Сталь 20 (ст20) — характеристики, состав, применение
Сталь конструкционная углеродистая качественная по видам обработки поставляется как кованая, калиброванная, горячекатаная и серебрянка (круглая, со специальной отделкой). По требованиям к механическим свойствам выделяют 5 категорий.
Первая категория: сталь всех видов обработки без испытания на ударную вязкость и растяжение.
Вторая категория: образцы из нормализованной стали всех видов обработки размером 25 мм проходят испытания на ударную вязкость и растяжение.
Третья категория: испытания на растяжение проводят на образцах из нормализованной стали, размером 26-100 мм.
Четвертая: образцы для испытаний на растяжение и ударную вязкость изготавливают из термически обработанных заготовок размером не более 100 мм. Требования третьей и четвертой категории предъявляют к калиброванной, горячекатаной и кованной качественной стали.
Пятая категория. Испытания механических свойств на растяжение проводят на образцах из калиброванных термически обработанных (высокоотпущенных или отожженных) или нагартованных сталей.
В качестве заменителя стали 20 применяют стали 15 и 25.
Химический состав стали 20
В состав сплава входят: углерод (C) — 0.17-0.24 %, кремний (Si) — 0,17-0,37%, марганец (Mn) — 0,35-0,65 %;содержание меди (Cu) и никеля (Ni) допускается не более 0,25%, мышьяка (As) — не более 0,08%, серы (S) — не более 0,4%, фосфора (Р) — 0,035%.
Структура стали 20 представляет собой смесь перлита и феррита. Термическая обработка стали 20 позволяет получать структуру реечного (пакетного) мартенсита. При таких структурных преобразованиях прочность возрастает, и пластичность уменьшается. После термического упрочнения прокат из стали 20 можно использовать для изготовления метизной продукции (класс прочности 8.8).
Технологические свойства ст20
Температура начала ковки стали 20 составляет 1280° С, окончания — 750° С, охлаждение поковки — воздушное. Сталь 20 нефлокеночувствительна и не склонна к отпускной способности. Свариваемость стали 20 не ограничена, исключая детали, подвергавшиеся химико-термической обработке. Рекомендованы способы сварки АДС, КТС, РДС, под газовой защитой и флюсом.
Сталь 20 применяют для производства малонагруженных деталей ( пальцы, оси, копиры, упоры, шестерни), цементуемых деталей для длительной и весьма длительной службы (эксплуатация при температуре не выше 350° С), тонких деталей, работающих на истирание. Сталь 20 без термической обработки или после нормализации используется для производства крюков кранов, вкладышей подшипников и прочих деталей для эксплуатации под давлением в температурном диапазоне от -40 до 450°С . Сталь 20 после химико-термической обработки идет на производство деталей, которым требуется высокая поверхностная прочность ( червяки, червячные пары, шестерни). Широко применяют ст20 для производства трубопроводной арматуры, труб, предназначенных для паропроводов с критическими и сверхкритическими параметрами пара, бесшовных труб высокого давления, сварных профилей прямоугольного и квадратного сечения и т.д.
Виды поставки ст20
Листы, калиброванный круг, шлифованный пруток, серебрянка, трубы, лента, проволока, швеллер, круг. В нашей компании вы можете купить сталь 20 по низким ценам со склада в Москве. Осуществляется доставка по области и регионам Росиии.
Марки стали
Главная / Марки сталиХарактеристики высокопрочной стали
| 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 |
Марки высокопрочной стали
Сталь является одним из самых важных материалов, который используется практически во всех отраслях промышленности. К высокопрочной стали (в зависимости от области применения) предъявляют различные требования. Марки сталей отличаются по структуре, химическому составу и по своим свойствам (физическим и механическим).
Сталью называют деформируемый сплав железа с углеводом (не более 2 процентов) и примесями других элементов: марганца, кремния, фосфора. К высокопрочному крепежу предъявляются особые требования. Поэтому для получения стали, которая будет идеально соответствовать всем характеристикам добавляют специальные примеси – легирующие элементы. Это – хром, вольфрам, ванадий, титан, марганец или кремний.
Сталь 20
Сталь конструкционная углеродистая качественная
трубы перегревателей, коллекторов и трубопроводов котлов высокого давления, листы для штампованных деталей, цементуемые детали для длительной и весьма длительной службы при температурах от -40 до 350 град.
СТАЛЬ МАРКИ 3
Углеродистая сталь обычного качества.
Именно такая сталь пользуются наибольшим спросом в строительстве. Причина такой популярности – технологичность, прочность и привлекательная цена. Еще одно преимущество этого сплава – возможность изготавливать из нее изделия, которые выдерживают большую нагрузку и обладают хорошей сопротивляемостью ударам.
Сталь 3 производят по ГОСТ 380-94, согласно ему сталь маркируются буквами «Ст» с порядковым номером от 0 до 6. Чем выше этот номер, тем большее количество углерода содержится в стали. А значит, лучше прочность, но при этом хуже пластические характеристики. Сталь 3 хорошо сваривается, нефлокеночувствительна, не склонна к отпускной хрупкости. Сталь 3 содержит: углерод – 0,14-0,22%, кремний – 0,05-0,17%, марганец – 0,4-0,65%, никель, медь, хром – не более 0,3% , мышьяк не более 0,08%, серы и фосфора – до 0,05 и 0,04%. Количество этих компонентов в сплаве Ст3 не допускается выше указанных значений.
Сталь 3 выдерживает широкий температурный диапазон при переменных нагрузках. Хорошо сваривается, штампуется в холодном и горячем состоянии, подвергается вытяжке. Применяется без термической обработки.
Свариваемость стали 3
Без ограничений — сварка производится без подогрева и без последующей термообработки. В стали, относящейся к хорошей, содержание углерода составляет менее 0,25%. Они свариваются без образования закалочных структур и трещин в широком диапазоне режимов сварки.
Температура применения
Температура применения стали 3
Минимальная температура применения (температура наиболее холодной пятидневки региона) – минус 30.
Максимальная температура применения – плюс 300.
СТАЛЬ МАРКИ 35
Качественная среднеуглеродистая сталь.
Такой вид стали применяют для деталей, которые требуют высокой пластичности и сопротивления удару. Качественные углеродистые стали типа 35 изготавливают по ГОСТ 1050-88 и маркируют двухзначными цифрами, которые указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента. Например, сталь 35 (0,35 %). Она обладает высокой прочностью (σв = 640…730 МПа, σ0,2 = 380…430 МПа) и относительно низкой пластичностью (δ = 9…14 %, ψ = 40…50 %). Кроме того, этот тип стали не восприимчив к средним напряжениям, обладает стойкостью к деформации и износостойкостью, не подвержен образованию трещин и коррозии. Поэтому именно сталь 35 используют при производстве высокопрочного крепежа и фланцевых соединений. Температурный диапазон: от -40 до +450 градусов Цельсия
Свариваемость стали 35
Сталь конструкционной марки 35 сваривается ограниченно. С увеличением углерода в стали зона термического влияния и шов закаливаются, увеличивается твердость, сварные соединения становятся более хрупкими и склонными к образованию трещин.
Удовлетворительные стали имеют содержание углерода от 0,25 до 0,35%. Они мало склонны к образованию трещин и при правильных режимах сварки получается качественный шов. Для улучшения качества сварки часто применяют подогрев.
Температура применения стали 35
Минимальная температура применения (температура наиболее холодной пятидневки региона) – минус 40.
Максимальная температура применения – плюс 425.
СТАЛЬ МАРКИ 35Х
Сталь легированная, хромистая
Крепежные изделия из стали
Главное преимущество крепежа из легированной конструкционной стали 35Х перед углеродистыми – это более высокая прочность за счет упрочнения феррита и большей прокаливаемости, меньший рост аустенитного зерна при нагреве и повышенная ударная вязкость. А уровень механических свойств повышен за счет термической обработки.
Свариваемость стали 35x
Ограниченно свариваемая.
Температура применения стали 35х
Минимальная температура применения (температура наиболее холодной пятидневки региона) – минус 40.
Максимальная температура применения – плюс 425.
Сталь марки 40х
Сталь конструкционная легированная.
Сталь марки 40Х содержит 0,40% углерода и менее 1,5% хрома. Эта сталь довольно трудносвариваема. Поэтому, чтобы получить качественное сварное соединение, необходимы дополнительные операции. При сварке потребуется подогрев до 200-300 градусов, а потом – термообработка путем отжига.
Благодаря добавлению хрома, крепежные изделия из ст.40Х обладают твердостью, прочностью, жаропрочностью и устойчивостью к коррозии. Сталь 40Х рассчитана на значительные нагрузки. Механические свойства стали 40х: предел кратковременной прочности – 570 – 940 МПа, предел пропорциональности – 320 – 800 МПа, относительное удлинение – 13 – 17%, относительное сужение – 35 – 55%, ударная вязкость – 400 – 850 кДж/кв.м.
Плюсы этой марки стали: устойчивость к действию высоких и низких температур и их резким перепадам, могут использоваться под открытым небом и даже в агрессивных, влажных средах. Еще одно неоспоримое преимущество крепежных изделий именно из этой марки стали – это отсутствие необходимости обрабатывать и очищать поверхность.
Свариваемость стали 40x
Ограниченно свариваемая. Рекомендуется подогрев и последующая термообработка.
Температура применения стали 40х
Минимальная температура применения (температура наиболее холодной пятидневки региона) – минус 40.
Максимальная температура применения – плюс 425.
СТАЛЬ МАРКИ 45
Сталь марки 45 обладает высокой стойкостью и прочностью. Сталь 45 применяют при изготовлении деталей механизмов, используемых при повышенных нагрузках и требующих сопротивления (ударам, трению). Механические свойства этой стали позволяют ей выдерживать значительные перепады температур и другие неблагоприятные климатические воздействия. Эта сталь способна выдержать температурные испытания от 200 до 600 градусов по Цельсию.
При использовании ст. 45 следует помнить, что:
• прочность снижается при нагревании до 200 0С;
• сталь является трудносвариваемой и характеризуется низкой флонекочувствительностью.
Сталь марки 45 — среднеуглеродистая; идеально подходит для изготовления деталей, требующих высокой прочности или высокой поверхностной твердости, а также деталей средненагруженных и не подвергающихся в работе истиранию.
Свариваемость стали 45
Высокоуглеродистую сталь марки 45 рекомендуют соединять контактной сваркой. Ограниченно свариваемые стали имеют содержание углерода от 0,36 до 0,45% и склонны к образованию трещин. Сварка требует обязательного подогрева. При их сварке требуются специальные технологические процессы.
Температура применения стали 45
Минимальная температура применения (температура наиболее холодной пятидневки региона) – минус 40.
Максимальная температура применения – плюс 425.
Сталь марки 09Г2С
Сталь конструкционная низколегированная.
Обозначение 09Г2С указывает, что в стали присутствует 0,09% углерода, буква «Г» означает марганец, а цифра 2 – процентное содержание до 2% марганца. Буква «С» означает кремний, содержание кремния менее 1%.
Главное преимущество этой стали – высокая механическая прочность, которая позволяет применять более тонкие детали по сравнению с деталями, изготовленными из других сталей. А значит, детали из стали 09Г2С имеют меньший вес, что экономически более выгодно. Кроме того, еще один плюс этой стали – низкая склонность к отпускной хрупкости.
Свариваемость стали 09г2с
Марка стали 09Г2С широко используется для сварных конструкций. Сварка может производиться как без подогрева, так и с предварительным подогревом до 100-120 градусов по Цельсию. Сварка довольно проста, причем сталь не закаливается и не перегревается в процессе сварки, благодаря чему не происходит снижение пластических свойств или увеличение ее зернистости. При температуре воздуха минус 15 °С и ниже применяют предварительный местный подогрев независимо от толщины стали.
Температура применения стали 09г2с
Минимальная температура применения (температура наиболее холодной пятидневки региона) – минус 70.
Максимальная температура применения – плюс 450.
Рабочая температура нержавеющей стали, температура применения жаропрочных сталей и сплавов
Представлены таблицы значений максимальной рабочей температуры стали (нержавеющей, жаропрочной и жаростойкой) распространенных марок при различных сроках эксплуатации. Указана также температура, при которой сталь начинает интенсивно окисляться на воздухе.
Таблицы позволяют подобрать необходимую марку нержавеющей стали или сплава на железоникелевой основе под определенные условия эксплуатации и заданный срок службы.
В первой таблице приведена рабочая температура (максимальная температура применения) нержавеющих сталей и сплавов на железоникелевой и никелевой основах, предназначенных для работы в окислительной среде от 50 до 100 тысяч часов.
По данным таблицы видно, что при сверхдлительной эксплуатации максимальная рабочая температура рассмотренных марок стали не превышает 850°С (нержавеющая сталь 05ХН32Т), а «запас» до температуры интенсивного окалинообразования составляет от 200 до 500 градусов.
| Марка стали или сплава | Максимальная температура применения, °С | Температура начала интенсивного окалинообразования на воздухе, °С |
|---|---|---|
| 05ХН32Т (ЭП670) | 850 | 1000 |
| 08Х15Н24В4ТР (ЭП164) | 700 | 900 |
| 08Х16Н13М2Б (ЭИ680) | 600 | 850 |
| 09X16Н4Б (ЭП56) | 650 | 850 |
| 09Х14Н19В2БР (ЭИ695Р) | 700 | 850 |
| 09Х14Н19В2БР1 (ЭИ726) | 700 | 850 |
| 09Х16Н15М3Б (ЭИ847) | 350 | 850 |
| 12X13 | 550 | 750 |
| 12Х18Н10Т | 600 | 850 |
| 12Х18Н12Т | 600 | 850 |
| 12Х18Н9Т | 600 | 850 |
| 12ХН35ВТ (ЭИ612) | 650 | 850…900 |
| 13Х14Н3В2ФР (ЭИ736) | 550 | 750 |
| 15Х11МФ | 580 | 750 |
| 16X11Н2В2МФ (ЭИ962А) | 500 | 750 |
| 18Х11МНФБ (ЭП291) | 600 | 750 |
| 18Х12ВМБФР (ЭИ993) | 500 | 750 |
| 20Х12ВНМФ (ЭП428) | 600 | 750 |
| 20Х13 | 500 | 750 |
| 31Х19Н9МВБТ (ЭИ572) | 600 | 800 |
| 55Х20Г9АН4 (ЭП303) | 600 | 750 |
| ХН65ВМТЮ (ЭИ893) | 800 | 1000 |
| ХН70ВМЮТ (ЭИ765) | 750 | 1000 |
| ХН80ТБЮ (ЭИ607) | 700 | 1050 |
Во второй таблице представлена максимальная рабочая температура стали при длительной эксплуатации длительностью до 10 тысяч часов. По значениям температуры в таблице видно, что при менее длительном применении стали возможно увеличение ее рабочей температуры. При этом «запас» до температуры интенсивного окалинообразования уменьшается.
Например, максимальная рабочая температура нержавеющей стали 12Х18Н9Т при длительной эксплуатации на 200 градусов выше, чем при сверхдлительной. Эта сталь может применяться при температуре до 800°С в течении 10 тысяч часов.
Максимальная рабочая температура из приведенных в таблице марок соответствует стали 10ХН45Ю — она может использоваться при 1250…1300°С.
| Марка стали или сплава | Максимальная температура применения, °С | Температура начала интенсивного окалинообразования на воздухе, °С |
|---|---|---|
| 03X21Н32М3Б (ЧС33) | 550…750 | — |
| 03X21Н32М3БУ (ЧС33У) | 550…750 | — |
| 05Х12Н2М | 550 | — |
| 07Х15Н30В5М2 (ЧС81) | 850 | — |
| 08Х16Н11М3 | 600 | — |
| 08X18Н10 | 800 | 850 |
| 08Х18Н10Т (ЭИ914) | 800 | 850 |
| 09X18Н9 | 550 | — |
| 10Х18Н9 | 550 | — |
| 10Х23Н18 | 1000 | 1050 |
| 10ХН45Ю (ЭП747) | 1250…1300 | — |
| 11Х11Н2В2МФ (ЭИ962) | 600 | 750 |
| 12Х18Н9 | 800 | 850 |
| 12Х18Н9Т | 800 | 850 |
| 12Х18Н10Т | 800 | 850 |
| 12Х18Н12Т | 800 | 850 |
| 12Х25Н16Г7АР (ЭИ835) | 1050 | 1100 |
| 12ХН38ВТ (ЭИ703) | 1000 | 1050 |
| 13Х11Н2В2МФ (ЭИ961) | 600 | 750 |
| 14Х17Н2 (ЭИ268) | 400 | 800 |
| 15Х12ВНМФ (ЭИ802) | 780 | 950 |
| 16X11Н2В2МФ (ЭИ962А) | 600 | 750 |
| 20Х23Н13 (ЭИ319) | 1000 | 1050 |
| 20Х23Н18 (ЭИ417) | 1000 | 1050 |
| 20Х25Н20С2 (ЭИ283) | 1050 | 1100 |
| 36Х18Н25С2 | 1000 | 1100 |
| 37Х12Н8Г8МФБ (ЭИ481) | 630 | 750 |
| 40Х9С2 | 650 | 850 |
| 40X10С2М (ЭИ107) | 650 | 850 |
| 45Х14Н14В2М (ЭИ69) | 650 | 850 |
| 45Х22Н4М3 (ЭП48) | 850 | 950 |
| ХН33КВЮ (ВЖ145, ЭК102) | 1100 | — |
| ХН45МВТЮБР (ВЖ105, ЭП718) | 700 | — |
| ХН54К15МБЮВТ (ВЖ175) | 750 | — |
| ХН55К15МБЮВТ (ЭК151) | 750 | — |
| ХН55МВЦ (ЧС57) | 950 | — |
| ХН55МВЦУ (ЧС57У) | 950 | — |
| ХН56К16МБВЮТ (ВЖ172) | 900 | — |
| ХН56КМЮБВТ (ЭК79) | 750 | — |
| ХН58МБЮ (ВЖ159, ЭК171) | 1000 | — |
| ХН59КВЮМБТ (ЭП975) | 850 | — |
| ХН60ВТ (ЭИ868, ВЖ98) | 1000 | 1100 |
| ХН60Ю (ЭИ559А) | 1200 | 1250 |
| ХН62БМКТЮ (ЭП742) | 750 | — |
| ХН62ВМЮТ (ЭП708) | 900 | — |
| ХН62МВКЮ (ЭИ867) | 800 | 1080 |
| ХН67МВТЮ (ЭП202) | 800 | 1000 |
| ХН68ВМТЮК (ЭП693) | 950 | — |
| ХН69МБЮТВР (ВЖ136, ЭК100) | 650 | — |
| ХН70ВМТЮ (ЭИ617) | 850 | 1000 |
| ХН70ВМТЮФ (ЭИ826) | 850 | 1050 |
| ХН70Ю (ЭИ652) | 1100 | 1250 |
| ХН73МБТЮ (ЭИ698) | 700 | 1000 |
| ХН75ВМЮ (ЭИ827) | 800 | 1080 |
| ХН75МБТЮ (ЭИ602) | 1050 | 1100 |
| ХН78Т (ЭИ435) | 1100 | 1150 |
В третьей таблице указана максимальная рабочая температура нержавеющей стали при кратковременной эксплуатации (до 1000 часов). При таких сроках эксплуатации сталь и жаропрочные сплавы могут иметь рабочую температуру на 50…100 градусов выше, чем при длительной работе (до 10 тыс. часов).
Например, жаропрочный сплав ХН62МВКЮ при кратковременной эксплуатации может применяться при температурах до 900°С, а при длительной эксплуатации — только до 800°С.
| Марка стали или сплава | Максимальная температура применения, °С | Температура начала интенсивного окалинообразования на воздухе, °С |
|---|---|---|
| 08X13 (ЭИ496) | 650 | 750 |
| 08ХН35ВТЮ (ЭИ787) | 750 | 900 |
| 10Х11Н20Т2Р (ЭИ696А) | 700 | 850 |
| 10Х11Н20Т3Р (ЭИ696) | 700 | 850 |
| 10X11h33T3MP (ЭП33) | 700 | 850 |
| 40X15Н7Г7Ф2МС (ЭИ388) | 650 | 800 |
| ХН55ВМТКЮ (ЭИ929) | 950 | 1050 |
| ХН55МВЮ (ЭП454) | 900* | 1080 |
| ХН56ВМКЮ (ЭП109) | 950 | 1050 |
| ХН56ВМТЮ (ЭП199) | 800 | 1050 |
| ХН57МТВЮ (ЭП590) | 850* | 1000 |
| ХН60ВТ (ЭИ868, ВЖ98) | 1000 | 1100 |
| ХН62МВКЮ (ЭИ867) | 900 | 1080 |
| ХН70МВТЮБ (ЭИ598) | 850 | 1000 |
| ХН70Ю (ЭИ652) | 1200 | 1250 |
| ХН75ВМЮ (ЭИ827) | 850 | 1080 |
| ХН77ТЮР (ЭИ437Б) | 750 | 1050 |
| ХН77ТЮРУ (ЭИ437БУ) | 750 | 1050 |
| *— температура ограниченной эксплуатации стали (до 100 часов) | ||
Источники:
- Журавлев В. Н., Николаева О. И. Машиностроительные стали. Справочник. Изд. 3-е — М.: Машиностроение, 1981. — 391 с.
- ГОСТ 5632-2014 Легированные нержавеющие стали и сплавы коррозионно-стойкие, жаростойкие и жаропрочные. Марки.
Использование сталей различных марок в производстве винтовых свай
Подавляющее большинство производителей изготавливают винтовые сваи из стали марки Ст3, относящейся к углеродистой стали обыкновенного качества, выпуск которой нормируется ГОСТ 380-2005 «Межгосударственный стандарт. Сталь углеродистая обыкновенного качества. Марки».
Стоит отметить, что изделия из данного сырья широко применяются в устройстве надземных коммуникаций, производстве станков и агрегатов, транспортном строительстве, однако при определении области применения стали 3 большую роль играют ее качественные характеристики, в первую очередь степень раскисления.
Раскисление стали – это химический процесс удаления из расплавленного сырья кислорода, определяемого как примесь, ухудшающая механические свойства сплава. В зависимости от химических элементов, используемых для раскисления, различают спокойную, полуспокойную и кипящую сталь.
Спокойная сталь (Ст3сп) лишена кислорода и характеризуется гомогенной (однородной) структурой, призванной придавать сплаву пластичность, а также устойчивость к атмосферной коррозии. Это обусловливает ее использование в производстве заготовок деталей арматуры для трубопроводов и основных элементов для ж/д надземных и подвесных путей, но, разумеется, и увеличивает ее стоимость.
В полуспокойных (Ст3пс) сталях присутствует кислород, из-за чего свойства твердости и пластичности сырья оказываются менее выраженными. Их химический состав также нельзя назвать однородным. Из этой стали производят листовой и трубный прокат (к примеру, балка сталь 3), полосы, круги, квадраты, уголки, шестигранники и закладные детали.
Кипящие стали (Ст3кп) – конструкционные стали, себестоимость получения которых невысока. Они неоднородны по плотности, однако прекрасно обрабатываются при любых термических условиях. Это в сочетании с наименьшей стоимостью среди всех модификаций стали 3 объясняет востребованность кипящих сталей у производителей винтовых свай.
Чем выше содержание углерода в стали 3 (может колебаться от 0,05% до 0,7%), тем хуже прокат из нее поддается сварке. Это может стать серьезным препятствием в создании качественного сварного шва.
Применение Ст3 является обоснованным при температуре до -30℃.
1.1. Применение стали 3 в качестве материала винтовых свай
Компания «ГлавФундамент» использует в производстве спокойную сталь Ст3сп, которая идет на изготовление стволов свай малых и средних диаметров, устанавливаемых под легкие объекты (заборы, беседки и т.п.) и временные сооружения, нагрузки от которых сравнительно невелики. Это связано с тем, что сталь 3 имеет значения физико-механических свойств недостаточные для применения в конструкции винтовых свай, назначаемых под объекты с более высоким классом ответственности.
Кроме того, для Ст3 характерно меньшее содержание углерода, чем, к примеру, для стали 20, что не позволяет ей обеспечить достаточную коррозионную устойчивость винтовых свай при эксплуатации в грунте.
Сталь для труб, метал трубы
Сталь 09Г2ССталь конструкционная низколегированная для сварных конструкций. Сталь кремнемарганцовистая; По ГОСТ 27772-88 соответствует стали для строительных конструкций С345.
Заменитель: 09Г2, 09Г2ДТ, 09Г2Т, 10Г2С.
Вид поставки: газлифтные трубы по ТУ 14-3р-1128-2007
Сталь 13ХФА
Сталь конструкционная легированная качественная.
Вид поставки : трубы из стали 13хфа
Применение: Для изготовления трубной заготовки предназначенной для производства труб бесшовных горячедеформированных нефтегазопроводных повышенной коррозионной стойкости и хладостойкости, предназначенные для использования в системах транспортирующих газ, системах нефтегазопроводов, технологических промысловых трубопроводов, транспортирующих нефть и нефтепродукты, а также в системах поддержания пластового давления в условиях северной климатической зоны при температуре окружающей среды от -60°С до +40°С, температурой транспортируемых сред от +5°С до +40°С и рабочим давлением до 7,4 МПа. Трубы отличаются от нефтегазопроводных труб обычного исполнения по ГОСТ 8731, ГОСТ 8732, повышенной хладостойкостью, повышенной стойкостью к общей и язвенной коррозии, стойкостью к сульфидному коррозионному растрескиванию и образованию водородных трещин.
Сталь 20
Сталь конструкционная углеродистая качественная.
Заменитель : 15, 25.
Вид поставки: труба из стали 20 по ГОСТ 8732-78
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°С.
Сталь 12Х1МФ
Сталь конструкционная жаропрочная низколегированная. Сталь перлитного класса. Рекомендуемая температура применения до 570-585 °С; Температура интенсивного окалинообразования 600 °С; срок работы — более 10000ч.
Заменитель: 12ХМФ.
Вид поставки: Трубы ТУ 14-3р-55-2001, в том числе сортовой и фасонный прокат.
Применение: Для труб пароперегревателей, трубопроводов и коллекторных установок высокого давления; поковок для паровых котлов и паропроводов; деталей цилиндров газовых турбин; для изготовления деталей, работающих при температуре 540-580°С.
Сталь 15ГС
Сталь конструкционная низколегированная для сварных конструкций.
Заменитель: 12ГС, 16ГС.
Вид поставки: Котельные трубы по ТУ 14-3р-55-2001.
Применение: Стационарные трубопроводы питательной воды котлов СВП, работающие при температуре 280°С. А также стойки ферм, верхние обвязки вагонов, хребтовые балки, двутавры и другие детали вагоностроения, детали экскаваторов, элементы сварных металлоконструкций и другие детали, работающие при температуре от -40 до +450°С.
Сталь 17Г1С
Сталь конструкционная низколегированная для сварных конструкций. Сталь кремнемарганцовистая.
Заменитель: 17ГС.
Вид поставки: Трубы магистральные по ГОСТ 20295-85.
Применение: Сварные детали, работающие под давлением при температуре от -40 до +475°С.
Сталь 20ПВ
Сталь конструкционная углеродистая качественная.
Заменитель: 20.
Вид поставки: Трубы по ТУ 14-3р-55-2001.
Применение: Трубы перегревателей, коллекторов и трубопроводов котлов высокого давления для длительной и весьма длительной службы при температурах до 350°С.
Сталь 30ХГСА
Сталь конструкционная легированная. Сталь хромокремнемарганцовая.
Заменитель : 40ХФА, 35ХМ, 40ХН, 25ХГСА, 35ХГСА.
Вид поставки: трубы бесшовные горячекатанные
Применение: Различные улучшаемые детали: валы, оси, зубчатые колеса, фланцы, корпуса обшивки, лопатки компрессорных машин, работающие при температуре до 200°С, рычаги, толкатели, ответственные сварные конструкции, работающие при знакопеременных нагрузках, крепежные детали, работающие при низких температурах.
состав, сфера применения, свойства| Компания «Пассат»
Сталь марки 12Х1МФ относится к теплоустойчивым конструкционным низколегированным сталям. Из стали 12Х1МФ изготавливают коллекторные установки и трубопроводы высокого давления, трубы для паропроводов и пароперегревателей, а также поковок для паровых котлов. Также применяется для создания частей цилиндров для газовых турбин.
КРУГ 12Х1МФ
Возможности применения
Сталь 12Х1МФ подходит для изготовления трубопроводной арматуры, нуждающейся в закалке в масле или на воздухе. Из данной марки стали производят детали различного применения, способные выдерживать рабочую температуру 570-585 °С.
В энергетической промышленности сталь 12Х1МФ используется для производства трубопроводов для тепловых электростанций и для оборудования, работающего под давлением 3,9 Мпа и выше.
Компания «Пассат», давно работающая на российском рынке поставок теплоустойчивого и нержавеющего металлопроката, предлагает своим клиентам широкую номенклатуру качественного товара за разумную цену. Предлагаемый теплоустойчивый металлопрокат, в том числе из стали марки 12Х1МФ, поставляется в различных формах, в том числе в виде круга.
Особенности стали 12Х1МФ
Данная марка стали является ограниченно свариваемой, для сварки необходимо предварительное прогревание до 150-200 °С с дальнейшей термообработкой. Активное образование окалины начинается при температуре в 600 °С. Плотность стали составляет 7.8*103 килограмм на метр кубический. Сталь 12Х1МФ поступает в продажу в двух видах: необработанном и обработанном термически.
Вид поставки стали 12Х1МФ — КРУГ (горячекатаный и кованый)
| ГОСТ, ТУ, | Диаметр, мм |
|---|---|
| 2590-88,х/о | 8 |
| 2590-88,х/о | 10 |
| 2590-88,х/о | 12-27 |
| 2590-88,х/о | 28-56 |
| 2590-88,х/о, г/о | 65-75 |
| 2590-88,г/о | 80-120 |
| 2590-88,г/о, обточ. | 130-190 |
| 2590-88,г/о, обточ. | 200, 210 |
| 2590-88,г/о, обточ. | 220-280 |
| 2590-88,г/о, обточ. | 300, 310 |
| 2590-88,г/о, обточ. | 230, 270 |
Свойства стали 12Х1МФ
Температура критических точек стали 12Х1МФ:
| Критическая точка | Mn | Ar1 | Ac1 | Ar3 | Ac3 |
|---|---|---|---|---|---|
| °С | 430 | 730 | 760 | 825 | 890 |
Механические свойства при испытании на длительную прочность стали 12Х1МФ:
| Предел ползучести, МПа | Скорость ползучести,%/ч | t испытания,°С | Предел длительнойпрочности, МПа | Длит. испытания, ч | t испытания, ч |
|---|---|---|---|---|---|
| 177 | 1/10000 | 520 | 196 | 10000 | 520 |
| 127 | 1/100000 | 520 | 157 | 100000 | 520 |
| 116 | 1/10000 | 560 | 137 | 10000 | 560 |
| 82 | 1/100000 | 560 | 106 | 100000 | 560 |
| 88 | 1/10000 | 580 | 118 | 10000 | 580 |
| 61 | 1/10000 | 580 | 88-98 | 100000 | 580 |
Чувствительность к охрупчиванию стали 12Х1МФ:
| Температура, °С | Время, ч | KCU, Дж/см2 |
|---|---|---|
| — | Исходное состояние | 176 |
| 600 | 3000 | 235 |
| 625 | 5000 | 245 |
Физические свойства стали 12Х1МФ:
| Температура испытания, °С | 20 | 100 | 200 | 300 | 400 | 500 | 600 | 700 | 800 | 900 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Модуль нормальной упругости, Е, ГПа | 198 | 197 | 188 | 183 | 175 | 167 | 157 | 151 | ||
| Плотность, pn, кг/см³ | 7800 | 7780 | 7750 | 7720 | 7680 | 7640 | 7600 | 7570 | 7540 | 7560 |
| Коэффициент теплопроводности Вт/(м ·°С) | 44 | 44 | 42 | 40 | 37 | 35 | 32 | 28 | 28 | |
| Уд. электросопротивление (p, НОм · м) | 230 | 278 | 343 | 430 | 532 | 647 | 775 | 926 | 1087 | 1130 |
| Температура испытания, °С | 20- 100 | 20- 200 | 20- 300 | 20- 400 | 20- 500 | 20- 600 | 20- 700 | 20- 800 | 20- 900 | 20- 1000 |
| Коэффициент линейного расширения (a, 10-6 1/°С) | 12.4 | 13.0 | 13.6 | 14.0 | 14.4 | 14.7 | 14.9 | 14.8 | 12.0 |
справочник-сталь тонколистовая,
Краткие сведения
430 является низко-углеродистой хромисто-железной нерж. сталью. Сталь имеет хорошее сопротивление коррозии в мягко коррозийных окружающих средах и хорошее сопротивление окислению в высоких температурах. В отожженном состоянии сталь податлива, не укрепляется чрезмерно в течение холодной обработки и может быть легко формуема. Сталь имеет ограниченную свариваемость и не должна использоваться в сваренных объектах подвергающимся нагрузкам. Имея ферритную структуру,430 является хрупкой в поднулевых температурах, и не может использоваться в в криогенных Приложениях. Поскольку сталь не содержит никель или молибден, она более дешева чем любая из сталей 300 ряда.
Область применения
430 — простой коррозиостойкий и сопротивляющийся высокой температуре сорт — находит применение в областях, где имеет место мягко коррозийная среда или где требуется сопротивление в умеренных температурах.Типичные применения:
Автомобилестроение, архитектура и декор — напр., индустриальная кровля и стены, кухонная утварь, мойки, сливы, части стиральных машин, трубы. Погрузочно-разгрузочное оборудование материалов в горной промышленности и сахарной промышленности. Максимальная температура — 759oC.
Химический Состав (ASTM A240)
| Состав %
| oC
| Mn
| P
| S
| Si
| Cr
|
| ASTM A 240
| 0.12 max
| 1.0 max
| 0.045 max
| 0.03 max
| 1.0 max
| 16.0-18.0
|
| Типично
| 0.05
| 0.7
| 0.021
| 0.024
| 0.6
| 17
|
Типичные Свойства в Отожженном Состоянии
Свойства, указанные в этой публикации типичны для производства одного из заводов и не должны быть расценены как гарантируемые минимальные значения для целой спецификации.
1.Механические Свойства при комнатной температуре
| типично
| Minimum
| |
| Rp m
Предел прочности (при растяжении), N/mm2 | 530
| 450
|
| Rp 0,2
Предел Упругости, (0.2 %), (текучесть) N/mm2 | 360
| 205
|
| относительное удлинение (% в Lo=5.65 So)
| 25
| 22
|
| Твердость по Бринеллю — НВ
| 160
| -
|
2. Свойства при высоких температурах
Предел прочности при повышенных температурах
| Температура,oC
| 300
| 400
| 550
| 650
| 750
|
| Rp m
Предел прочности (при растяжении), N/mm2 | 450
| 430
| 220
| 120
| 50
|
Минимальные величины Предела Упругости (Текучести) при высокой температуре (деформация в 1 % за 10 000 часов)
| Температура, oC
| 550
| 600
| 650
| 700
| 750
|
| Rp1,0
1.0% пластичная деформация (текучесть) N/mm2 | 50
| 30
| 15
| 5
| 3
|
Максимум, рекомендованных Температур Обслуживания
(Температура образования окалины)
Непрерывное воздействие 750oC
Прерывистые воздействия 850oC
Примечание: Эксплуатация в температурном диапазоне 425 -525oC свыше 100 часов сделает сталь хрупкой при комнатной температуре.
3. Сопротивление Коррозии
3. 1 Кислотные среды
| Температура, oC
| 20
| 80
| ||||||||||
| Концентрация, % к массе
| 1
| 5
| 10
| 20
| 80
| 100
| 1
| 5
| 10
| 20
| 80
| 100
|
| Серная Кислота
| 2
| 2
| 2
| 2
| 2
| 1
| 2
| 2
| 2
| 2
| 2
| 2
|
| Азотная Кислота
| 0
| 0
| 0
| 0
| 1
| 2
| 0
| 0
| 0
| 1
| 1
| 2
|
| Фосфорная Кислота
| 0
| 0
| 2
| 2
| 1
| 0
| 0
| 0
| 2
| 2
| 1
| 1
|
| Муравьиная Кислота
| 0
| 0
| 1
| 1
| 1
| 0
| 0
| 2
| 2
| 2
| 2
| 0
|
Код:
0 = высокая степень защиты — Скорость коррозии менее чем 100 mm/год
1 = частичная защита — Скорость коррозии от 100m до 1000 mm/год
2 = non resistant — Скорость коррозии более чем 1000 mm/год
3.2 Атмосферные воздействия
Сравнение 430-й марки с другими металлами в различных окружающих средах (Скорость коррозии рассчитана при 10-летнем воздействии).
| Окружающая среда
| Скорость коррозии (mm/год)
| ||
| 430
| Aлюминий-3S
| углеродистая сталь
| |
| Сельская
| 0.0025
| 0.028
| 4.3
|
| Морская
| 0.0381
| 0.424
| 25.7
|
| Индустриальная Морская
| 0.0406
| 0.546
| 37.1
|
4. Сварка
430 имеет достаточную свариваемость для многих «статических» применений. Однако шов может быть хрупким при газовой сварке (при нагревании происходит рост зерен в микроструктуре металла). Свойства усталости 430 в сваренном состоянии низкие, и ее не рекомендует для применений, где используется растяжение, или другие воздействия.
Сварку производить никельсодержащими электродами типом 308L.
5. Тепловая Обработка
5.1. Отжиг.
Отожженная 430-я сталь является самой мягкой и податливой и может использоваться для холодной формовки. Диапазон температуры отжига 780oC сопровождается последующим охлаждением на воздухе.
5.2. Отпуск
Отпуск после сварки обычно не требуется, хотя 200-300oC — рекомендованный диапазон температуры отпуска.
5.3. Горячая обработка(интервал ковки)
Начальная температура: 1100 — 1150oC
Конечная температура: ниже 750oC
Избегите длительного воздействия температурой выше 1000oC, поскольку имеет место чрезмерный рост зерна, который уменьшает податливость
Обратите внимание: Для нерж. Стали требуется для однородного прогрева время в 2 раза превышающее время для той же самой толщины углеродистой стали.
6. Холодная Обработка
430 в основном используется в холодном состоянии. Типичные действия включают изгиб, формовку, глубокую вытяжку.
13CrMo4-5, 10CrMo9-10, 14MoV6-3, P91, P92
Котельная сталь — спецификация Химический состав и назначение Стальная конструкция Термическая обработка Ползучесть, релаксация и усталость стальной средыСталь для котлов, сосудов высокого давления и теплообменников для энергетики — характеристики и применение
Также известна как легированная и углеродистая сталь для высокотемпературной эксплуатации или как сталь для энергетики, используемая в средах с рабочими температурами до 600 ℃, где необходимо сохранять аналогичную прочность при комнатной температуре.В металлургии температуры 600 ℃ считаются повышенными температурами.
В отличие от конструкционной стали для обработки, пружинной стали или стали для науглероживания, виды котлов должны выполнять довольно ответственную задачу — в основном, предотвращать или сокращать прогрессирование деформации и усталости обнаженного компонента во время работы, рабочей среды, нагрузки, возникающей во время эксплуатации, а также частоты и времени нагрузки на компонент.
Следовательно, при выборе конкретной марки из этой подгруппы важно убедиться, что материал этого класса будет иметь достаточную стойкость к воздействию горячих газов, надлежащую пластичность, свариваемость, коррозионную стойкость и релаксацию, а также достаточные прочностные свойства при Рабочая Температура.В первую очередь определяются упомянутые выше свойства, такие как предел текучести при данной рабочей температуре, предел ползучести, предел ползучести и, кроме того, термостойкость.
Химический состав и применение котельной стали
Котельные стали используются в основном на обычных или атомных электростанциях и в химической промышленности, например, в качестве паровых котлов с перегретым паром, паровых коллекторов, рулевых дисков, трубок, теплообменников, винтов, гаек и тяжелонагруженные заклепки, паровые котлы, для компонентов (например, лопастей) и арматуры для водяных, газовых и паровых турбин.
Одним из наиболее важных элементов, которые делают котельную сталь способной работать при повышенных температурах и проявлять подходящие прочностные свойства, является хром-хром, ванадий-V и молибден-молибден. С увеличением содержания хрома в химическом составе продукта повышается коррозионная стойкость и возможность использования компонента при более высоких рабочих температурах. При содержании хрома 1,00–2,50% они могут использоваться непрерывно при температуре около 580 ℃. Содержание хрома выше 2.От 5% до 13% существенно не улучшает сопротивление ползучести. В окислительной атмосфере углеродистые стали проявляют сопротивление примерно до 500 ℃.
Как можно видеть, содержание углерода в различных сортах котельной стали сопоставимо, и, следовательно, прочностные характеристики, такие как предел текучести и предел прочности на разрыв, существенно не влияют на углерод, но другие карбидные элементы, такие как ванадий, молибден и даже добавки Вольфрам — N, ниобий — Nb и титан — Ti, которые одновременно способствуют увеличению временного сопротивления ползучести.
Разборка котельной стали по структуре материала
Стали для работы при повышенных температурах делятся на две основные подгруппы:
- ферритные котельные стали, то есть:
- ферритно-перлитные котельные стали,
- ферритно-бейнитные котельные стали. ,
- ферритно-перлитно-бейнитные котельные стали,
- и бейнитные котельные стали
- и мартенситные стали:
- бейнитно-мартенситные стали,
- стали с закаленной мартенситной структурой
С учетом химического состава Из котельной стали выделяем:
- низкоуглеродистые котельные стали с содержанием углерода до 0.25% и
- среднеуглеродистых котельных сталей с содержанием углерода более 0,25%
, которые мы затем делим на:
- низколегированные котельные стали для работы при повышенных температурах
- среднелегированные котельные стали для эксплуатации при повышенных температурах
- высоколегированных котельных сталей для работы при повышенных температурах
Термическая обработка, состояние поставки и структура отдельных марок
Относительно термической обработки сталей, устойчивых к повышенным температурам, и структуры материала после механической обработки стали для котельных плит, котельных труб и силовых стержней поставляются на электростанции в нормальном состоянии после снятия напряжения или в нормальном состоянии, в результате чего ферритная войлочная структура смешивается и, следовательно, лишь незначительно увеличивается прочность (феррит- перлитно-бейнитные, ферритно-перлитные или феррито-бейнитные).
В свою очередь, большая группа легированных сталей может быть упрочнена до мартенситной структуры, а затем превращена в структуру сорбита, как в случае с легированными сортами стали для улучшения. Поэтому в зависимости от химического состава могут возникнуть противоречия в названии определенных марок — между котельной сталью и сталью для улучшения (например, 25HM). Термообработанные сплавы обычно бывают легированными и высоколегированными, в частности высокохромистые сплавы в виде изделий с гораздо большим поперечным сечением, таких как поковки, валы или кованые прутки.Однако обратите внимание, что для марок с низкой прокаливаемостью изделия меньшего сечения должны быть улучшены для получения подходящих механических свойств.
Для поковок валов и роторов турбин, поковок турбинных лопаток используются бейнитные стали. Для достижения этой структуры используются стали, которые нельзя закалить после аустенизации. Для них характерны самые высокие показатели прочности из этой группы.
Сопротивление ползучести, релаксация и усталость котельной стали
Прочностные свойства котельных сталей можно четко определить при рабочих температурах до 200 ℃.Однако использование и название жаропрочной стали сильно мотивировали испытания прочности при 500-600 рабочих температурах. От котельной стали требуется максимально возможный параметр сопротивления ползучести или сопротивления ползучести, т. Е. Наибольшее время постоянной нагрузки для компонента с наименьшей степенью деформации. Испытания на ползучесть и испытания проводились в соответствии с PN-75 / H-04330 и требованиями PN-75 / H-84024.
Усталость роторов турбин в энергетике — это процесс, протекающий при комнатной температуре и при повышенных температурах.В результате высоких температурных перепадов (например, частого нагрева и охлаждения) или работы только при высоких температурах, изменений напряжений, давлений, давлений нагрузки, связанных с вращением элементов, сталь подвержена деформации, релаксации и образованию надрезов. Основным фактором для испытаний на усталость является рабочий цикл нагрузки и время работы элемента. Усталость стали и определение наименований по PN-64 / H-04325.
Третий фактор, который очень важен для определения полезности стали в энергетике, — это явление релаксации, т.е.е. уменьшение или потеря упругих напряжений в частях машин в результате работы более высоких температур в течение более длительного периода времени, что приводит к протечкам в трубах котла; в болтах и гайках присутствуют неправильные «зазоры». Это свойство проверено и используется в стальных фланцах паропроводов, стальных компонентах для болтов корпуса турбины, стальных компонентах для усадочных соединений и соединений под давлением, а также в стальных компонентах для сосудов и оборудования, работающего под давлением.
Котельная сталь — рабочая среда и применение
Самыми распространенными газообразными средами в энергосистемах являются воздух, пар и дымовые газы.Теплостойкость зависит от типа и состава газа, возникающего при работе узла. Воздух, выхлопные газы, перегретый пар и высокие температуры, а также сочетание этих факторов действуют на окисляемую сталь.
Образующиеся оксиды на поверхности котельной стали для энергетики накапливаются вместе с повышением температуры. В котельных сталях оксидный слой быстро разрушается и, в то же время, затрудняет создание оксидного слоя, что приводит к разрушению материала (например,Марки Ст36К, Ст44К, К18, К20 — не более 400-500 ℃). Элементом, предотвращающим процесс этого явления, является хром-Cr, добавка более 0,5% сплава в который дольше защищает компонент, подверженный дальнейшему развитию явления окисления сталей для энергетического оборудования до температуры прибл. . 550 ℃ (например, 10CrMo9-10 — макс. 580 ℃). Оксиды хрома быстро и точно покрывают поверхности прутков и котельных плит, а количество поковок из котельных сталей увеличивается с увеличением рабочей температуры.После полного покрытия поверхность оксида хрома практически неподвижна и устойчива к дальнейшему разрушению материала. Хром также проявляет стойкость к различным соединениям серы в выхлопных газах и, наряду с его химическим составом, также повышает его рабочую температуру. Другой образец марки 12Ни19 / Х12Ни5 / 1.5680.
Трубы, листы и стержни из котельной стали для работы при повышенных температурах
Вышеописанные котельные стали, стали для оборудования, работающего под давлением, и стали для работы при повышенных температурах, определены стандартами PN-75 / H-84024, PN- 75 / H-84019, PN-75 / H-84030, BN-65 / 0631-06 и европейские нормы PN-EN 10269, PN-EN 10302, PN-EN 10088-1, согласно которым поставляются:
- Трубы бесшовные теплообменные котельные по PN-98 / H-74252, BN-67 / 0648-02, BN-66 / 0648-06, BN-68 / 0648-12, BN-68 / 0648-11, PN-EN 10216-2, PN-EN 2017-2, PN-EN 2016-1, PN-EN 10217-5, PN-EN 10216-4,
- Плиты котлов и сосудов высокого давления согласно PN-81 / H-92123, PN -93 / H-92132, PN-64 / H-92148, PN-58 / H-92137, PN- PN-57 / H-92205, PN-EN 10028-2
- Поковки и поковки из котельной стали в соответствии с PN-92 / H-94009, PN-98 / H-93238, BN-69 / 0661-02, BN-67 / 0663-01, PN-EN 10222-2
- Лента холоднокатаная котельная
- Горячекатаная котел и предварительный Надежная стальная балка для резервуаров в соответствии с PN-80 / H-93015, PN-98 / H-93238, PN-EN 10269, PN-EN 10273, PN-EN 10028-2, PN-53 / H-93239, EN 10028- 4,
- Котельная стальная чистая пруток согласно PN-80 / H-93016, EN 10277
- Котельная стальная тянутая проволока согласно EN 10263-4
Состав / свойства — SSINA
Нержавеющие стали обладают хорошей прочностью и хорошей устойчивостью к коррозии и окислению при повышенных температурах.Нержавеющие стали используются при температурах до 1700 ° F для 304 и 316 и до 2000 F для высокотемпературной нержавеющей стали марки 309 (S) и до 2100 ° F для 310 (S). Нержавеющая сталь широко используется в теплообменниках, пароперегревателях, котлах, подогревателях питательной воды, клапанах и главных паропроводах, а также в самолетах и авиакосмической отрасли.
Рисунок 1 (ниже) дает общее представление о преимуществах горячей прочности нержавеющей стали по сравнению с низкоуглеродистой нелегированной сталью. Таблица 1 (ниже) показывает кратковременное растяжение и предел текучести в зависимости от температуры.В таблице 2 (ниже) показаны общепринятые температуры как для прерывистой, так и для непрерывной работы.
Общее сравнение жаропрочных характеристик аустенитных и ферритных нержавеющих сталей с низкоуглеродистыми нелегированными сталями и полуаустенитными дисперсионными и трансформируемыми ионно-твердеющими сталями.Со временем и температурой изменения в металлургической структуре можно ожидать для любого металла. В нержавеющей стали изменениями могут быть размягчение, выделение карбида или охрупчивание.Размягчение или потеря прочности происходит в нержавеющих сталях серии 300 (304, 316 и т. Д.) При температуре около 1000 ° F, при температуре около 900 ° F для упрочняемых сталей серии 400 (410, 420, 440) и 800 ° F для некондиционных сталей. — закаливаемая серия 400 (409, 430) (см. Таблицу 1 ниже).
Осаждение карбидаможет происходить в серии 300 в диапазоне температур 800 — 1600 ° F. Его можно предотвратить, выбрав марку, предназначенную для предотвращения выделения карбида, то есть 347 (с добавлением Cb) или 321 (с добавлением Ti). Если выпадение карбида все же происходит, его можно удалить нагреванием выше 1900 ° С и быстрым охлаждением.
Закаливаемая серия 400 с содержанием хрома более 12%, а также не закаливаемая серия 400 и дуплексные нержавеющие стали подвержены охрупчиванию при воздействии температуры 700–950 ° F в течение длительного периода времени. Иногда это называют охрупчиванием при температуре 885 ° F, потому что это температура, при которой охрупчивание происходит наиболее быстро. Охрупчивание 885F приводит к низкой пластичности и повышенной твердости и прочности на разрыв при комнатной температуре, но сохраняет свои желаемые механические свойства при рабочих температурах.
Может показаться нелогичным, что «непрерывная» рабочая температура будет выше, чем «прерывистая» рабочая температура для марок серии 300. Ответ заключается в том, что периодическая эксплуатация включает «термоциклирование», которое может вызвать растрескивание и скалывание образовавшейся высокотемпературной окалины. Это происходит из-за разницы в коэффициенте расширения нержавеющего металла и шкалы. В результате этого образования накипи и растрескивания происходит большее ухудшение поверхности, которое произойдет, если температура будет постоянной.Поэтому предлагаемые температуры периодической эксплуатации ниже. Это не относится к серии 400 (как ферритных, так и мартенситных марок). Причина этого неизвестна.
Кредит: Эти таблицы были извлечены из следующих устаревших брошюр;
- Брошюра Института никеля № 11021 Высокоэффективные нержавеющие стали
- Брошюра Международной молибденовой ассоциации «Практические рекомендации по производству дуплексных нержавеющих сталей»
Диапазон рабочих температур тепловой трубки
Теоретически рабочие жидкости работают от тройной точки до критической точки
Тепловые трубки — это двухфазные теплообменники.Для работы тепловой трубы требуется насыщенная рабочая жидкость, содержащая как жидкость, так и пар в тепловой трубе. Скрытая теплота рабочего тела передается путем испарения жидкости в испарителе и конденсации пара обратно в жидкость в конденсаторе. Теоретически тепловая трубка будет работать при температуре чуть выше тройной точки (уникальная температура и давление, при которых рабочая жидкость может быть в жидкой, паровой и твердой форме), чуть ниже критической точки (пар и жидкость имеют одинаковые свойства. ).Как обсуждается ниже, существуют и другие ограничения, которые сужают практический диапазон температур.
Рисунок (1)
Тройная точка и критическая точка для ряда обычных рабочих жидкостей с тепловыми трубками показаны на рисунке (1) и в таблице 1. Следует отметить два момента. Во-первых, есть пробелы в температурном диапазоне криогенных тепловых трубок (ниже примерно 100 К), где нет известной в настоящее время рабочей жидкости.
Во-вторых, существует множество потенциальных рабочих жидкостей при данной температуре, выше 200 К.Выбранная жидкость обычно является жидкостью с наивысшим показателем качества, когда допустима совместимая оболочка тепловой трубы. Например, хотя аммиак является более эффективной рабочей жидкостью, чем метанол, при использовании медного фитиля и оболочки следует выбирать метанол. Для больших геотермальных термосифонов может быть выбрана жидкость с низким потенциалом глобального потепления.
Таблица 1. Выбранные рабочие жидкости для тепловых труб, тройная точка и критическая точка. Температура замерзания используется для галогенидов, цезия и лития, поскольку тройная точка недоступна.
* Прокрутите вправо, чтобы просмотреть таблицу
Жидкость | Температура тройной точки, K | Критическая точка, K | Температура тройной точки, ° C | Критическая точка, ° C |
Гелий | – | 5,20 | – | -268.0 |
Водород | 13,95 | 33,15 | -259,2 | -240,0 |
Неон | 24,56 | 44,49 | -248,6 | -228,7 |
Кислород | 54,33 | 154.58 | -218,8 | -118,6 |
Азот | 63,14 | 126,19 | -210,0 | -147,0 |
Пропилен | 87,8 | 365,57 | -185,4 | 92,4 |
этан | 91 | 305.33 | -182,2 | 32,2 |
Пентан | 143,46 | 469,7 | -129,7 | 196,6 |
R134a | 169,85 | 374,1 | -103,3 | 101,0 |
Метанол | 175.5 | 512,6 | -97,7 | 239,5 |
Толуол | 178,15 | 591,75 | -95,0 | 318,6 |
Ацетон | 178,5 | 508,1 | -94,7 | 235.0 |
Аммиак | 194,95 | 405,4 | -78,2 | 132,3 |
Двуокись углерода | 216,58 | 304,1 | -56,6 | 31,0 |
SnCl 4 | 240,15 | 591.85 | -33,0 | 318,7 |
TiCl 4 | 243 | 638 | -30,2 | 364,9 |
Вода | 273,16 | 647,10 | 0,0 | 373,9 |
Цезий | 301.6 | 2045 | 28,5 | 1771,9 |
Нафталин | 353,5 | 748,4 | 80,4 | 475,3 |
Калий | 336,35 | 2239 | 63,2 | 1965 г.9 |
AlBr 3 | 370,15 | 763 | 97,0 | 489,9 |
Натрий | 370,98 | 2507 | 97,8 | 2233,9 |
Литий | 453,64 | 3503 | 180.5 | 3229,9 |
Практические пределы температуры рабочих жидкостей
На практике диапазон жидкости меньше, как на нижнем, так и на верхнем конце диапазона температур. Например, водяная тепловая труба будет передавать некоторую мощность между тройной точкой воды (0,01 ° C) и критической точкой (373,9 ° C). Расчет максимальной мощности для типичной водяной тепловой трубы показан на рисунке 5. Пиковая мощность наблюдается при температуре около 150 ° C) и падает при более низких и более высоких температурах.Практически большинство водяных тепловых труб рассчитаны на работу при температуре выше ~ 25 ° C). При более низких температурах давление пара уменьшается, а также плотность пара, поэтому скорость пара для заданного количества мощности увеличивается. При температурах ниже 25 ° C становятся важными пределы вязкости и звука, ограничивающие мощность тепловой трубки.
Рисунок (2) Пик производительности тепловой трубы обычно находится где-то в середине температурного диапазона между тройной точкой и критической точкой.
Практические рабочие температуры воды
Практический верхний предел температуры для тепловых трубок медь / вода составляет примерно 150 ° C и устанавливается максимально допустимыми напряжениями в медной оболочке; см. рисунок 6.При 150 ° C давление насыщенного водяного пара составляет 69 фунтов на квадратный дюйм (477 кПа). Поскольку медь относительно мягкая, требуемый диаметр при толщине стенки выше 150 ° C становится непрактичным.
Рисунок (3) Давление насыщенного водяного пара в зависимости от температуры.
Конверты из титана или монеляувеличивают максимальный диапазон рабочих температур воды до 300 ° C. В этом случае верхний предел температуры устанавливается свойствами жидкости. Как и в случае любой насыщенной жидкости, свойства насыщенного пара и жидкости становятся все более и более похожими по мере приближения к критической точке.Хорошая рабочая жидкость для тепловых трубок имеет большую скрытую теплоту и большое поверхностное натяжение. Как показано на рисунках 7 и 8, скрытая теплота и поверхностное натяжение приближаются к нулю вблизи критической точки (373,9 ° C).
Рисунок (4) Напряжение поверхности воды как функция температуры.
Рисунок (4) Скрытое тепло воды в зависимости от температуры.
Практические пределы температуры
В таблице 2 перечислены практические пределы температуры. Обратите внимание, что диапазон верхних температур для некоторых из этих жидкостей устанавливается тем фактом, что жидкость более высокого качества может использоваться при более высоких температурах.Более подробно это обсуждается в Совместимых жидкостях и материалах.
* Прокрутите вправо, чтобы просмотреть таблицу
Мин. Рабочая температура, ° C | Макс.рабочая температура, ° C | Рабочая жидкость | Материалы конверта | Комментарии |
-271 | -269 | Гелий | Нержавеющая сталь, титан | |
-258 | -243 | Водород | Нержавеющая сталь | |
-246 | -234 | Неон | Нержавеющая сталь | |
-214 | -160 | Кислород | Алюминий, нержавеющая сталь | |
-203 | -170 | Азот | Алюминий, нержавеющая сталь | |
-170 | 0 | этан | Алюминий, нержавеющая сталь | КТЭУ ниже точки замерзания аммиака |
-150 | 40 | Пропилен | Алюминий, нержавеющая сталь, никель | LHP ниже точки замерзания аммиака |
-100 | 120 | Пентан | Алюминий, нержавеющая сталь | |
-80 | 50 | R134a | Нержавеющая сталь | Используется для рекуперации энергии |
-65 | 100 | Аммиак | Алюминий, сталь, нержавеющая сталь, никель | Медь, титан несовместимы |
-60 | ~ 100 до 125 | Метанол | Медь, нержавеющая сталь | Наблюдается газ с Ni при 125 ° C, Cu при 140 ° C.Алюминий и титан несовместимы |
-50 | ~ 100 | Ацетон | Алюминий, нержавеющая сталь | Разлагается при более высоких температурах |
-50 | 280 | Толуол | Al 140 ° C, сталь, нержавеющая сталь, титан, Cu-NI | Образование газа при более высоких температурах (испытание на срок службы ACT) |
20 | 280, краткосрочно до 300 | Вода | Медь, монель, никель, титан | Кратковременная эксплуатация до 300 ° C.Алюминий, сталь, нержавеющая сталь и никель несовместимы |
100 | 350 | Нафталин | Al, сталь, нержавеющая сталь, титан, Cu-Ni | 380 ° C кратковременно. Замерзает при 80 ° C |
200 | 300, краткосрочно до 350 | Dowtherm A / Therminol VP | Al, сталь, нержавеющая сталь, титан | Выработка газа увеличивается с повышением температуры.Несовместим с медью и Cu-Ni |
200 | 400 | AlBr 3 | Хастеллойс | Алюминий не совместим. Замерзает при 100 ° C |
400 | 600 | Цезий | Нержавеющая сталь, инконель, Haynes, титан | Верхний предел, устанавливаемый, где K — лучшая рабочая жидкость.Монель, медь и медно-никелевый сплав несовместимы |
500 | 700 | Калий | Нержавеющая сталь, Инконель, Haynes | Установлен верхний предел, когда Na — лучшая жидкость. Монель и медь несовместимы |
500 | 800 | NaK | Нержавеющая сталь, инконель, Haynes | Установлен верхний предел, когда Na — лучшая рабочая жидкость.Монель и медь несовместимы |
600 | 1100 | Натрий | Нержавеющая сталь, инконель, Haynes | Верхний предел, установленный Хейнсом 230 Прочность ползучести |
1100 | 1825 | Литий | Вольфрам, ниобий.Молибден, TZM | Литий несовместим с суперсплавами. Реакция взаимодействия тугоплавких металлов с воздухом |
Таблица 2.
Вернуться к рабочим жидкостям…
Вернуться к материалам, рабочим жидкостям и совместимости тепловых труб…
Влияние низких температур на характеристики стали и оборудования
Проектирование оборудования для низких температур — Часть 1
Связанное содержание: * Примечание * теперь есть Часть 2 «Влияние низких температур на характеристики стали и оборудования
»При проектировании оборудования для низкотемпературных применений важно помнить, что низкие температуры могут отрицательно повлиять на вязкость при растяжении многих широко используемых конструкционных материалов.Вязкость при растяжении — это мера хрупкости или пластичности материала; его часто оценивают путем вычисления площади под кривой зависимости напряжения от деформации. Перед разрушением пластичные материалы поглощают значительное количество энергии удара, что приводит к характерным деформациям. С другой стороны, хрупкие материалы имеют тенденцию к разрушению при ударе. Как правило, материалы с высокой пластичностью (то есть склонностью к деформации перед разрушением) и высокой прочностью имеют хорошую вязкость при растяжении. Однако в зависимости от материала прочность на разрыв может быть очень чувствительной к изменениям температуры.Многие материалы переходят от пластичного к хрупкому поведению, если температура опускается ниже определенной точки. Температура, при которой происходит этот сдвиг, варьируется от материала к материалу. Иногда ее определяют как температуру, при которой материал поглощает 15 футов на фунт энергии удара во время разрушения. Она широко известна как температура «перехода из пластичного в хрупкое состояние» (DBTT), температура «перехода от нулевой пластичности» или «температура перехода 15 футов на фунт».
График пластической хрупкости Sparta
Как дизайнеры, мы в идеале хотим, чтобы DBTT был как можно меньше для низкотемпературного проектирования. Металлы, такие как алюминий, золото, серебро и медь, имеют структуру кристаллической решетки FCC (гранецентрированную кубическую), и большинство из них не испытывают перехода от пластичного к хрупкому поведению. Другие металлы, такие как железо, многие стали, хром и вольфрам, имеют кристаллическую структуру BCC (объемно-центрированную кубическую) и испытывают резкий, часто нелинейный сдвиг пластичности. Обратите внимание, что аустенитные нержавеющие стали, такие как серии SAE 200 и 300 (например, нержавеющая сталь 316), имеют структуру FCC и не подвержены переходу из пластичного в хрупкое состояние.С другой стороны, ферритные и мартенситные нержавеющие стали, такие как серия SAE 400 (например, нержавеющая сталь 416), имеют структуру BCC и действительно испытывают пластично-хрупкий переход.
QT-100
ЗначенияDBTT обычно определяются с помощью стандартизированного испытания на удар по Шарпи (или аналогичного) при различных температурах. Из-за характера этого испытания эти значения могут не соответствовать условиям, в которых материал будет находиться с точки зрения проектирования.Несколько факторов могут вызвать увеличение DBTT, включая толщину материала, скорость, с которой устройство нагружается (т.е. скорость деформации), дефекты микроструктуры материала (часто результат легирования) и наличие концентраций напряжений (т.е. острые углы и т. д.) в устройстве. В соответствии со стандартом ASTM A514 сталь QT-100 имеет отличные низкотемпературные свойства, но не рекомендуется для структурного использования при температурах ниже -46 ° C, так как она может стать очень хрупкой. Многие компоненты крана имеют даже более высокое значение DBTT.Например, многие блоки рассчитаны на рабочую температуру -20 ° C.
Что это значит в поле?
Очевидно, что люди используют это оборудование при температурах ниже -20, поэтому они сразу же берут на себя ответственность за это. Это также означает, что инженер не может точно предсказать режим отказа в низкотемпературной зоне . Любой хрупкий отказ будет катастрофическим, но отказ не обязательно будет предсказуемым. Это произойдет в результате случайного удара, динамического нагружения или распространения из трещины или зазубрины.
Связанное содержимое:
Гость, автор:
-Derek Loewen
Поделиться публикацией «Влияние низких температур на характеристики стали и оборудования»
(PDF) Механические свойства конструкционной стали при повышенных температурах и после охлаждения
со скоростью нагрева 10 ° C / мин и 30 ° C / мин. Также была проведена небольшая серия испытаний со скоростью нагрева
45 ° C / мин.
Испытания на растяжение конструкционной стали S355J2H проводились на образцах, вырезанных из
SHS-труб 50x50x3, 80x80x3 и 100x100x3 в продольном направлении от середины торца напротив сварного шва
. Небольшая серия испытаний с образцами, взятыми из угловых частей SHS-трубки 50x50x3
, также была проведена в качестве дополнения к первоначальному плану проекта. Результаты испытаний были включены в
EC3: Часть 1.2 модель материала с использованием расчетных параметров, определенных в ходе испытаний в переходном состоянии.
Из результатов испытаний было ясно видно, что при скорости нагрева 20 ° C / мин повышенная прочность
, вызванная холодной штамповкой, начинает исчезать при температурах 600 ° C-700 ° C. Для испытательного образца с более высокими скоростями нагрева
повышенная прочность, по-видимому, сохраняется до более высоких температур. Результаты испытаний при
температурах от 20 ° C до 1000 ° C представлены в таблицах 2, 3 и 4.
Таблица 2: Механические свойства конструкционной стали S355J2H при повышенных температурах.
Образцы из СВС 50x50x3
Темп.
[° C] Модуль упругости
Эластичность E [Н / мм2] Пропорциональный предел fp
[Н / мм2] Предел текучести
fy [Н / мм2] Предел текучести
Rp0,2 [Н / мм2] Выход прочность Rt0,5
[Н / мм2]
20 210000 481,1 566 520 526
100 210000 481,1 566 520 526
200 189000 441.48 549,02 485 496
300 168000 367,9 537,7 439 455
400 147000 311,3 481,1 381399
500 126000 169,8 367,9 255 280
600 65100 67,92 181,12 118 132,3
700 27300 66 39,62 9000 101,88 28132,3
700 27300 66 39,62 101,88 46 51
800 18900 19,81 42,45 29 33
850 16537,5 11,32 31,13 20 23
900 14175 6,792 22,64 13 17
950 11812,5 5,66 19,81 12 14
1000 9450 4.528 22,64 10 11
Таблица 3: Механические свойства конструкционной стали S355J2H при повышенных температурах.
Образцы для испытаний из SHS 80x80x3
Temp
[° C] Модуль упругости
Эластичность E [Н / мм2] Предел пропорциональности
fp [Н / мм2] Предел текучести
fy [Н / мм2] Предел текучести
Rp0,2 [Н / мм2] Предел текучести
Rt0,5 [Н / мм2]
20 210000 462,4 544 500 525
100 210000 462,4 544 500 505,4882
200 189000 424,32 527,68 473 478,1146
300 168000 353,6 516,8 432 438,4486
400 147000 299,2 462,4 379 384,3109
500 126000 163,2 353,6 255 270,426
600 65100 65,28 174,08 117 128,1229
700 27300 38,08 97,92 67 70,38595
750 23100 27,2 65,28 44 48,80605
800 18900 8,16 35,36 21 24,87326
850 16537,5 7,344 29,92 16 22,46505
900 14175 6,528 16,32 11 12,67555
950 11812,5 5,44 13,6
Инструментальная сталь для тигля и нержавеющая сталь специальность Общая информация о сплаве
Инструментальная сталь обычно поставляется в отожженном состоянии, примерно 200/250 по Бринеллю (около 20 HRC), для облегчения обработки.В этом состоянии большая часть сплава находится в виде карбидов сплава, диспергированных по всей мягкой матрице. Эти стали необходимо подвергать термообработке для достижения их характерных свойств. Процесс термообработки изменяет распределение сплава и превращает мягкую матрицу в твердую, способную выдерживать давление, истирание и удары, присущие обработке металлов давлением. Каждый этап цикла термообработки предназначен для выполнения определенной функции, и, как звенья цепи, конечный продукт хорош настолько, насколько хорош его самый слабый компонент.Хотя это может составлять только 10% или меньше стоимости инструмента, процесс термообработки, вероятно, является самым важным фактором, определяющим производительность инструмента. При термической обработке инструментальных сталей не существует приемлемого ярлыка.
Предварительный нагрев
Предварительный или медленный нагрев инструментальной стали дает два важных преимущества. Во-первых, большинство инструментальных сталей чувствительны к термическому удару. Внезапное повышение температуры на 1500/2000 ° F может вызвать растрескивание инструментальной стали.Во-вторых, инструментальные стали претерпевают изменение плотности или объема, когда они трансформируются из отожженной микроструктуры при поставке в высокотемпературную структуру — аустенит. Если это изменение объема происходит неравномерно, это может вызвать ненужное искажение инструментов, особенно если различия в сечении приводят к тому, что некоторые части инструмента трансформируются до того, как другие части достигают требуемой температуры. Инструментальную сталь следует предварительно нагреть до температуры чуть ниже этой критической температуры превращения, а затем выдержать достаточно долго, чтобы позволить всему поперечному сечению достичь однородной температуры.После того, как вся деталь выровнена, дальнейший нагрев до температуры аустенизации позволит материалу трансформироваться более равномерно, вызывая меньшее искажение.
Аустенизация
Полезный легирующий состав большинства инструментальных сталей существует в виде частиц карбида в отожженной стали. Этот сплав, по крайней мере, частично диффундирует в матрицу при температуре закалки или аустенизации. Фактическая используемая температура в основном зависит от химического состава стали.Температуру можно несколько изменить, чтобы адаптировать полученные свойства к конкретным применениям. Высокие температуры позволяют большему количеству сплава диффундировать, позволяя немного повысить твердость или прочность на сжатие. При более низких температурах меньше сплава диффундирует в матрицу, и поэтому матрица становится более жесткой или менее хрупкой, хотя, следовательно, она может не развиваться до такой высокой твердости. Используемое время выдержки зависит от температуры. Распространение сплава происходит быстрее при более высоких температурах, и соответственно уменьшается время выдержки.
Для наилучшего сочетания свойств мы обычно рекомендуем использовать самую низкую температуру отверждения, которая обеспечит адекватную твердость для вашего применения.
Время, указанное в таблице, типично для относительно небольших секций (менее 2 дюймов) и представляет собой общее время выдержки после того, как материал достиг заданной температуры. Большие секции необходимо выдерживать дольше, чтобы центр мог нагреться до температуры. Продолжительное выдерживание время зависит от печного оборудования, размера загрузки и опыта термообработки.
| Термическая обработка инструментальной стали | ||||||
| AISI | Preheat Temp. (1) | Аустенизация Темп. (2 ) | Время удержания (минуты) (3 ) | Оуэнх | Temper Temp. (6) | Типичная твердость HRC |
| S7 | 1350/1400 | 1725/1750 | 15–45 | AIR (4) | 350/600 | 54/58 |
| O1 | 1250/1300 | 1450/1500 | 15-30 | МАСЛО | 350/500 | 58/63 |
| A2 | 1350/1400 | 1750/1800 | 20–45 | ВОЗДУХА | 400/1000 | 56/62 |
| D2 | 1400/1450 | 1825 / l875 | 15 45 | ВОЗДУХА | 400/1000 | 55/62 |
| CRUWEAR | 1400/1550 | 1850/2050 | 15–45 | ВОЗДУХА | 900/1050 | 58/64 |
| 3V | 1450/1550 | 1875/2050 | 20–45 | ВОЗДУХА | 950/1050 | 56/62 |
| м2 | 1500/1550 | 2050/2200 | 3-10 | AIR (5) | 1000/1100 | 58/65 |
| M4 | 1500/1550 | 2050/2200 | 5-10 | AIR (5) | 1000/1100 | 58/65 |
| 9В | 1500/1550 | 1950/2050 | 15–45 | AlR (5) | 1000/1150 | 44/56 |
| 10 В | 1500/1550 | 1950/2150 | 5-45 | AlR (5) | 1000/1100 | 56/63 |
| 15V | 1500/1550 | 2050/2150 | 10-20 | AlR (5) | 1000/1100 | 56/63 |
(1) Инструменты должны находиться в диапазоне предварительного нагрева ровно столько, чтобы температура выровнялась по всему материалу.Второй этап предварительного нагрева при 1850/1900 ° F рекомендуется для вакуумных или атмосферных печей, когда температура отверждения превышает 2000 ° F.
(2) более высокие температуры аустенизации используются для немного большей твердости; более низкие температуры могут немного улучшить ударную вязкость.
(3) Время выдержки — это типичное время выдержки после того, как материал достиг заданной температуры. Более продолжительное время — для низких температур аустенизации; высокие температуры требуют более коротких выдержек. Различия в типе печи, загрузке или размере детали и т. Д., могут потребоваться различные припуски на детали для достижения заданной температуры.
(4) Для очень больших участков может потребоваться прерывистая закалка в масле.
(5) Хотя быстрорежущие стали можно закаливать на воздухе, для достижения максимальной твердости требуется соляная ванна или другое подобное оборудование.
(6) Для большинства степеней обязательны множественные заклинания. Обратитесь к индивидуальным таблицам данных для конкретных требований.
Закалка
После того, как содержание сплава было перераспределено по желанию во время аустенизации, сталь необходимо охладить достаточно быстро, чтобы полностью затвердеть до мартенсита, что обеспечит прочность материала.Скорость охлаждения стали до полного затвердевания зависит от химического состава. Как правило, низколегированные стали (O1) необходимо закаливать в масле, чтобы они достаточно быстро остыли. Сильная закалка может охладить некоторые части инструмента значительно быстрее, чем другие части, вызывая деформацию или даже растрескивание в тяжелых случаях. Более высокое содержание сплава позволяет стали развивать полностью закаленные свойства при более низкой скорости закалки. Стали, закаливаемые на воздухе, охлаждаются более равномерно, поэтому деформация и риск растрескивания меньше, чем при закалке в масле.
Для высоколегированных инструментальных сталей, температура закалки которых превышает 2000 ° F, скорость закалки от примерно 1800 ° F до температуры ниже 1200 ° F является критической для оптимального отклика на термообработку и ударной вязкости материала.
Независимо от того, как закаливают инструментальную сталь, получаемая в результате структура, мартенсит, чрезвычайно хрупкая и подвергается большим нагрузкам. При вводе в эксплуатацию в таком состоянии большинство инструментальных сталей разрушится. Некоторые инструментальные стали в таких условиях могут самопроизвольно треснуть, даже если их не трогать при комнатной температуре.По этой причине, как только инструментальные стали были закалены любым методом до нагрева вручную (около 125/150 ° F), их следует немедленно отпустить.
Закалка
Закалка выполняется для снятия напряжений с хрупкого мартенсита, образовавшегося во время закалки. Большинство сталей имеют довольно широкий диапазон допустимых температур отпуска. Как правило, следует использовать самую высокую температуру отпуска, которая обеспечивает необходимую твердость инструмента. Скорость нагрева до температуры отпуска и охлаждения от температуры отпуска не является критичной.Следует избегать резких резких перепадов температуры. Материал должен полностью остыть до комнатной температуры (50/75 ° F) или ниже между и после закаливания. Большинство сталей необходимо выдерживать при температуре не менее двух-четырех часов для каждого отпуска. Практическое правило — выдерживать один час на дюйм самой толстой секции, но ни в коем случае не менее двух часов независимо от размера.
Изменение размера
Процесс термической обработки приводит к неизбежному увеличению размера инструментальных сталей из-за изменений в их микроструктуре.Большинство инструментальных сталей вырастают между 0,0005 и 0,002 дюйма на дюйм исходной длины во время термообработки. Это несколько варьируется в зависимости от ряда теоретических и практических факторов. Большинство специалистов по термообработке знают, чего ожидать от типичных процессов.
В некоторых случаях комбинация переменных, включая высокое содержание сплава, длительное время аустенизации или высокую температуру, слишком быстрое прекращение процесса закалки, недостаточное охлаждение между температурами или другие факторы в процессе, могут вызвать некоторые из высокотемпературных структура, аустенит, сохраняется при комнатной температуре.Другими словами, при нормальной закалке структура не полностью трансформируется в мартенсит.
Это состояние остаточного аустенита обычно сопровождается неожиданным уменьшением размера, а иногда и меньшей способностью удерживать магнит. Это состояние часто можно исправить, просто подвергнув инструменты воздействию низких температур, например, при криогенной или холодильной обработке, чтобы ускорить завершение превращения в мартенсит.
Криогенная обработка
Большинство инструментальных сталей фактически приобретают свою закаленную структуру (мартенсит) во время закалки, примерно от 600 ° F до 200 ° F.Однако по разным причинам в некоторых случаях превращение в мартенсит может не завершиться даже при 125/150 ° F. В таких случаях некоторая высокотемпературная микроструктура, аустенит, может сохраняться после нормальной термообработки. A2 и D2 — это две распространенные марки, которые могут содержать значительное количество (20% или более) остаточного аустенита после нормальной термической обработки. Остаточный аустенит может быть нежелательным по ряду причин. При охлаждении стали до криогенных (минусовых) температур этот остаточный аустенит может быть преобразован в мартенсит.Вновь образованный мартенсит похож на исходную структуру после закалки и должен быть отпущен. Криогенная обработка должна включать закалку после замораживания. Часто замораживание может выполняться между обычно запланированными несколькими температурами. Технически криогенная обработка является наиболее эффективной как неотъемлемая часть первоначальной закалки, но из-за высокого риска растрескивания, как обсуждалось в разделе «Закалка» выше, мы рекомендуем обычно отпускать материал по крайней мере один раз перед выполнением любых криогенных обработок.
Рекомендации по оборудованию
Воздействие кислорода при температурах аустенизации вызывает образование накипи и обезуглероживание поверхностей инструмента. Обезуглероживание приводит к необратимой потере достижимой твердости на поверхности инструмента. По этой причине требуется некоторая защита поверхности во время аустенизации. Вакуумные печи, печи с контролируемой атмосферой или печи с нейтральной соляной ванной обеспечивают защиту поверхности. Если печи с нейтральной атмосферой недоступны, части могут быть завернуты в нержавеющую фольгу, чтобы свести к минимуму воздействие кислорода.
Соляные печи обычно обеспечивают самый быстрый и равномерный нагрев, но оставляют остатки, которые необходимо удалить с поверхности инструмента. Термическая обработка в соляной ванне традиционно использовалась для режущих инструментов из быстрорежущей стали и часто не подходит для больших инструментов или для закалки в больших объемах.
Вакуумные печи обеспечивают лучшую защиту поверхности, но обычно требуют более длительных технологических циклов. Скорость закалки может быть ограничена из-за невозможности отвода тепла от горячей детали достаточно быстро, чтобы получить максимальную твердость.Вакуумная термообработка может привести к несколько меньшей жесткости, чем в солевой ванне. Обертывание деталей фольгой также может замедлить скорость закалки из-за небольшого изолирующего эффекта слоя фольги. Кроме того, необходимо выбрать тип фольги, выдерживающий используемую температуру аустенизации.
При термообработке нескольких деталей важно загружать печи так, чтобы вокруг каждой детали была свободная циркуляция. Во время аустенизации необходимо дать каждой части возможность нагреться относительно равномерно, чтобы избежать чрезмерного времени выдержки.Чрезмерное время выдержки может снизить ударную вязкость материала. Кроме того, хорошая циркуляция вокруг инструментов способствует более быстрой закалке, что хорошо для металлургических свойств, а также способствует более равномерному охлаждению, что помогает контролировать деформацию.
Рекомендуемые термические обработки для определенных инструментальных сталей подробно описаны в отдельных технических паспортах. Однако многие практические проблемы могут повлиять на процесс термообработки. Заинтересованные производители инструментов должны обсудить термическую обработку со своими специалистами по термообработке, чтобы найти лучший процесс, подходящий для их инструментов и областей применения.
Волокна | Бесплатный полнотекстовый | Влияние высокой температуры на механические свойства бетона, армированного стальным волокном
1. Введение
Волокна использовались для армирования хрупких материалов до изобретения цемента и со времен египетской и вавилонской цивилизаций [1]. В 1960 году было проведено множество исследований по улучшению механических свойств бетона путем включения в его структуру волокон различных типов [2,3,4,5,6], которые залечивали трещины и повышали пластичность бетонных элементов [7].Кроме того, добавление волокон к бетонной матрице увеличивало деформацию при пиковой нагрузке и улучшало способность поглощать энергию изготовленных конструкций [8]. Многие исследовательские группы изучали свойства различных композитов, полученных путем введения волокон, включая материалы на основе цемента, армированные остатками агропромышленного комплекса, переработанный полиэтилентерефталат, растительные, стеклянные и стальные волокна [9,10,11,12]. В частности, добавление волокон к бетонной матрице улучшило ее долговечность, проявив псевдопластичность (остаточная прочность по отношению к приложенной силе после растрескивания).Добавление волокон в матрицу композита увеличивает ее способность поглощать энергию, поскольку они способствуют передаче напряжения через трещины, действуя как мосты, и, таким образом, повышают стабильность материала [13,14,15,16], благодаря характеристикам волокна, свойствам бетонной матрицы и взаимодействия волокна с матрицей [15]. Эффективность добавленных волокон зависит от их конкретных параметров, таких как объемная доля, соотношение сторон (AR), форма и распределение по размерам [17]. Помимо вяжущих материалов, различные другие композиты также могут быть армированы волокнами, например асфальтовыми смесями [18], полимерами [19,20] или керамической матрицей [21].Исследования, связанные со стальными волокнами для армирования вяжущих материалов (в основном, бетона) и их применения, все чаще присутствуют в научном сообществе. Коцовос, Зерис и Коцовос [22] изучали влияние стальных волокон на железобетонные конструкции во время моделирования землетрясения. Chalioris и Sfiri [23] оценили поведение сдвига армированных стальным волокном балок при циклической нагрузке. Chalioris [24] выполнил последовательный аналитический подход для определения минимального содержания волокна в стальных фибробетонных балках, которое приведет к адекватной прочности на сдвиг и последующей замене хомутов.Park et al. [25] изучали влияние условий отверждения на прочность на сжатие в раннем возрасте для бетонов со сверхвысокими характеристиками, армированных стальной фиброй. Канг и др. [26] исследовали микроструктурные свойства армированных волокном бетонов с высокими характеристиками, подвергнутых различным термообработкам. Chalioris и Panagiotopoulos [27] оценили реакцию на изгиб бетона, армированного стальными волокнами (SFRC), с помощью численного подхода. Guerini et al. [28] изучали влияние стальных волокон и синтетических макроволокон на обрабатываемость и механические характеристики бетона.Халиорис, Космиду и Караяннис [29] исследовали влияние добавления стальной фибры на механическое поведение армированных балок, подвергающихся циклической нагрузке. Соарес Джуниор и др. [30] изучали характеристики армированных стальным волокном высокоэффективных цементирующих композитных плит с помощью свойств изгиба, статистического анализа и микроструктурных исследований. Работоспособность оценивалась в других работах [31,32,33,34]. Как правило, с увеличением содержания клетчатки удобоукладываемость снижается. Примеси, добавки, тип волокна и пропорция смеси также влияют на свойства армированного волокном бетона (FRC) в свежем состоянии.На свойства бетона могут существенно влиять высокие температуры [35,36], которые вызывают снижение его прочности на сжатие, а также растрескивание и отслаивание. Кроме того, высокие температуры снижают прочность сцепления между цементным тестом и заполнителями и приводят к прогрессирующему разрушению структуры геля цемента, что, как следствие, снижает его несущую способность [37,38]. Были проведены многочисленные исследования механических свойств стали и полипропилена (FRC), подверженных воздействию высоких температур [39,40,41,42,43,44,45,46,47,48]; явления снижения прочности и поверхностного растрескивания, наблюдаемые для различных фибробетонов, подробно описаны в [49].Однако исследование разрушения бетона при высоких температурах представляет собой сложную задачу из-за различных свойств его составляющих [50]. Негативное влияние высокой температуры на микроструктуру (термохимическое разложение и чрезмерное микротрещина) и макроструктуру (истирание и растрескивание) бетона существенно снижает его прочность и модуль упругости. Кроме того, прочность цементного теста снижается после нагрева до температур выше 300 ° C из-за потери воды гидратированными силикатными частицами (процесс ускоряется в диапазоне температур от 500 до 600 ° C из-за дегидратации гидроксида кальция).В результате происходит усадка цемента [51]. При температурах ниже 200 ° C снижение прочности цемента относительно незначительно. В области от 200 ° C до 300 ° C происходит ослабление сил Ван-дер-Ваальса между различными слоями C – S – H из-за испарения воды (оба эти фактора способствуют потере прочности бетона) [50,52 ]. В интервале температур от 300 ° С до 600 ° С соответствующее снижение прочности составляет от 50% до 90%. Между 600 ° C и 900 ° C соответствующее снижение прочности становится равным 90% [50,51,53].При температурах выше 1000 ° С его остаточная прочность снижается до нуля [50]. Однако структурное сопротивление бетона становится нулевым после нагрева до температур выше 600 ° C [54]. При температуре 500 ° C бетон теряет от 55% до 70% своей первоначальной прочности [55]. В сценарии применения FRC может использоваться в различных конструктивных или иных ситуациях, таких как промышленные полы, сборные элементы. , плиты, столбы, фундаменты и др. [56,57]. Также встречаются другие специфические применения, особенно для конструкций с высоким содержанием волокна, таких как конструкции, способные выдерживать землетрясения [22], ударопрочность [58], баллистическая защита и взрывы [59].Тем не менее, описанные выше преимущества FRC благоприятны в условиях пожара. Сооружения могут быть внезапно захвачены пожарами, что подвергает опасности жизни людей и причиняет значительные финансовые убытки. Использование волокон способствует хорошей стойкости при повышенных температурах, предотвращает растрескивание и ограничивает изменения размеров, сохраняя сцепление бетона [60]. Огнестойкость существенно важна для модульных зданий [61], в которых используются различные типы композитных материалов [62] (армированный стекловолокном полимер — GFRP; полимерная или стальная цементная плита, армированная сеткой), а также в сооружениях железнодорожной инфраструктуры [63] ].В первом случае модульные здания строятся путем объединения крупных сборных частей или элементов, поэтому возникает необходимость в дополнительной заботе о теплоакустической изоляции и огнестойкости. Второй момент касается возможности возгорания шпал верхнего строения железной дороги в случае пожара или сварки стыков рельсов.В этом контексте важно изучение строительных материалов, подвергающихся воздействию высоких температур, особенно тех, которые имеют структурную функцию. Кроме того, было замечено, что температуры около 500 ° C являются критическими с точки зрения разрушения цементирующей матрицы и, как следствие, снижения производительности.Как указано выше, в нескольких работах рассматриваются характеристики фибробетона, подвергающегося повышенным температурам. Тем не менее, совместное влияние аспектного отношения волокна и высокой температуры на механические свойства требует дальнейшего изучения. Таким образом, настоящая работа направлена на исследование влияния добавления стальных волокон и их соотношения сторон на механическую прочность бетона, нагретого до 500 ° C.
В литературе есть несколько исследований, связанных с добавлением стальной фибры в бетон для использования в перекрытиях и плитах, но мало исследований по стальному фибробетону в пожарных ситуациях.Настоящая работа внесла свой вклад в научное развитие технологии бетона с точки зрения устойчивости к требованиям после воздействия высоких температур. Представленные результаты показывают выигрыш, вызванный добавлением стальной фибры в бетон, особенно в ситуациях после воздействия высоких температур.
2. Материалы и методы
На рисунке 1 показана блок-схема экспериментальной процедуры, использованной для определения характеристик портландцемента и его заполнителей. В этом исследовании были подготовлены образцы бетона со стальной фиброй и без нее.В Таблице 1, Таблице 2 и Таблице 3 перечислены характеристики цемента, волокон и сырья, соответственно; В таблице 4 указаны пропорции сырья; и Таблица 5 описывает химический состав волокон. Образцы бетона без волокон будут далее называться контрольным бетоном (CC), а образцы бетона, армированного стальными волокнами (SFRC), оказались зависимыми от AR их волокна. составные части. Были отформованы четыре призматических образца размером 150 × 150 × 500 мм и 20 цилиндрических образцов диаметром 100 мм и высотой 200 мм.Половина подготовленных образцов была нагрета до высокой температуры через 7 дней из 28 дней влажного отверждения в соответствии с диаграммой, представленной на рисунке 2. Обе группы образцов (хранили при комнатной температуре 25 ° C и подвергали воздействию высокой температуры 500 ° C) были охарактеризованы механическими испытаниями для определения их прочности на сжатие, прочности на разрыв (посредством испытаний на диаметральное сжатие), прочности на растяжение при изгибе и модулей упругости. Для измерения прочности на сжатие были испытаны на сжатие пять ненагреваемых и пять нагретых цилиндрических образцов каждого типа бетона (включая 10 образцов CC и 10 образцов из каждой группы SFRC, всего 40 образцов).Процедура испытаний (рис. 3а) проводилась на универсальной испытательной машине, а образцы испытывались при скорости нагружения 0,5 МПа / с. Основания образцов были упорядочены с помощью неопреновых колпачков с металлическими основаниями. Чтобы определить предел прочности при диаметральном сжатии (рис. 3c), три ненагреваемых и три нагретых цилиндрических образца, приготовленные из каждой бетонной смеси, были испытаны с использованием той же экспериментальной установки при скорости нагрузки 0,2 МПа / с. Предел прочности при изгибе (рис. 3d) был измерен с использованием двух ненагреваемых и двух нагретых призматических образцов для каждой бетонной смеси при скорости нагрузки 0.1 МПа / с. Для определения статических (рис. 3b) и динамических модулей упругости (рис. 3e) были испытаны два ненагреваемых и два нагретых цилиндрических образца, изготовленные из каждой бетонной смеси. При испытании динамического модуля упругости на вынужденной резонансной частоте были испытаны два образца и рассчитана кажущаяся удельная масса с использованием системы испытания на резонансной частоте в продольной моде. Для определения частотного поля, которое будет использоваться, приблизительное значение продольной резонансной частоты 10 кГц было принято для цилиндрических образцов диаметром 100 мм и высотой 200 мм, и для каждого образца было 10 отсчетов резонансной частоты, всего 20 отсчетов.На основе приблизительной продольной резонансной частоты были определены значения частоты для крайних значений частотного диапазона, то есть начальной частоты (Fs) и конечной частоты (Fe). Эти значения используются для расчета соответствующего динамического модуля упругости (E D ) в соответствии с уравнением (1): где «n» — частота основной моды продольной вибрации в Гц, «l» — длина образца. в мм, а «ρ» — это плотность материала в кг / м. 3 . Из полученных значений прочности на изгиб, значения прочности на изгиб (T 3 , в Н × мм) и коэффициента вязкости при изгибе (f e , 3 , безразмерный).Первый параметр был рассчитан в соответствии с критерием SF-4 Японского общества инженеров-строителей [64] путем измерения общей площади под кривой нагрузки смещения (нагрузка по сравнению с деформацией) с верхним пределом смещения, равным L / 150 (3 мм), где L (450 мм) — длина зазора между опорами. Таким образом, ударная вязкость представляет собой произведение между нагрузкой (Н) и прогибом (мм). Впоследствии значение вязкости при изгибе (T 3 ) использовалось в уравнении (2):fe, 3 = T3 · LL150 · b · h3
(2)
где «b» — ширина образца, а «h» — его высота.Используя это уравнение, был получен коэффициент вязкости при изгибе (f e , 3 ), соответствующий средней фиктивной нагрузке, которой выдерживает образец после растрескивания цементной матрицы [65]. Фактор ударной вязкости — это параметр, который не учитывает геометрию образца, тем самым анализируя способность поглощения энергии при разрыве материала.