сварка под флюсом в газовой защите и контактная стыковая сварка.

Свойства стального материала — SteelConstruction.info

Свойства конструкционной стали зависят как от ее химического состава, так и от метода производства, включая обработку во время изготовления. Стандарты продукции определяют пределы для состава, качества и производительности, и эти ограничения используются или предполагаются проектировщиками конструкций. В этой статье рассматриваются основные свойства, представляющие интерес для дизайнера, и указываются соответствующие стандарты для конкретных продуктов. Спецификация металлоконструкций рассматривается в отдельной статье.

Схематическая диаграмма напряжения / деформации для стали

[вверх] Свойства материала, необходимые для конструкции

Свойства, которые необходимо учитывать проектировщикам при выборе изделий из стальных конструкций:

Для проектирования механические свойства основаны на минимальных значениях, указанных в соответствующем стандарте на продукцию.Свариваемость определяется химическим составом сплава, который регулируется стандартами на продукцию. Долговечность зависит от конкретного типа сплава — обычная углеродистая сталь, атмосферостойкая сталь или нержавеющая сталь.

[вверх] Факторы, влияющие на механические свойства

Сталь

приобретает свои механические свойства благодаря сочетанию химического состава, термической обработки и производственных процессов. Хотя основным компонентом стали является железо, добавление очень небольших количеств других элементов может оказать заметное влияние на свойства стали.Прочность стали можно повысить, добавив такие сплавы, как марганец, ниобий и ванадий. Однако эти добавки в сплав также могут отрицательно повлиять на другие свойства, такие как пластичность, ударная вязкость и свариваемость.

Сведение к минимуму уровня серы может повысить пластичность, а ударную вязкость можно улучшить добавлением никеля. Поэтому химический состав для каждой спецификации стали тщательно сбалансирован и протестирован во время ее производства, чтобы гарантировать достижение соответствующих свойств.

Легирующие элементы также по-разному реагируют, когда материал подвергается термообработке, включающей охлаждение с заданной скоростью от определенной пиковой температуры. Производственный процесс может включать комбинации термической обработки и механической обработки, которые имеют решающее значение для характеристик стали.

Механическая обработка осуществляется во время прокатки или формовки стали. Чем больше прокатывается стали, тем прочнее она становится. Этот эффект очевиден в стандартах на материалы, которые, как правило, указывают на снижение предела текучести с увеличением толщины материала.

Эффект термической обработки лучше всего объясняется с помощью различных маршрутов производственного процесса, которые могут использоваться при производстве стали, основными из которых являются:

Сталь после прокатки
Сталь нормализованная
Сталь нормализованный прокат
Сталь термомеханически прокатанная (TMR)
Закаленная и отпущенная (Q&T) сталь.

Сталь охлаждается во время прокатки, при этом типичная температура окончательной прокатки составляет около 750 ° C.Сталь, которой затем дают остыть естественным путем, называется материалом «после прокатки». Нормализация происходит, когда прокатанный материал снова нагревают примерно до 900 ° C и выдерживают при этой температуре в течение определенного времени, прежде чем дать ему возможность естественным образом остыть. Этот процесс уменьшает размер зерна и улучшает механические свойства, особенно ударную вязкость. Нормализованная прокатка — это процесс, при котором после завершения прокатки температура превышает 900 ° C. Это оказывает такое же влияние на свойства, как и нормализация, но исключает дополнительный процесс повторного нагрева материала.Нормализованные и нормализованные прокатные стали имеют обозначение «N».

Использование высокопрочной стали может уменьшить необходимый объем стали, но сталь должна быть прочной при рабочих температурах, а также должна обладать достаточной пластичностью, чтобы противостоять любому распространению вязких трещин. Следовательно, стали с более высокой прочностью требуют улучшенной ударной вязкости и пластичности, которые могут быть достигнуты только с использованием низкоуглеродистых чистых сталей и за счет максимального измельчения зерна. Реализация процесса термомеханической прокатки (TMR) является эффективным способом достижения этой цели.

Термомеханическая прокатка в стали использует особый химический состав стали, что позволяет снизить конечную температуру прокатки примерно до 700 ° C. Для прокатки стали при этих более низких температурах требуется большее усилие, и свойства сохраняются, если повторно не нагреть сталь выше 650 ° C. Сталь, подвергнутая термомеханическому прокату, имеет маркировку «М».

Процесс обработки закаленной и отпущенной стали начинается с нормализованного материала при температуре 900 ° C. Он быстро охлаждается или «закаливается» для получения стали с высокой прочностью и твердостью, но с низкой вязкостью.Прочность восстанавливается повторным нагревом до 600 ° C, поддержанием температуры в течение определенного времени, а затем естественным охлаждением (темперирование). Закаленная и отпущенная сталь обозначается буквой Q.

Закалка включает быстрое охлаждение продукта путем погружения непосредственно в воду или масло. Его часто используют в сочетании с отпуском, который представляет собой термообработку на второй стадии до температур ниже диапазона аустенизации. Эффект отпуска заключается в смягчении ранее закаленных структур и их повышении прочности и пластичности.

Схематический график температуры / времени процессов прокатки

[наверх] Прочность

[вверх] Предел текучести

Предел текучести является наиболее распространенным свойством, которое может понадобиться проектировщику, поскольку это основа, используемая для большинства правил, приведенных в нормах проектирования. В европейских стандартах для конструкционных углеродистых сталей (включая погодостойкую сталь) основное обозначение относится к пределу текучести, т.е.грамм. Сталь S355 — это конструкционная сталь с указанным минимальным пределом текучести 355 Н / мм².

Стандарты на продукцию также определяют допустимый диапазон значений предела прочности на разрыв (UTS). Минимальный UTS имеет отношение к некоторым аспектам дизайна.

[вверх] Горячекатаный прокат

Для горячекатаных углеродистых сталей цифра в обозначении представляет собой значение предела текучести для материала толщиной до 16 мм. Конструкторам следует учитывать, что предел текучести уменьшается с увеличением толщины листа или профиля (более тонкий материал обрабатывается больше, чем толстый материал, и обработка увеличивает прочность).Для двух наиболее распространенных марок стали, используемых в Великобритании, указанные минимальный предел текучести и минимальный предел прочности на растяжение показаны в таблице ниже для сталей в соответствии с BS EN 10025-2 ^[1].

**Минимальный предел текучести и предел прочности для обычных марок стали**
Марка	Предел текучести (Н / мм ²) для номинальной толщины t (мм)				Предел прочности на разрыв (Н / мм ²) для номинальной толщины t (мм)
Марка	т ≤ 16	16	40	63	3	100
S275	275	265	255	245	410	400
S355	355	345	335	325	470	450

Национальное приложение Великобритании к BS EN 1993-1-1 ^[2] позволяет использовать минимальное значение текучести для конкретной толщины в качестве номинального (характеристического) предела текучести f _y и минимального значения прочности на растяжение прочность f _u использовать как номинальный (характеристический) предел прочности.

Подобные значения даны для других марок в других частях BS EN 10025 и для полых профилей в соответствии с BS EN 10210-1 ^[3].

[вверх] Холодногнутые стали

Существует широкий диапазон марок стали для полосовой стали, пригодной для холодной штамповки. Минимальные значения предела текучести и предела прочности указаны в соответствующем стандарте на продукцию BS EN 10346 ^[4].

BS EN 1993-1-3 ^[5] содержит в таблице значения базового предела текучести f _yb и предела прочности на растяжение f _u, которые должны использоваться в качестве характерных значений при проектировании.

[вверх] Нержавеющая сталь

Марки нержавеющей стали обозначаются числовым «номером стали» (например, 1.4401 для типичной аустенитной стали), а не системой обозначений «S» для углеродистых сталей. Зависимость напряжение-деформация не имеет четкого различия между пределом текучести, и «предел текучести» нержавеющей стали для нержавеющей стали обычно указывается в терминах предела текучести, определенного для конкретной смещенной остаточной деформации (обычно 0,2% деформации).

Прочность обычно используемых конструкционных нержавеющих сталей составляет от 170 до 450 Н / мм². Аустенитные стали имеют более низкий предел текучести, чем обычно используемые углеродистые стали; Дуплексные стали имеют более высокий предел текучести, чем обычные углеродистые стали. Как для аустенитных, так и для дуплексных нержавеющих сталей отношение предела прочности к пределу текучести больше, чем для углеродистых сталей.

BS EN 1993-1-4 ^[6] содержит в таблице номинальные (характеристические) значения предела текучести f _y и минимального предела прочности на растяжение f _u для сталей согласно BS EN 10088-1 ^[7] для использование в дизайне.

[вверх] Прочность

Образец для испытаний на удар с V-образным надрезом

Все материалы имеют недостатки. В стали эти дефекты проявляются в виде очень мелких трещин. Если сталь недостаточно прочная, «трещина» может быстро распространяться без пластической деформации и привести к «хрупкому разрушению». Риск хрупкого разрушения увеличивается с увеличением толщины, растягивающего напряжения, концентраторов напряжений и при более низких температурах.Вязкость стали и ее способность противостоять хрупкому разрушению зависят от ряда факторов, которые следует учитывать на этапе спецификации. Удобной мерой прочности является испытание на удар по Шарпи с V-образным надрезом — см. Изображение справа. В этом испытании измеряется энергия удара, необходимая для разрушения небольшого образца с надрезом при заданной температуре одним ударом маятника.

В различных стандартах на продукцию указываются минимальные значения энергии удара для различных классов прочности каждого класса прочности.Для нелегированных конструкционных сталей основными обозначениями марок стали JR, J0, J2 и K2. Для мелкозернистых сталей, закаленных и отпущенных сталей (которые обычно более жесткие, с более высокой энергией удара) используются разные обозначения. Сводка обозначений ударной вязкости приведена в таблице ниже.

**Минимальная указанная энергия удара для углеродистой стали марки**
Стандартный	Земляное полотно	Ударная вязкость	Температура испытания
BS EN 10025-2 ^[1] BS EN 10210-1 ^[3]	JR	27J	20 ^o С
	J0	27J	0 ^o С
	J2	27J	-20 ^o С
	K2	40J	-20 ^o С
BS EN 10025-3 ^[8]	N	40J	-20 ^o c
BS EN 10025-3 ^[8]	NL	27J	-50 ^или с
BS EN 10025-4 ^[9]	M	40J	-20 ^o c
BS EN 10025-4 ^[9]	мл	27J	-50 ^или с
BS EN 10025-5 ^[10]	J0	27J	0 ^o С
	J2	27J	-20 ^o С
	K2	40J	-20 ^o С
	J4	27J	-40 ^o С
	J5	27J	-50 ^o С
BS EN 10025-6 ^[11]	Q	30J	-20 ^o c
	QL	30J	-40 ^o с
	QL1	30J	-60 ^o c

Для тонкостенных сталей, предназначенных для холодной штамповки, требования к энергии удара для материалов толщиной менее 6 мм не предъявляются.

Выбор подходящего подкласса для обеспечения соответствующей прочности в расчетных ситуациях приведен в BS EN 1993‑1‑10 ^[12] и связанном с ним UK NA ^[13]. Правила связывают температуру воздействия, уровень напряжений и т. Д. С «предельной толщиной» для каждого подкласса стали. PD 6695-1-10 ^[14] содержит полезные справочные таблицы, а руководство по выбору подходящего субсорта дано в ED007.

Эти правила проектирования были разработаны для конструкций, подверженных усталости, таких как мосты и опорные конструкции кранов, и признано, что их использование в зданиях, где усталость играет второстепенную роль, является чрезвычайно безопасным.

Публикация SCI P419 представляет модифицированные пределы толщины стали, которые могут использоваться в зданиях, где усталость не является предметом рассмотрения при проектировании. Эти новые пределы были получены с использованием того же подхода, что и правила проектирования Еврокода, но существенно снижают рост трещин из-за усталости. Используется слово «уменьшить», поскольку предполагать, что никакого роста вообще нет, означало бы полностью устранить эффект утомления. Допускается некоторая усталость (20 000 циклов) на основании ориентировочных указаний стандарта DIN.

Термин «квазистатический» будет охватывать такие конструкции — в действительности, может иметь место некоторая ограниченная цикличность нагрузки, но это обычно не рассматривается — подход к проектированию состоит в том, чтобы рассматривать все нагрузки как статические. Ключом к новому подходу является формула для выражения роста трещины за период до 20 000 циклов. Эксперты из Ахенского университета (которые участвовали в разработке Еврокода) дали это важнейшее выражение.

Дополнительная информация доступна в технической статье в сентябрьском выпуске журнала NSC за 2017 год.

Нержавеющая сталь обычно намного прочнее углеродистой стали; минимальные значения указаны в BS EN 10088-4 ^[15]. BS EN 1993-1-4 ^[6] утверждает, что аустенитные и дуплексные стали достаточно вязкие и не подвержены хрупкому разрушению при рабочих температурах до -40 ° C.

[вверх] Пластичность

Пластичность — это мера степени, в которой материал может деформироваться или растягиваться между началом текучести и возможным разрушением под действием растягивающей нагрузки, как показано на рисунке ниже.Конструктор полагается на пластичность для ряда аспектов проектирования, включая перераспределение напряжений в предельном состоянии, конструкцию группы болтов, снижение риска распространения усталостной трещины и в производственных процессах сварки, изгиба и правки. Различные стандарты для марок стали в приведенной выше таблице настаивают на минимальном значении пластичности, поэтому проектные допущения действительны, и если они указаны правильно, проектировщик может быть уверен в их адекватных характеристиках.

Напряжение — деформация стали

[вверх] Свариваемость

Приварка ребер жесткости к большой сборной балке
(Изображение любезно предоставлено Mabey Bridge Ltd)

Все конструкционные стали в основном поддаются сварке. Однако сварка предполагает локальное плавление стали, которая впоследствии остывает.Охлаждение может быть довольно быстрым, потому что окружающий материал, например балка обеспечивает большой «теплоотвод», а сварной шов (и вводимое тепло) обычно относительно невелик. Это может привести к упрочнению «зоны термического влияния» (HAZ) и снижению ударной вязкости. Чем больше толщина материала, тем больше снижение ударной вязкости.

Склонность к охрупчиванию также зависит от легирующих элементов, главным образом, но не исключительно, от содержания углерода. Эту восприимчивость можно выразить как «эквивалентное значение углерода» (CEV), и различные стандарты продукции для углеродистой стали содержат выражения для определения этого значения.

BS EN 10025 ^[1] устанавливает обязательные пределы для CEV для всех покрываемых изделий из конструкционной стали, и это простая задача для тех, кто контролирует сварку, — убедиться, что используемые спецификации процедуры сварки соответствуют соответствующей марке стали и CEV.

[вверх] Прочие механические свойства стали

Другие важные для проектировщика механические свойства конструкционной стали включают:

Модуль упругости, E = 210 000 Н / мм²
Модуль сдвига, G = E / [2 (1 + ν )] Н / мм², часто принимается равным 81 000 Н / мм²
коэффициент Пуассона, ν = 0.3
Коэффициент теплового расширения, α = 12 x 10 ^-6 / ° C (в диапазоне температур окружающей среды).

[вверх] Прочность

Нанесение защиты от коррозии на месте
(Изображение любезно предоставлено Hempel UK Ltd.)

Еще одним важным свойством является защита от коррозии. Хотя доступны специальные коррозионно-стойкие стали, они обычно не используются в строительстве.Исключением является погодостойкая сталь.

Наиболее распространенными способами защиты конструкционной стали от коррозии являются окраска или гальваника. Требуемый тип и степень защиты покрытия зависит от степени воздействия, местоположения, расчетного срока службы и т. Д. Во многих случаях во внутренних сухих условиях не требуется никаких антикоррозионных покрытий, кроме соответствующей противопожарной защиты. Доступна подробная информация о защите от коррозии конструкционной стали.

[вверху] Погодостойкая сталь

Атмосферостойкая сталь

— это высокопрочная низколегированная сталь, которая противостоит коррозии, образуя прилипшую защитную ржавчину «патину», которая препятствует дальнейшей коррозии.Защитное покрытие не требуется. Он широко используется в Великобритании для строительства мостов и некоторых зданий. Он также используется для архитектурных элементов и скульптурных сооружений, таких как Ангел Севера.

Ангел Севера

[вверху] Нержавеющая сталь

Типичные кривые напряжение-деформация для нержавеющей и углеродистой стали в отожженном состоянии

Нержавеющая сталь — это материал с высокой коррозионной стойкостью, который можно использовать в конструкционных целях, особенно там, где требуется высококачественная обработка поверхности.Подходящие классы воздействия в типичных средах приведены ниже.

Поведение нержавеющих сталей при растяжении отличается от углеродистых сталей по ряду аспектов. Наиболее важное различие заключается в форме кривой напряжения-деформации. В то время как углеродистая сталь обычно демонстрирует линейное упругое поведение до предела текучести и плато перед деформационным упрочнением, нержавеющая сталь имеет более округлую реакцию без четко определенного напряжения текучести. Следовательно, предел текучести нержавеющей стали обычно определяется для конкретной постоянной деформации смещения (обычно 0.2% деформации), как показано на рисунке справа, на котором показаны типичные экспериментальные кривые напряжение-деформация для обычных аустенитных и дуплексных нержавеющих сталей. Показанные кривые представляют диапазон материалов, которые могут быть поставлены, и не должны использоваться при проектировании.

**Механические свойства обычных нержавеющих сталей согласно EN 10088-4 ^[15]**
Описание	Марка	Минимум 0.Предел текучести 2% (Н / мм ²)	Предел прочности на разрыв (Н / мм ²)	Относительное удлинение при разрыве (%)
Основные хромоникелевые аустенитные стали	1. 4301	210	520–720	45
Основные хромоникелевые аустенитные стали	1.4307	200	500–700	45
Молибден-хромникелевые аустенитные стали	1.4401	220	520–670	45
Молибден-хромникелевые аустенитные стали	1.4404	220	520–670	45
Дуплексные стали	1,4162	450	650–850	30
Дуплексные стали	1.4462	460	640–840	25

Механические свойства относятся к горячекатаному листу. Для холоднокатаной и горячекатаной полосы указанные значения прочности на 10-17% выше.

**Рекомендации по выбору нержавеющей стали**
BS EN ISO 9223 ^[16] Класс атмосферной коррозии	Типичная внешняя среда	Подходящая нержавеющая сталь
C1 (Очень низкий)	Пустыни и арктические районы (очень низкая влажность)	1.4301 / 1.4307, 1.4162
C2 (Низкий)	Засушливые или слабозагрязненные (сельские районы)	1.4301 / 1.4307, 1.4162
C3 (средний)	Прибрежные районы с небольшими отложениями соли Городские или промышленные районы с умеренным загрязнением	1.4401 / 1.4404, 1.4162 (1.4301 / 1.4307)
C4 (высокий)	Загрязненная городская и промышленная атмосфера Прибрежные районы с умеренными солевыми отложениями Дорожная среда с антиобледенительными солями	1.4462, (1.4401 / 1.4404), другие более высоколегированные дуплексы или аустенитные материалы
C5 (Очень высокий)	Сильно загрязненная промышленная среда с высокой влажностью Морская среда с высокой степенью солевых отложений и брызг	1. 4462, другие более высоколегированные дуплексы или аустенитные материалы

Материалы, подходящие для более высокого класса, могут использоваться для более низких классов, но могут быть неэффективными с точки зрения затрат. Можно рассмотреть материалы в скобках, если допустима умеренная коррозия. Накопление коррозионных загрязнителей и хлоридов будет выше в защищенных местах; следовательно, может потребоваться выбрать рекомендуемый сорт из следующего более высокого класса коррозии.

[вверх] Список литературы

↑ ^1.0 ^1,1 ^1,2 BS EN 10025-2: 2019 Горячекатаный прокат из конструкционных сталей. Технические условия поставки нелегированных конструкционных сталей, BSI.
↑ NA + A1: 2014 к BS EN 1993-1-1: 2005 + A1: 2014, Национальное приложение Великобритании к Еврокоду 3: Проектирование стальных конструкций Общие правила и правила для зданий, BSI
↑ ^3,0 ^3,1 BS EN 10210-1: 2006 Конструкционные полые профили горячей обработки из нелегированных и мелкозернистых сталей. Технические требования к поставке, BSI.
↑ BS EN 10346: 2015 Стальной плоский прокат с непрерывным горячим покрытием для холодной штамповки. Технические условия поставки. BSI
↑ BS EN 1993-1-3: 2006 Еврокод 3: Проектирование стальных конструкций. Общие правила — Дополнительные правила для холодногнутых профилей и листов, BSI.
↑ ^6,0 ^6,1 BS EN 1993-1-4: 2006 + A1: 2015 Еврокод 3. Проектирование стальных конструкций. Основные правила. Дополнительные правила для нержавеющих сталей, BSI
↑ BS EN 10088-1: 2014 Нержавеющие стали.Список нержавеющих сталей, BSI
↑ BS EN 10025-3: 2019, Горячекатаный прокат из конструкционных сталей, Часть 3: Технические условия поставки нормализованных / нормализованных прокатных свариваемых мелкозернистых конструкционных сталей, BSI
↑ BS EN 10025-4: 2019, Горячекатаный прокат из конструкционных сталей, Часть 4: Технические условия поставки термомеханических прокатных свариваемых мелкозернистых конструкционных сталей, BSI
↑ BS EN 10025-5: 2019, Горячекатаный прокат из конструкционных сталей, Часть 5: Технические условия поставки для конструкционных сталей с повышенной стойкостью к атмосферной коррозии, BSI
↑ BS EN 10025-6: 2019, Горячекатаный прокат из конструкционных сталей, Часть 6: Технические условия поставки плоского проката из конструкционных сталей с высоким пределом текучести в закаленном и отпущенном состоянии, BSI
↑ BS EN 1993-1-10: 2005 Еврокод 3. Проектирование металлоконструкций. Прочность материала и свойства по толщине, BSI.
↑ NA к BS EN 1993-1-10: 2005, Национальное приложение Великобритании к Еврокоду 3: Проектирование стальных конструкций. Прочность материала и свойства по толщине. BSI
↑ PD 6695-1-10: 2009 Рекомендации по проектированию конструкций согласно BS EN 1993-1-10. BSI
↑ ^15,0 ^15,1 BS EN 10088-4: 2009 Нержавеющие стали. Технические условия поставки листов и полос из коррозионно-стойких сталей строительного назначения, BSI.
↑ BS EN ISO 9223: 2012 Коррозия металлов и сплавов, Коррозионная активность атмосферы, Классификация, определение и оценка. BSI

[вверх] Ресурсы

[вверх] См. Также

Свойства стального материала — SteelConstruction.info

Свойства конструкционной стали зависят как от ее химического состава, так и от метода производства, включая обработку во время изготовления. Стандарты продукции определяют пределы для состава, качества и производительности, и эти ограничения используются или предполагаются проектировщиками конструкций.В этой статье рассматриваются основные свойства, представляющие интерес для дизайнера, и указываются соответствующие стандарты для конкретных продуктов. Спецификация металлоконструкций рассматривается в отдельной статье.

Схематическая диаграмма напряжения / деформации для стали

[вверх] Свойства материала, необходимые для конструкции

Свойства, которые необходимо учитывать проектировщикам при выборе изделий из стальных конструкций:

[вверх] Факторы, влияющие на механические свойства

Сталь

Сталь после прокатки
Сталь нормализованная
Сталь нормализованный прокат
Сталь термомеханически прокатанная (TMR)
Закаленная и отпущенная (Q&T) сталь.

Сталь охлаждается во время прокатки, при этом типичная температура окончательной прокатки составляет около 750 ° C. Сталь, которой затем дают остыть естественным путем, называется материалом «после прокатки». Нормализация происходит, когда прокатанный материал снова нагревают примерно до 900 ° C и выдерживают при этой температуре в течение определенного времени, прежде чем дать ему возможность естественным образом остыть. Этот процесс уменьшает размер зерна и улучшает механические свойства, особенно ударную вязкость. Нормализованная прокатка — это процесс, при котором после завершения прокатки температура превышает 900 ° C. Это оказывает такое же влияние на свойства, как и нормализация, но исключает дополнительный процесс повторного нагрева материала.Нормализованные и нормализованные прокатные стали имеют обозначение «N».

Схематический график температуры / времени процессов прокатки