Криогенные стали – это сплавы с отличной коррозийной стойкостью и высокой прочностью, которая не меняется при изменении температурных условий. Эти сплавы не склонны к хладноломкости, поэтому выполненные из них изделия могут эксплуатироваться при t от -196°С до +600°С. Это нержавеющие стали, которые могут работать с агрессивными средами даже при температуре +350°С. А наиболее популярным и востребованным представителем криогенных сплавов считается сталь 12х18н10т (ГОСТ 5949-75).

Марка стали 12х18н10т отличается характерным химическим составом, в котором сразу бросается в глаза высокое содержание таких элементов, как хром (Cr) и никель (Ni):

• Fe – около 67%
• Cr – 17,0–19,0%
• Ni – 9,0–11,0%
• Mn – не больше 2,0%
• Si – не больше 0,8%
• Cu – не больше 0,3%
• C – не больше 0,12%
• P – не больше 0,035%
• S – не больше 0,02%

Применение нержавеющей стали 12х18н10т

Такие впечатляющие эксплуатационные характеристики позволяют применять сплав марки 12х18н10т для производства изделий, работающих под высоким давлением, при экстремальных температурах, а также с агрессивными средами, например, щелочными растворами, разбавленными растворами уксусных, азотных и фосфорных кислот, солями и т.д. Нержавейка аустенитного класса выпускается в виде фасонного проката согласно ГОСТам 5949-75, 2590-2006 и 2879-2006. При этом для производства необходимых изделий можно использовать и проволоку, и прутки, и ленты, и поковки, и листовой прокат, и готовые трубы из стали 12Х18Н10Т.

Данный сплав не только наделен высокой коррозионной стойкостью и может контактировать с различными жидкими средами, но и очень устойчив к межкристаллитной коррозии, обычно возникающей при сварочном нагреве. Последнее свойство делает эту нержавейку отличным материалом для сварочных работ, которые в случае со сталью 12Х18Н10Т осуществляются без каких-либо ограничений. В данном случае рекомендуется применять КТС, ЭШС или РДС с использованием электродов типа ЦТ-26.

Сталь 12х18н10т: физические и механические характеристики марки

Данный материал не склонен к образованию флокенов, а его закалка производится при температуре 1050-1100^oC. Твердость этой стали достигает HB 10^-1=179МПа, в то время как удельный вес равен 7920кг/м³. Такие характеристики, как плотность стали 12х18н10т, её теплоемкость, ударную вязкость и др., можно узнать из следующих таблиц:

Как известно, любые углеродистые стали можно считать самыми распространенными и массовыми конструкционными материалами, применяемыми в химическом и нефтехимическом машиностроении, строительстве, различных отраслях промышленности. Такие материалы принято классифицировать по нескольким признакам. Так, по своему химическому составу они бывают конструкционными и инструментальными, а по качеству – высококачественными, качественными и обыкновенного качества.

Сталь 15 марки следует относить к конструкционным углеродистым качественным сталям, которые имеют относительно низкое процентное содержание углерода: от 0,12 до 0,19%, т.е. в среднем – 0,15%, что и соответствует 15 марке сплава. Если же данный материал получает дополнительное количество какого-либо легирующего элемента, он повышает свои прочностные и антикоррозионные свойства: например, хромированная сталь 15х включает в себя не менее 1% хрома (Cr), влияющего и на прочность и на протекание диффузных процессов.

ГОСТы на производство и применение стали 15 марки

Предприятия закупают сталь 15 в виде фасонного сортового проката, изготовленного по ГОСТам:

• ГОСТы 10705-80 и 10704-91 – трубы
• ГОСТы 7417-75, 10702-78, 8559-75, 8560-78 – калиброванные прутки
• ГОСТы 14955-77 и 10702-78 – шлифованные прутки и серебрянка
• ГОСТы 103-2006 и 82-70 – полосы
• ГОСТы 5663-79 и 17305-91 – проволока
• ГОСТы 19903-74 и 1577-93 – листы толстые
• ГОСТ 16523-97 – листы тонкие
• ГОСТы 6009-74, 10234-77 и 2284-79 – ленты
• ГОСТ 8479-70 – кованые заготовки и поковки

15 марка стали очень популярна в промышленности, поскольку идет на производство винтов, болтов и прочих деталей, отличающихся высокой пластичностью и прочностью. Диапазон рабочих температур для данного сплава весьма широк: от —40^оС до 450^оС. Прошедшая соответствующую термическую обработку, сталь 15 марки наделяется высокой поверхностной твердостью, что позволяет получать из нее износостойкие гайки, рычаги, кулачки и другие элементы узлов и механизмов.

Сталь 15 марки: основные характеристики и химический состав

Сплав 15 марки наделен относительно высокой твердостью: HB 10^-1=149МПа. При этом он может без ограничений подвергаться сварке, не склонен к отпускной хрупкости и образованию флокенов. Остальные физические и механические характеристики этого металла приведены в таблицах:


Что касается химического состава стали 15, который и обеспечивает её соответствие конструкционному углеродистому качественному сплаву, то он представлен следующими элементами:

• Fe – около 98%
• Mn – 0,35-0,65%
• Si – 0,17-0,37%
• Ni – не больше 0,25%
• Cr – не больше 0,25%
• Cu – не больше 0,25%
• C – 0,12-0,19%
• As – не больше 0,08%
• S – не больше 0,04%
• P – не больше 0,035%

Сталь марки 17Г1С носит название конструкционного низколегированного кремнемарганцовистого сплава, специально предназначенного для сварных конструкций. Свариваемость данного материала не имеет ограничений, а его выпуск производится в наиболее удобных формах проката: листового (по ГОСТам 19282-73, 19903-74 и ГОСТ 5520-79), а также в виде полос (по ГОСТу 82-70).

Благодаря особому химическому составу стали 17с1г сварные детали, получаемые из данного сплава, могут работать как под высоким давлением, так и в относительно большом диапазоне температур – от -40°С до +475°С. Конструкционная сталь 17г1с включает:

• Fe – около 96%
• Mn – 1,15-1,6%
• Si – 0,4-0,6%
• Ni – не более 0,3%
• Cr – не более 0,3%
• Cu – не более 0,3%
• C – 0,15-0,2%
• As – не более 0,08%
• S – не более 0,04%
• P – не более 0,035%
• N – не более 0,008%

Расшифровать наименование марки стали 17г1с (или 17г1с-у) можно следующим образом: две первых цифры указывают на содержание углерода (сотые доли процента); буква «Г» соответствует наличию в сплаве марганца в количестве, превышающем 1%; буква «С» – дополнительно говорит о наличии кремния. Наконец, если в обозначении присутствует  буква “У”, то данный сплав наделен улучшенными свойствами по определенному признаку.

Назначение стали 17Г1С

Поскольку данный сплав отлично противостоит большим температурам, его применяют для выпуска элементов и деталей трубопроводов, переносящих пар и горячую воду. Это не только трубы, но и фланцы, сварные переходы, тройники и прочие фасонные детали. Сталь 17Г1С идет на строительство нефте- и  газопроводов, тепловых сетей и электростанций, различных трубопроводов высокого давления, в том числе транспортирующих некоррозионно-активные газы. Низколегированная кремнемарганцовистая сталь 17г1с обычно подвергается упрочняющей обработке, представляющей собой контролируемую прокатку и ускоренное охлаждение. Толщина фасонного проката этого сварочного сплава может достигать 60 мм.

Наиболее популярные импортные аналоги марки 17г1с – сталь s355 и с355. Если же рассматривать промышленность наиболее передовых стран, то альтернативой данному сплаву станут: в Германии – марки 1.0570, S355J2G3, St52-3, St52-3G, Fe510D1, P355N, S355J0; в Японии – SM490A, SM490B, SM490C, SM520B, SM520C, STK490, SM490YA, SM490YB, SM50A, STKM16C, STKR490.

Сталь 17г1с: свойства и характеристики

Механические и физические свойства сплава марки 17г1с представлены в следующих таблицах:

Этот углеродистый конструкционный качественный сплав достаточно прочен, а его химический состав изначально сбалансирован для достижения долговечности металла, т.е. максимального увеличения срока его эксплуатации. Элементы, присутствующие в стали 20 марки, имеют следующее процентное соотношение:

• Fe – около 98%
• Mn – 0,35-0,65%
• Si – 0,17-0,37%
• Ni – не больше 0,25%
• Cr – не больше 0,25%
• Cu – не больше 0,25%
• C – 0,17-0,24%
• As – не больше 0,08%
• S – не больше 0,04%
• P – не больше 0,04%

Увеличение доли легирующих добавок позволяет получать сталь с улучшенными свойствами: к примеру, хромированная сталь 20х с долей Cr=1% дает возможность эксплуатировать детали и изделия из сплава 20 марки в условиях повышенной влажности.

Основные физические и механические характеристики стали марки 20

ГОСТ на сталь 20 марки предполагает получение металла твердостью HB 10^-1=163МПа и удельным весом 7,85г/см³. Этот сплав не склонен к образованию флокенов и к отпускной хрупкости, а его ковка производится при t=1280^оС(начало)– 750^оС(конец) с последующим охлаждением металла на воздухе. Сварка стали 20 осуществляется технологиями РДС, КТС и АДС (под флюсом и газовой защитой).

Остальные свойства сплава 20 представлены ниже:

Сталь 20: применение, ГОСТы

Сталь 20 марки крайне востребована практически в каждой отрасли промышленности. Используют её и в строительстве, но самым популярным прокатом данного сплава остается листовая сталь, идущая на штамповку деталей для машиностроения и изготовление магистральных трубопроводов.

Фасонный сортовой прокат из стали 20 выпускается по ГОСТам 2591-2006, 2879-2006, 8509-93, 8510-86, 1050-88, 2590-2006, 8240-97 и 8239-89. При этом металл может поступать на производство в виде шлифованного и калиброванного прутка, лент, листов, проволоки, кованых заготовок и поковок, а также готовых труб различной толщины.

Эта сталь применяется для обустройства коллекторов, трубопроводов и элементов котлов высокого давления. Примечательной особенностью сплава 20 марки можно назвать отличную стойкость к сильным температурным перепадам: металл выдерживает как высокие температуры (до 350^оС), так и низкие, свойственные суровому северному климату.

Зарубежными аналогами стали марки 20 в США выступают следующие виды и классы сталей: G10200, G10230, H10200, 1020, 1023, 1024, M1020 и M1023; в Германии – C22, C22E, C22R, 1.0402, 1.0405, 1.1151, Ck22, Cm22, Cq22, St45-8 и St35; в Японии – S20CK, S22C, STB410, STKM12A, STKM12A-S, S20C, STKM13B и STKM13B-W.

Эта конструкционная углеродистая качественная сталь содержит 0,25% углерода, а значит, её ближайшими заменителями выступают сплавы 20 и 30 марок. Сталь 25 характеризуются достаточно хорошей пластичностью и отличной способностью к штамповке. Кроме того, она не имеет ограничений про сварочных работах, и эта её универсальность делает сплав крайне востребованным в производстве всевозможных крепежных деталей.

Наиболее популярный вид, который данный сплав приобретает после выплавки – это тонкий листовой прокат, который идет на штамповку. При этом сталь 25 марки поступает в цеха промышленных предприятий в любом виде фасонного сортового проката: шлифованные и калиброванные прутки, полосы, ленты, проволока, кованые заготовки и т.д.

Согласно определенным ГОСТам, наша промышленность выпускает из данного сплава огромный перечень деталей, элементов и узлов: валы, соединительные муфты, оси, вилки, шайбы, валики, собачки, рычаги, болты, фланцы, крепежные детали, тройники и пр. Вместе с тем, технология определенной термической обработки позволяет получать детали с повышенной износостойкостью, т.е. высокой поверхностной твердостью.

Химический состав стали 25

Элементы, присутствующие в сплаве 25 марки:

• Fe – около 97%
• Mn – 0,5-0,8%
• C – 0,22-0,3%
• Si – 0,17-0,37%
• Ni – не больше 0,25%
• S – не больше 0,04%
• P – не больше 0,035%
• Cr – не больше 0,25%
• Cu – не больше 0,25%
• As – не больше 0,08%

Такой состав предопределяет следующие параметры термообработки: последовательные закалку и отпуск, резание при σв=450-490МПа, ковку при 1280^оС(начало)-700^оС(конец). Выплавленная согласно ГОСТу, сталь 25 марки наделяется твердостью в HB 10^-1=207МПа.

Сталь 25 марки: свойства и характеристики

Основные параметры и показатели стали 25 представлены в этих таблицах:

Сталь ак-25

Этот сплав не имеет ничего общего с углеродистым сплавом 25 марки, поскольку содержание элемента С в ней равно всего 0,14%. Вместе с тем, это позволило создать уникальную высокопрочную свариваемую сталь, предел текучести которой был равен 60 кгс/мм². Сталь АК-25 шла на изготовление корпусов подводных лодок, поскольку являлась не только высокопрочной и свариваемой, но и взрывостойкой и коррозионностойкой. В 50-х годах прошлого века увидели свет еще более усовершенствованные сплавы: АК-27, АК-28, АК-29, из которых делали высокопрочные корпуса знаменитых ледоколов «Ленин», «Сибирь», «Россия» и «Арктика».

Сталь с легирующими элементами – это металл с усовершенствованными эксплуатационными характеристиками, поскольку добавки в виде никеля, марганца, ванадия, хрома или алюминия наделяют сплав большей прочностью, коррозионной стойкостью и прочими полезными свойствами. Самым популярным легирующим элементом традиционно выступает хром (Cr), который помогает повысить пределы текучести и прочности стали, сохраняя при этом достаточную вязкость сплава.

Сталь 20х принадлежит к разряду легированных конструкционных сплавов, в составе которых доля хрома достигает 1%. Это позволяет называть металл хромированным, а его главное преимущество перед обычными углеродистыми сталями проявляется после соответствующей термической обработки. Благодаря легирующим элементам любые диффузные процессы в таких металлах значительно затормаживаются.

О химическом составе и физических свойствах стали 20х

Как это можно определить по названию данной марки, этот металл имеет 0,20% углерода и около 1% хрома. Это не единственные химические элементы, которые обеспечивают сплаву его отличные свойства:

• Fe – около 97%
• Cr – 0,7-1,0%
• C – 0,17-0,23%
• Mn – 0,5-0,8%
• Ni – до 0,3%
• Si – 0,17-0,37%
• S – не более 0,035%
• P – не более 0,035%
• Cu – не более 0,3%

Такой набор элементов позволяет получать сталь, которая малочувствительна к образованию флокенов, не склонна к отпускной хрупкости и обладает твердостью в HB 10^-1=179МПа. Кроме того, сталь 20х может подвергаться сварке практически без ограничений: исключение составляют лишь химико-термически обработанные изделия.

Физические и механические свойства хромированного сплава марки 20х представлены в следующих таблицах:

Сталь 20х: области применения и ГОСТы

Конструкционная легированная сталь такого типа поставляется в цеха промышленных предприятий в виде проката, технология изготовления которого прописана в ГОСТах: кованые заготовки выпускаются согласно ГОСТ 1133-71 и 8479-70, листовой прокат – ГОСТ 1577-93 и 19903-74, калиброванные прутки – ГОСТ 8559-75, 1051-73, 8560-78, 7417-75 и т.д. Готовая продукция из данного сплава чаще всего представляет собой цементируемые детали и элементы, включая шестерни, обоймы, втулки, гильзы и др. Основные требования, предъявляемые к таким изделиям, касаются высокой поверхностной твердости металла на фоне невысокой прочности сердцевины. Другими словами, сталь 20х отлично подходит для производства износостойких деталей, испытывающих на себе силы трения.

Еще одна сфера применения стали 20х – изготовление измерительного инструмента. Цементируемый сплав позволяет делать инструмент достаточной твердости (минимум Rс=56-64) при сохранении его сложной конфигурации и большой длины.

Чтобы получить любую сталь – сплав железа с углеродом (Fe+C), необходимо добиться определенного процентного соотношения этих химических элементов. Сталью будет являться сплав, где доля углерода не превышает 2,14%, поскольку при его большем количестве вещество будет соответствовать параметрам чугуна. Таким образом, сталь производится, в том числе посредством переплавки чугуна, т.е. уменьшения содержания в нём углерода. Стоит отметить, что последний отвечает не за прочность металла, а за его твердость.

Различают углеродистые стали по содержанию элемента С:

• низкоуглеродистые – не более 0,25%
• среднеуглеродистые – от 0,25% до 0,6%
• высокоуглеродистые – от 0,6%—2,0%

Рассматриваемая нами сталь 30 марки содержит 0,30% углерода, а значит, является среднеуглеродистым конструкционным сплавом.

Применение стали 30

Прежде всего, сталь 30 марки идёт на изготовление качественного листового проката 1-2 категории, толщина которого варьируется в пределах 4-14 мм. Производство такого фасонного проката, равно как и любого другого, контролируется соответствующими ГОСТами:

• ГОСТ 16523-97 – тонкие листы
• ГОСТы 19903-74 и 1577-93 – толстые листы
• ГОСТы 7417-75, 8559-75, 8560-78, 10702-78 – калиброванные прутки
• ГОСТы 14955-77 и 10702-78 – шлифованные прутки
• ГОСТы 17305-91 и 5663-79 – проволока
• ГОСТы 6009-74 , 2284-79 и 10234-77 – ленты
• ГОСТы 103-2006 82-70 и 1577-93 – полосы

Данный «полуфабрикат» обычно обрабатывается по технологиям холодной штамповки, позволяющим получать серьги, тяги, траверсы, валы, рычаги, звездочки, цилиндры и муфты. Это детали невысокой прочности, которой, тем не менее, хватает для слабонагруженных элементов промышленных узлов и механизмов. Если же говорить, например, о проволоке, то, выполненная из стали 30 марки, она идет на выпуск спиц для велосипедов и мотоциклов.

Сталь 30: химический состав и физические характеристики

Среднеуглеродистый конструкционный качественный сплав марки 30 включает в себя следующие химические элементы (доля в процентах):

• Fe – около 97%
• C – 0,27-0,35%
• Mn – 0,5-0,8%
• Si – 0,17-0,37%
• Cr – не больше 0,25%
• Cu – не больше 0,25%
• Ni – не больше 0,25%
• As – не больше 0,08%
• S – не больше 0,04%
• P – не больше 0,035%

С таким набором составляющих сталь принадлежит к категории ограниченно свариваемых, поэтому при использовании РДС, ЭШС или АДС сплаву необходим подогрев, а также последующая термообработка.

Основные механические и физические характеристики, которые демонстрирует сталь 30 марки, представлены здесь:

Конструкционными сталями принято называть углеродистые или легированные сплавы, которым придаются определенные физические, механические и химические свойства. Чаще всего каждая марка, например, сталь 40хфа, идёт на изготовление определенных деталей и элементов узлов, производимых для нужд строительства и машиностроения.

К разряду качественных или высококачественных можно отнести только легированные конструкционные стали, в которых присутствуют специальные элементы, значительно повышающие коррозионную стойкость металла и его прочность. Легирующими элементами могут выступать разные составляющие, которые в русском обозначении марки сплава обозначаются определенными буквами:

• Х – хром (Cr)
• Н – никель (Ni)
• Д – медь (Cu)
• Ф – ванадий (V)
• Г – марганец (Mn)
• С – кремний (Si)
• А – азот (N)
• В – вольфрам (W) и т.д.

Определенное сочетание и концентрация легирующих элементов позволяют наделять сплав конкретными характеристиками и свойствами. В случае со сплавом 40хфа мы имеем дело с высококачественной конструкционной легированной хромованадиевой сталью, имеющей следующий химический состав:

• Fe – ~96%
• Cr – 0,8-1,1%
• V – 0,1-0,18%
• Mn – 0,5-0,8%
• C – 0,37-0,44%
• Si – 0,17-0,37%
• Cu – не более 0,3%
• Ni – не более 0,3%
• S – не более 0,025%
• P – не более 0,025%

Механически и физические свойства сплава

Металл данной марки следует отнести к трудносвариваемым сталям, которые в процессе сварки необходимо нагревать, а затем охлаждать. Здесь и высокая флокеночувствительность материала, т.е. его склонность к образованию неоднородных участков, и наличие отпускной хрупкости.

Сталь 40х – хромистая, с содержанием углерода в 0,40%, равно как и марки 65Г, 50ХФА и 30Х3МФ, выступает заменителем сплаву 40хфа. Иностранными же аналогами считаются следующие виды металлов: 4140, 4142 и G41400 – в США; 1.7223 и 41CrMo4 – в Германии, SCM440 – в Японии и т.д.

Плотность стали 40хфа, её твёрдость при определенных температурных условиях и прочие характеристики представлены в следующих таблицах:


В качестве обязательной термообработки в случае со сплавом 40хфа применяется традиционная закалка и отпуск (в соответствии с ГОСТом на сталь данной марки). Ковка металла должна начинаться при 1250^оС, а завершаться – при 860-800^оС.

Сталь 40хфа: применение

Этот сплав поставляется в цеха промышленных предприятий в виде калиброванных, шлифованных прутков и кованых заготовок. Кроме того, очень популярен лист 40х, идущий на производство эстакад и мостовых конструкций. Хромованадиевая высококачественная легированная сталь рассчитана на использование в производстве деталей и узлов, рабочая температура которых не превышает 400^оС. Это штоки, шлицевые валы, траверсы, установочные винты и пр. Сталь 40хфа, прошедший закалку и низкий отпуск, идет на изготовление деталей повышенной износостойкости, например, червячных валов.

Эта сталь поступает на промышленные предприятия в виде поковок, проволоки, лент, полос, толстых и тонких листов, калиброванных и шлифованных прутков – словом, практически в любом виде фасонного сортового проката, используемого на производстве. Высокие свойства прочности, твердости и износостойкости позволяют использовать сталь 40 марки в изготовлении труб и крепежных деталей, поковок и дисков, валов и фланцев, роторов и втулок, а также зубчатых колес, которые рассчитаны на длительной службы и способны работать в условиях повышенных температур (но не более 425^оС).

Сталь 40: химический состав и механические характеристики

К 97-процентной основе из железа (Fe) в данном сплаве добавляется 0,37-0,45% углерода. Основным улучшающим элементом здесь служит марганец – 0,5-0,8%. Остальные химические составляющие представлены в следующих пропорциях:

• Si – 0,17-0,37%
• Cu – не более 0,3%
• Cr – не более 0,25%
• Ni – не более 0,25%
• As – не более 0,08%
• P – не более 0,035%
• S – не более 0,035%

При чётком соблюдении технологии выплавки твердость данного сплава может достигать HB 10-1=187МПа. Согласно ГОСТу, 40 марка является не склонной к отпускной хрупкости и не чувствительна к образованию флокенов. Прочие эксплуатационные и механические свойства стали 40 марки можно найти в таблицах:

Сварка стали 40х

Этот сплав принадлежит к категории ограниченно свариваемых. Оптимальными способами сварки станут применение ЭШС, РДС, а также АДС, выполняемая под газовой защитой и с флюсом. Недостаточная свариваемость частично может быть компенсирована предварительным подогревом соединяемых кромок, а также последующей термообработкой.

При выполнении электрошлаковой сварки (ЭШС) сплав 40 марки соединяют двумя электродными проволоками типа Св-10Г2 d=3мм, используя скорость подачи в 140-150 м/ч. В полученном шве концентрация углерода будет составлять всего 0,25-0,27%, однако это нисколько не уменьшит прочностные характеристики материала шва, поскольку они будут превышать аналогичный показатель основного металла, взятый из ГОСТ 1050-74. Вместе с тем, будет иметь место значительное уменьшение ударной вязкости непосредственно в зоне плавления, поскольку на участках перегрева станет происходить укрупнение зерна. Выполнив нормализацию сварного соединения в соответствии с технологией, ударную вязкость можно повысить до 40 Дж/см².

Серьезным препятствием к применению электрошлаковой сварки сплава 40 марки может стать появление микротрещин. Причина тому кроется в большой скорости подачи электродной проволоки, а также неблагоприятном сочетании пониженной технологической прочности стали и временного напряжения растяжения металла. Справиться с проблемой поможет предварительный подогрев свариваемых поверхностей, а также использование пониженной скорости подачи проволоки и повышенного напряжения. Кроме того, замечено, что сталь 40 и 40х сваривается лучше всего при повышенном вылете проволоки.