Какой предел текучести у высокопрочной стали?
Высокопрочные марки сталей (Фрилендер 2)
Большинство современных автомобилей строится с применением сталей различных марок, что позволяет оптимизировать конструкцию кузова (столкновение, безопасность, жесткость, снижение расхода топлива и т.д.).
Стали делятся на несколько групп по пределу прочности на разрыв и пределу текучести (усилия, которое нужно для пластической деформации материала).
Предел текучести
Предел текучести определяет то усилие, при котором металл теряет упругость и начинает пластически деформироваться без последующего восстановления формы.
Предел прочности на разрыв
Предел прочности на разрыв определяет то усилие, при котором растягиваемый образец разрушается.
Двухфазная сталь (DP) может соответствовать, как классификации VHSS, так и классификации EHSS, в зависимости от марки.
| Марка стали | Предел текучести |
| Мягкая низкоуглеродистая сталь (MS) | Предел текучести до 180 МПа |
| Высокопрочная сталь (HSS) | Сталь с пределом текучести до 280 МПа |
| Высокопрочная сталь с повышенным пределом текучести (VHSS) | Сталь с пределом текучести до 380 МПа |
| Сверхпрочная сталь (EHSS) | Сталь с пределом текучести до 800 МПа |
| Ультрапрочная сталь (UHSS) | Сталь с пределом текучести свыше 800 МПа |
Сварка ультрапрочной стали
Сварка ультрапрочной стали требует использования сварочного оборудования, допускающего следующие параметры сварки.
Твердая пайка в среде инертного газа
При выполнении твердой пайки в среде инертного газа используйте сварочный аппарат следующего типа, соответствующий указанной спецификации: Сварочный аппарат Fronius Trans Plus Synergic 2700 4 R/Z/AL MIG, с проволокой CuSi3 (DIN 1733) диаметром 1,0 мм и с использованием ступени 4, что соответствует силе тока 92 A и скорости питания 4,6 м/мин. Защитный газ L1 = чистый аргон (DIN 439).
Стали, используемые в конструкции кузова:
| Элемент | Марка стали |
| 1 | Мягкая (низкоуглеродистая) сталь (SS) |
| 2 | Высокопрочная сталь (HSS) |
| 3 | Сверхпрочная сталь (EHSS) |
ПРИМЕЧАНИЕ: Дополнительное использование стали DP600 (EHSS) в «кольцевой раме» усилителей боковых панелей и в задних и передних лонжеронах обеспечивает большую прочность при фронтальном или боковом столкновении.
ПРИМЕЧАНИЕ: При установке наружных боковых панелей, стойки «А», «В», панели порога и задней боковой панели необходимо выполнить твердую пайку пазов в месте примыкания этих элементов к их внутренним усилительным панелям.
ПРИМЕЧАНИЕ: Размер пазов 20мм х 8мм, расстояние между пазами 30мм. Пазы следует делать в соответствии с этим интервалом. Где это не возможно вследствие наличия в панели вмятин, паз следует сделать в месте расположения исходного точечного сварного шва.
Боковая панель
| Элемент | Наименование |
| 1 | Чтобы сделать основу для паза, просверлите 2 отверстия 8мм. |
| 2 | Выфрезеруйте паз размером 20мм х 8мм |
| 3 | Расстояние между пазами должно составлять 30мм |
ПРИМЕЧАНИЕ: Твердая пайка в защитной среде проводится при температуре 650°C — 950°C. Чтобы ультрапрочная сталь не потеряла своих свойств, температура не должна превышать 950°C.
Выполните твердую пайку пазов при помощи сварочного аппарата Fronius Trans Plus Synergic 2700 4 R/Z/AL MIG, с проволокой CuSi3 (DIN 1733) диаметром 1,0 мм и с использованием ступени 4, что соответствует силе тока 92 A и скорости питания 4,6 м/мин. Защитный газ L1 = чистый аргон (DIN 439).
Зачистите наплавку в пазе ленточной шлифмашиной, используя ленту с зернистостью 60/80.
Предел текучести стали
Разные материалы по-разному реагируют на приложенную к ним внешнюю силу, вызывающую изменение их формы и линейных размеров. Такое изменение называют пластической деформация. Если тело после прекращения воздействия самостоятельно восстанавливает первоначальную форму и линейные размеры — такая деформация называется упругой. Упругость, вязкость, прочность и твердость являются основными механическими характеристиками твердых и аморфных тел и обуславливают изменения, происходящие с физическим телом при деформации под действием внешнего усилия и ее предельном случае — разрушении. Предел текучести материала — это значение напряжения (или силы на единицу площади сечения), при котором начинается пластическая деформация.
Текучесть металла
Знание механических свойств материала чрезвычайно важно для конструктора, который использует их в своей работе. Он определяет максимальную нагрузку на ту или иную деталь или конструкцию в целом, при превышении которой начнется пластическая деформация, и конструкция потеряет с вою прочность, форму и может быть разрушена. Разрушение или серьезная деформация строительных конструкций или элементов транспортных систем может привести к масштабным разрушениям, материальным потерям и даже к человеческим жертвам.
Предел текучести — это максимальная нагрузка, которую можно приложить к конструкции без ее деформации и последующего разрушения. Чем выше его значения, тем большие нагрузки конструкция сможет выдержать.
На практике предел текучести металла определяет работоспособность самого материала и изделий, изготовленных из него, под предельными нагрузками. Люди всегда прогнозировали предельные нагрузки, которые могут выдержать возводимые ими строения или создаваемые механизмы. На ранних этапах развития индустрии это определялось опытным путем, и лишь в XIX веке было положено начало созданию теории сопротивления материалов. Вопрос надежности решался созданием многократного запаса по прочности, что вело к утяжелению и удорожанию конструкций. Сегодня необязательно создавать макет изделия определенного масштаба или в натуральную величину и проводить на нем опыты по разрушению под нагрузкой — компьютерные программы семейства CAE (инженерных расчетов) могут с точностью рассчитать прочностные параметры готового изделия и предсказать предельные значения нагрузок.
Величина предела текучести материала
С развитием атомной физики в XX веке появилась возможность рассчитать значение параметра теоретическим путем. Эту работы первым проделал Яков Френкель в 1924 году. Исходя из прочности межатомных связей, он путем сложных для того времени вычислений определил величину напряжения, достаточного для начала пластической деформации тел простой формы. Величина предела текучести материала будет равна
ττ=G/2π. , где G — модуль сдвига, как раз и определяющий устойчивость связей между атомами.
Расчет величины предела текучести
Гениальное допущение, сделанное Френкелем при расчетах, заключалось в том, что процесс изменения формы материала рассматривался как приводимый в действие напряжениями сдвига. Для начала пластической деформации полагалось достаточным, чтобы одна половина тела сдвинулась относительно другой до такой степени, чтобы не смогла вернуться в начальное положение под действием сил упругости.
График физического предела текучести
Френкель предположил, что испытываемый в мысленном эксперименте материал имеет кристаллическое или поликристаллическое строение, свойственно для большей части металлов, керамики и многих полимеров. Такое строение предполагает наличие пространственной решетки, в узлах которой в строго определенном порядке расположены атомы. Конфигурация этой решетки строго индивидуальны для каждого вещества, индивидуальны и межатомные расстояния и связывающие эти атомы силы. Таким образом, чтобы вызвать пластическую деформацию сдвига, потребуется разорвать все межатомные связи, проходящие через условную плоскость, разделяющую половины тела.
При некотором значении напряжения, равному пределу текучести, связи между атомами из разных половин тела разорвутся, и рады атомов сместятся друг относительно друга на одно межатомное расстояние без возможности вернуться в исходное положение. При продолжении воздействия такой микросдвиг будет продолжаться, пока все атомы одной половины тела не потеряют контакт с атомами другой половины
В макромире это вызовет пластическую деформацию, изменит форму тела и при продолжении воздействия приведет к его разрушению. На практике линия начала разрушений проходит не посередине физического тела, а находится в местах расположения неоднородностей материала.
Физический предел текучести
В теории прочности для каждого материала существует несколько значений этой важной характеристики. Физический предел текучести соответствует значению напряжения, при котором, не смотря на деформацию, удельная нагрузка не меняется вовсе или меняется несущественно. Иными словами, это значение напряжения, при котором физическое тело деформируется, «течет», без увеличения прилагаемого к образцу усилия
Условный предел текучести
Большое число металлов и сплавов при испытаниях на разрыв демонстрируют диаграмму текучести с отсутствующей или слабо выраженной «площадкой текучести». Для таких материалов говорят о условном пределе текучести. Его трактуют как напряжение, при котором происходит деформация в переделах 0,2%.
Условный предел текучести
К таким материалам относятся легированные и высокоуглеродистые стальные сплавы, бронза, дюралюминий и многие другие. Чем более пластичным является материал, тем выше для него показатель остаточных деформаций. Примером пластичных материалов могут служить медь, латунь, чистый алюминий и большинство низкоуглеродистых стальных сплавов.
Предел текучести стали
Сталь, как самый популярный массовый конструкционный материал, находится под особо пристальным вниманием специалистов по расчету прочности конструкций и предельно допустимых нагрузок на них.
Стальные сооружения в ходе их эксплуатации подвергаются большим по величине и сложным по форме комбинированным нагрузкам на растяжение, сжатие, изгиб и сдвиг. Нагрузки могут быть динамическими, статическими и периодическими. Несмотря на сложнейшие условия использования, конструктор должен обеспечить у проектируемых им конструкций и механизмов долговечность, безотказность и высокую степень безопасности как для персонала, таки для окружающего населения.
Предел текучести стали
Поэтому к стали и предъявляются повышенные требования по механическим свойствам. С точки зрения экономической эффективности, предприятие стремится снизить сечение и другие размеры производимой им продукции, чтобы снизить материалоемкость и вес и повысить, таким образом, эксплуатационные характеристики. На практике это требование должно быть сбалансировано с требования ми по безопасности и надежности, зафиксированными в стандартах и технических условиях.
Предел текучести для стали является ключевым параметрам в этих расчетах, поскольку он характеризует способность конструкции выдерживать напряжения без необратимых деформаций и разрушения.
Влияние содержание углерода на свойства сталей
Согласно физико-химическому принципу аддитивности, изменение физических свойств материалов определяется процентным содержанием углерода. Повышение его доли до 1,2% дает возможности увеличить прочность, твердость, предел текучести и пороговую хладоемкость сплава. Дальнейшее повышение доли углерода приводит к заметному снижению таких технических показателей, как способность к свариваемости и предельная деформация при штамповочных работах. Стали с низким содержанием углерода демонстрируют наилучшую свариваемость.
Азот и кислород в сплаве
Эти неметаллы из начала таблицы Менделеева являются вредными примесями и снижают механические и физические характеристики стали, такие, например, как порог вязкости, пластичность и хрупкость. Если кислород содержится в количестве свыше 0,03%- это ведет к ускорению старения сплава, а азот увеличивает ломкость материала. С другой стороны, содержание азота повышает прочность, снижая предел текучести.
Микроструктура сплава, в составе которого присутствуют азот и кислород
Добавки марганца и кремния
Легирующая добавка в виде марганца применяется для раскисления сплава и компенсации отрицательного влияния вредных серосодержащих примесей. Ввиду своей близости по свойствам к железу существенного самостоятельного влияния на свойства сплава марганец не оказывает. Типовое содержание марганца – около 0,8%.
Кремний оказывает похожее воздействие, его добавляют в процессе раскисления в объемной доле, не превышающей 0,4%. Поскольку кремний существенно ухудшает такой технический показатель, как свариваемость стали. Для конструкционных сталей, предназначенных для соединения сваркой, его доля не должна превышать 0,25%. На свойства стальных сплавов кремний влияния не оказывает.
Примеси серы и фосфора
Сера является исключительно вредной примесью и отрицательно воздействует на многие физические свойства и технические характеристики.
Предельно допустимое содержание этого элемента в виде хрупких сульфитов– 0,06%
Сера ухудшает пластичность, предел текучести, ударную вязкость, износостойкость и коррозионную стойкость материалов.
Фосфор оказывает двоякое воздействие на физико-механические свойства сталей. С одной стороны, с повышением его содержания повышается предел текучести, однако с другой стороны, одновременно понижаются вязкость и текучесть. Обычно содержание фосфора находится в пределах от 0,025 до 0,044%. Особенно сильное отрицательное влияние фосфор оказывает при одновременном повышении объемных долей углерода.
Легирующие добавки в составе сплавов
Легирующими добавками называют вещества, намеренно введенные в состав сплав для целенаправленного изменения его свойств до нужных показателей. Такие сплавы называют легированными сталями. Лучших показателей можно добиться, добавляя одновременно несколько присадок в определенных пропорциях.
Влияние легирующих элементов на свойства стали
Распространенными присадками являются никель, ванадий, хром, молибден и другие. С помощью легирующих присадок улучшают значение предела текучести, прочности, вязкости, коррозионной стойкости и многих других физико-механических и химических параметров и свойств.
Текучесть расплава металла
Текучестью расплава металла называют его свойство полностью заполнять литейную форму, проникая в малейшие полости и детали рельефа. От этого зависит точность отливки и качество ее поверхности.
Жидкий металл для процессоров
Свойство можно усилить, если поместить расплав под избыточное давление. Это физическое явление используется в установках литья под давлением. Такой метод позволяет существенно повысить производительность процесса литья, улучшить качество поверхности и однородность отливок.
Испытание образца для определения предела текучести
Чтобы провести стандартные испытания, используют цилиндрический образец диаметром 20 мм и высотой 10 мм, закрепляют его в испытательной установке и подвергают растягиванию. Расстояние между нанесенными на боковой поверхности образца метками называют расчетной длиной. В ходе измерений фиксируют зависимость относительного удлинения образца от величины растягивающего усилия.
Зависимость отображают в виде диаграммы условного растяжения. На первом этапе эксперимента рост силы вызывает пропорциональное увеличение длины образца. По достижении предела пропорциональности диаграмма из линейной превращается в криволинейную, теряется линейная зависимость между силой и удлинением. На этом участке диаграммы образец при снятии усилия еще может вернуться к исходным форме и габаритам.
Для большинства материалов значения предела пропорциональности и предела текучести настолько близки, что в практических применениях разницу между ними не учитывают.
Высокопрочная сталь
Высокопрочный стальной прокат – это металлопродукция, которая при поставке имеет предел текучести более 300 МПа, предел прочности – до 2500 МПа. Высокопрочная листовая сталь все шире применяется в различных отраслях промышленности благодаря снижению металлоемкости, увеличению срока службы изделий, уменьшению производственных и эксплуатационных затрат в сравнении с продукцией из традиционных марок стали. Прочностные характеристики металла достигаются путем использования различных систем легирования стали, специальных режимов горячей прокатки (таких, как контролируемая прокатка, или нормализующая, или термомеханический процесс), а также термической обработкой (закалка с отпуском, нормализация). Помимо высокой прочности, материал обладает повышенной ударной вязкостью (в т.ч. при отрицательных температурах), хорошей пластичностью и свариваемостью.
Наиболее востребован в данном сегменте высокопрочный прокат после закалки с отпуском (Q&T – quenched and tempered) и после термомеханической прокатки (ТМСР – Thermomechanical controlled process).
Выбрать и заказать
Сферы применения
Материалы для загрузки
Применение высокопрочной стали
Использование высокопрочной закаленной стали повышенной износостойкости при изготовлении и ремонте металлоконструкций и деталей машин имеет ряд преимуществ:
Снижение веса изделий, конструкций при сохранении прочностных характеристик
Увеличение полезной грузоподъемности
Снижение затрат на транспортировку, сборку, установку
Снижение затрат на ремонт, техническое обслуживание
Сочетание износостойкости, трещиностойкости и деформационной стойкости
Благодаря таким особенностям высокопрочная сталь в состоянии поставки после закалки и отпуска имеет обширное применение в тяжелом машиностроении, строительстве и других секторах. Более 70% выпускаемого закаленного толстого листа потребляется при изготовлении тяжелой наземной, подземной и грузоподъемной техники.
Область применения высокопрочной стали после закалки с отпуском
Примеры использования
Производство тяжелой наземной техники
Ковши экскаваторов и другое навесное оборудование
Выглаживающая плита асфальтоукладчика
Изготовление подземной техники
Соединительные детали конвейеров
Усиление несущих частей конструкций горных машин
Навесное оборудование горной техники
Производство грузоподъемной техники
Грейферы портовых кранов
Несущие части мостовых кранов
Крановые стрелы и пр.
Приемные бункеры и грохоты
Буферные емкости и вибрационные питатели
Тяжелое и общее машиностроение
Изнашивающиеся узлы оборудования бетонных заводов
Пластины для бетоносмесителя, емкости для загрузки гравия
Обшивка вагонов ж/д транспорта и ковшей и кузовов колесной техники
Изнашивающиеся детали машин и механизмов
Несущие части оффшорных (морских) платформ
Элементы башен ветрогенераторов
Элементы мостов и эстакад
Восстановительный ремонт отдельных изнашивающихся узлов вышеприведенного оборудования у конечного потребителя либо на специализированных ремонтных предприятиях
За счет использования высокопрочной закаленной стали значительно удлиняется срок эксплуатации оборудования и машин, снижается частота замены и ремонта техники, минимизируются простои.
Преимущества использования термомеханически упрочненного проката базируются на его ключевых особенностях – низком углеродном эквиваленте, высоком уровне прочности и ударной вязкости. Благодаря этому в сравнении с традиционными сталями ТМСР-прокат при переработке показывает более высокую эффективность: сокращаются затраты на сварочные материалы, нет потребности в предварительном нагреве металла и дополнительной термообработке, снижается общая металлоемкость конструкций, сокращаются сроки реализации проектов.
Основными направлениями применения таких высокопрочных сталей являются строительство и различные сектора машиностроения.
Область применения высокопрочной стали после термомеханической прокатки
Примеры использования
Промышленное и гражданское строительство
Строительные металлоконструкции – колонны, фермы, элементы перекрытий и пр. Элементы мостов и эстакад
Несущие части оффшорных платформ
Элементы морских буровых установок
Элементы башен ветрогенераторов
Тяжелое и общее машиностроение
Стрелы автокранов, рамы грузовых автомобилей и сельскохозяйственной техники, силовые детали
Обшивка боковых и торцевых стен вагона, рама полувагона
Элементы турбин, гидро- и турбогенераторы
Восстановительный ремонт отдельных изнашивающихся узлов вышеприведенного оборудования в условиях конечного потребителя либо специализированных ремонтных предприятий
Замена продукции из обычных конструкционных марок стали на высокопрочные термомеханически упрочненные виды проката позволяет значительно снизить металлоемкость строительных конструкций за счет использования колонн с меньшей толщиной стенки и полок при аналогичных показателях прочности на сжатие. Например, применение TMCP-листа при изготовлении сварных колонн современных высотных зданий коммерческого назначения позволяет достичь экономии металлопроката на 20-30%, а его использование в конструкции полувагонов приводит к снижению их веса (и соответствующему увеличению полезной грузоподъемности) на 30-35%.
Классификация и свойства высокопрочных сталей
Высокопрочная сталь с состоянием поставки после закалки и отпуска производится в соответствии со стандартами EN 10025-6, ДСТУ EN 10025-6, ASTM A514/А514М, ASTM A517/А517М, ГОСТ 19281 и др., а также по собственным нормативным документам компаний-производителей.
Марки высокопрочных сталей
Ориентировочный уровень механических свойств в соответствии со стандартом
Предел текучести, МПа
Предел прочности, МПа
S460Q, S460QL, S460QL1
S500Q, S500QL, S500QL1
S550Q, S550QL, S550QL1
S620Q, S620QL, S620QL1
S690Q, S690QL, S690QL1
S890Q, S890QL, S890QL1
A537, категории 2, 3
ТУ У 77-096-173-2001
ТУ У 27.1-26416904-150:2005
Сталь высокой прочности в состоянии поставки после термомеханической прокатки изготавливается по EN 10025-4, ДСТУ EN 10025-4, EN 10149-2, а также по нормативной документации и под собственными брендами компаний-производителей.
Марки высокопрочных сталей
Ориентировочный уровень механических свойств в соответствии со стандартом
Минимальный предел текучести, МПа
Предел прочности, МПа
Производство высокопрочного стального толстого листа
Высокопрочная сталь изготавливается на реверсивных станах путем горячей деформации стальных полуфабрикатов – непрерывнолитых или катаных слябов. Упрочняющая обработка листа выполняется либо на финальных стадиях прокатки и охлаждения на стане, либо путем термического воздействия вне основного потока.
Высокопрочная сталь после закалки с отпуском (Q&T)
Высокопрочная сталь после термомеханической прокатки (ТМСР)
Технология и свойства
Термическая обработка вне потока стана или закалка с прокатного нагрева
Увеличение износостойкости проката
Сочетание износостойкости, трещиностойкости и деформационной стойкости
Специальные режимы прокатки в потоке стана
Низкий углеродный эквивалент
Высокая прочность, высокая ударная вязкость
Преимущества для потребителей
Снижение веса при сохранении прочностных характеристик
Увеличение полезной грузоподъемности
Снижение материальных затрат
Уменьшение времени и затрат на сварку
Отсутствие дополнительной т/о
Снижение веса металлоконструкций в сравнении с традиционными марками
Возможность формовки в холодном состоянии
Закалка – это процесс нагрева стали до температур свыше фазовых превращений с последующей выдержкой и быстрым охлаждением со скоростью, которая больше критической – в воде, масле, полимерных либо эфирных смесях и пр. Температуру нагрева и среду охлаждения выбирают в зависимости от химического состава и требуемого структурного состояния металла. После закалки сталь приобретает неравновесную метастабильную структуру и обладает высокой прочностью (предел прочности до 2500 МПа), твердостью (до 600-650 по шкале Виккерса), износостойкостью и повышенной хрупкостью. Закалочные операции могут выполняться как с отдельного нагрева стали после прокатки, так и с использованием тепла прокатного нагрева (т.н. прямая закалка). Закалка в ряде случаев не является окончательным видом термической обработки — для устранения избыточных напряжений и повышенной хрупкости изделие после закалки подвергают отпуску.
Термомеханический контролируемый процесс (термомеханическая прокатка) – это технологическая операция, предполагающая контроль температуры и процесса деформации листа при прокатке. Свойства, полученные после такой обработки, стали, не могут быть воспроизведены нормализацией или другими видами термообработки. Конечная мелкозернистая микроструктура металла достигается микролегированием, прокаткой в определенном диапазоне температур и контролируемым охлаждением (в т.ч. ускоренным с помощью водо-воздушной смеси).
Благодаря высокой прочности, свариваемости и устойчивости к хрупкому растрескиванию ТМСР-прокат может применяться в конструкциях с температурой эксплуатации до -50°C с гарантированными значениями ударной вязкости.
Купить высокопрочную сталь от производителя
Производственные предприятия МЕТИНВЕСТ выпускают низколегированную и легированную высокопрочную сталь в соответствии с требованиями международных стандартов и индивидуальных спецификаций потребителей. Доступна поставка продукции после применения специальных видов прокатки (контролируемая прокатка, термомеханический процесс, нормализующая прокатка) и после термической обработки вне потока стана (закалка с отпуском, нормализация и др.). Купить высокопрочную сталь можно через глобальную сбытовую сеть, имеющую 38 офисов продаж в Европе, Азии, Африке и Америке и 16 металлобаз в Украине, а также у авторизованных дилеров.
Оставайтесь на связи
Найдите представителя Метинвеста в вашем регионе
Марка стали 08пс: свойства, применение, цены и аналоги
Среди углеродистых сталей наиболее часто используемая сталь 08 ПС. Это обусловлено ее устойчивостью к химическим и термического рода воздействиям. Данный вид стали характеризуется как конструкционный углеродистый качественный.
Описание сплава
Сталь 08 ПС – это высококачественная сталь, применяемая для изготовления несущих конструкций, комплектующих, деталей, используемых в машиностроении, то есть тех элементов, от которых требуется высокая прочность и устойчивость к большим нагрузкам.
Технические свойства
Поскольку материал сам по себе очень прочный и твердый, то и ведет он себя достаточно адекватно на фоне различных нагрузок.
Твердость по Роквеллу
Измерение происходит с помощью специально промаркированной шкалы: 60, 100, 150 кгс.
По сути метод основан на измерении глубины проникновения алмазного конуса в испытуемый материал. Чем меньше глубина, тем тверже материал.
Единица измерения HRCЭ, HRB. Таким образом, твердость стали по Роквеллу равна 10 – 1 = 131 МПа.
Твердость по Бринеллю
В испытуемый материал вдавливается уже стальной шарик d = 2,5; 5 и 10 мм. Единица измерения HB. В состоянии плавки твердость металла меняется и становится равной при 20 градусах 196 МПа (до 175 МПа пропорционально увеличению температуры).
Какая плотность материала?
Плотность сплава колеблется в диапазоне от 7846 до 7602 кг/м 3 . Эти значения типичны для низкоуглеродистой стали.
Расшифровка названия
Марка стали – 08ПС, где 08 (0,8 %) – это обозначение содержания углерода. СП – это степень раскисления. Выделяют три степени: кипящий материал, спокойный и полуспокойный. 08Пс – это полуспокойный сплав, сочетающий в себе положительные качества кипящих и спокойных сплавов.
Химический состав
Химический состав стали регламентирован ГОСТ 1050-88 (также ГОСТ 4041-71 и ГОСТ 9045-93). Состав включает следующие элементы:
- Углерод (min 0,05 max 0,11 %). От содержания углерода зависит степень твердости металла, его прочность и свариваемость. Остальные составляющие влияют на характеристики стали в период эксплуатации.
- Кремний (Si) (min 0,05 max 0, 17 %).
- Марганец (Mn) (min 0,35 max 0, 65 %).
- Хром (Cr) (max 0,10 %).
- Мышьяк (As) (max 0,08 %).
- Никель (Ni) (max 0,3 %).
- Сера (S) (max 0,4 %).
- Фосфор (P) (max 0,035 %).
к содержанию ↑
Предел прочности
Предел прочности стали находится в промежутке 270–412 МПа.
Предел текучести
Под пределом текучести подразумевается та величина нагрузки, при воздействии которой форма образца изменяется на 0,2 %.
У стали 08 ПС он равен 196 МПа при 20 градусах.
Температура эксплуатации
Начальная температура эксплуатации стали 1250 градусов. Конечная – 800 градусов. При высокотемпературной обработке улучшаются свойства материала.
В этом случае не нужно добавлять другие химические элементы. Такую обработку используют при производстве несущих конструкций либо для придания прочности сплаву.
Для понижения температуры стали используют воду либо масло. Иногда охлаждение происходит просто на воздухе. Такая закалка придает твердость. Во время отжига структура материала выравнивается и убирается повышенная пластичность. Отпуск нивелирует напряжение внутри сплава.
Механические характеристики
К механическим качествам стали относят помимо твердости и предела текучести следующие категории.
- Предел кратковременной прочности. Он равен 270–412 МПа.
- Временное сопротивление разрыву. Это 310–410 МПа (напрямую связано с толщиной изделия).
- Относительное удлинение на разрыв – 35 %. Сужение – 60 %.
- Температурный диапазон ковки – 1250–800 градусов.
Технологические свойства
Эти свойства позволяют применять способы гибки материала как ручным методом, так и на специализированных станках.
Отпускная хрупкость
Сталь 08 ПС не склонна к отпускной хрупкости, поскольку ее твердость HB 10-1 = 131 МПа. Кроме того, материал не реагирует на флокены.
Свариваемость
Сталь характеризуется отличными свойствами свариваемости при отсутствии предварительного подогрева, при этом микротрещины на плоскости не возникают.
В сварочных работах возможно использование любых методик. Если же толщина листов большая – будет использована многослойная сварка.
Коррозийная устойчивость: ржавеет или нет?
В целом сталь 08 ПС обладает коррозийной устойчивостью и долгое время не ржавеет. Но если технология изготовления нарушена, коррозия появится уже в ближайшее время.
ГОСТы марки стали 08 ПС:
- ГОСТ 2590-2006;
- ГОСТ 2879-2006;
- ГОСТ 8509-93;
- ГОСТ 10702-78.
Область применения
Также зачастую сталь используют для изготовления:
- несущих конструкций;
- подшипников;
- шайб;
- проволоки;
- оцинкованных рулонов;
- листов;
- проушин;
- втулок;
- подвесок;
- арматуры;
- прутьев и т. д.
к содержанию ↑
Где применяется холоднокатанная (хк)?
В электроцехах металлургических предприятий интенсивно применяется и холоднокатаная лента, из которой получают:
- эластичные металлорукава;
- трубы;
- прокладки;
- и шайбы.
Цена в 2021 году
В 2021 году цена за тонну стали колеблется от 35 230 рублей до 126 000 рублей в зависимости от вида необходимого изделия (будь то арматура, профнастил, листы, швеллер или профтруба) и его толщины/длины (от 6,5 мм до 200мм / 6–12 м).
Аналоги
Ближайший аналог стали 08 ПС – это марка 08. Самые известные заграничные аналоги из:
- США (А620, А622, 1008);
- Германии (GC01, DC04GT, DD11, St12, StW24);
- Японии (SPHE);
- Евросоюза (DC01);
- Франции (3С);
- Китая (08F);
- Чехии (11304);
- Индии (О).
Таким образом, сталь 08 ПС – один из базовых сплавов, используемых в России для изготовления прочных и износостойких деталей. Это материал имеет высокую твердость, непластичен, не подвержен деформации и устойчив к коррозии.
23 Высокопрочные конструкционные стали
3.3 высокопрочные конструкционные стали
К высокопрочным относятся стали, временное сопротивление которых sв >1600 МПа и s0,2 > 1400 МПа. Стали с пределом текучести более 2000 МПа иногда называют сверхвысокопрочными.
Прежде всего высокопрочные стали применяют в изделиях, для которых важно уменьшение массы при сохранении высокой прочности. Это могут быть высокопрочные болты и крепежные изделия, некоторые виды тросов и прядей, высокоскоростные роторы, валы и многие другие детали машин и механизмов. Высокопрочные стали используют в космической, ракетной, авиационной технике, а также в ряде отраслей приборостроения.
Получение сталей высокой прочности неизбежно ведет к понижению характеристик пластичности и прежде всего сопротивления хрупкому разрушению. Поэтому надежность стали в конструкции (изделии) может быть охарактеризована конструктивной прочностью — комплексом механических свойств, находящихся в корреляции с эксплуатационными условиями работы изделий. Для большинства конструкционных высокопрочных сталей такими параметрами конструктивной прочности являются: предел текучести (s0,2) и параметр вязкости разрушения (трещиноустойчивости) – К1с.
Конструктивную прочность конструкционных сталей можно оценить по диаграмме конструктивной прочности, построенной в координатах предел текучести s0,2 – вязкость разрушения К1с. На рисунке 3.9 представлена обобщенная диаграмма конструктивной прочности конструкционных сталей различных классов и способов упрочнения.
На диаграмме указаны области средне- и высокоуглеродистых легированных сталей. Штриховой линией отмечено значение s0,2 = 1400.МПа, являющееся нижней границей для высокопрочных сталей. На диаграмме также указаны приблизительные области различных механизмов распространения трещины при испытаниях на К1с, построенные на основании фрактографических исследований.
Высокопрочные стали при необходимой прочности должны иметь достаточные пластичность, сопротивление динамическим нагрузкам, ударную вязкость, усталостную прочность, а для ряда изделий и хорошую свариваемость.
В высокопрочном состоянии изделия весьма чувствительны к различным концентраторам напряжений как внешним (выточки, острые переходы, отверстия с малым радиусом и т.д.), так и внутренним (неметаллические включения), поэтому большое значение имеет чистота стали по неметаллическим включениям.
Рекомендуемые файлы
Рисунок 3.9 – Обобщенная диаграмма конструктивной прочности
конструкционных сталей (О.И. Романив, А.Н. Ткач)
MAC — метастабильные аустенитные стали; НУС — низкоуглеродистые стали; СУС и ВУС -средне- и высоколегированные стали; МСС — мартенситно-стареющие стали; СМЗ -стали со сверхмелким зерном; ТМО — стали после термомеханической обработки; ПП — эвтектоидные стали со структурой пластинчатого перлита. Характер разрушения: I — область вязкого разрушения; II — транскристаллитный скол; III — интеркристаллитный скол; IV- квазискол
При выплавке высокопрочных сталей применяют чистые шихтовые материалы, специальные методы выплавки, повышающие чистоту стали по неметаллическим включениям, газам и вредным примесям, такие как электрошлаковый переплав, вакуумные способы плавки и др., которые повышают пластичность стали, но при этом и удорожают сталь.
Как правило, получение высокопрочного состояния связано с образованием метастабильной структуры с высоким уровнем микроискажений, высокой плотностью дефектов кристаллического строения и, следовательно, повышенной склонностью к протеканию диффузионных процессов. Это необходимо учитывать при осуществлении технологических операций на изделиях из высокопрочных сталей, при которых возможно насыщение детали водородом (например, электролитическое травление) и появление водородной хрупкости.
При временном сопротивлении более 1600 МПа появляется склонность к замедленному разрушению образцов с трещиной. Повышение содержания углерода резко увеличивает склонность высокопрочных сталей к замедленному разрушению при контакте с водой. Причина этого явления до конца не ясна. Предполагается, что это связано с развитием коррозии под напряжением, эффектом Ребиндера и водородной хрупкостью. Высокопрочные стали склонны к хрупкости при контакте с расплавленными легкоплавкими металлами.
Существуют разные способы получения высокопрочных сталей: закалка на мартенсит с низким отпуском (300 –350 °С) и вторичное твердение в интервале температур 500 – 650 °С, а также ряд специальных технологических процессов, к которым можно отнести термомеханическую обработку, волочение сталей со структурой тонкопластинчатой феррито-карбидной смеси, получение сталей со структурой сверхмелкого зерна и некоторые другие. К высокопрочным сталям относятся мартенситностареющие стали и стали со структурой метастабильного аустенита.
3.3.1 Легированные низкоотпущенные стали
Большинство легированных конструкционных сталей после закалки и низкого отпуска могут иметь высокие значения временного сопротивления (sв > 1700 МПа) и предела текучести (s0,2 >1500 МПа) при достаточно высоких значениях пластичности (относительное удлинение d ³ 10 % и относительное сужение y ³ 25 %). Однако конструктивная прочность низкоотпущенных легированных сталей обычно понижена из-за повышенной чувствительности к надрезам вследствие низкого сопротивления хрупкому разрушению. При выборе рационального легирования и режимов отпуска низкоотпущенной стали необходимо учитывать развитие в интервале 200 – 300 °С явления необратимой отпускной хрупкости (отпускная хрупкость I рода), сопровождащегося значительным падением ударной вязкости. В связи с этим отпуск высокопрочной стали проводят при температурах выше провала ударной вязкости, т.е. выше 300 ºС. Роль легирования при этом заключается в повышении устойчивости мартенсита к распаду при отпуске (необходимо сохранить высокие прочностные свойства при возможно более высоких температурах отпуска), обеспечении необходимой прокаливаемости, повышении сопротивления хрупкому разрушению.
Углерод является элементом, наиболее сильно упрочняющим мартенсит. Однако он сильно понижает хрупкую прочность стали, поэтому высокопрочные низкоотпущенные стали должны содержать минимальное, необходимое для получения заданной прочности, количество углерода. Обычно содержание углерода не превышает 0,3 – 0,4 %.
При легировании высокопрочной стали рекомендуется не слишком снижать температуру Мн, так как при понижении точки Мн растут закалочные напряжения и увеличивается количество остаточного аустенита. Таким образом, легирование высокопрочной низкоотпущенной стали должно быть достаточным, но не чрезмерным.
Высокопрочные низкоотпущенные стали легируют марганцем, хромом, молибденом, вольфрамом, ванадием, кремнием, никелем. Суммарное количество легирующих элементов обычно не менее 3 – 4 %. Для повышения прокаливаемости особенно эффективны Mn, Cr, Ni, Mo. Такие элементы, как никель и кобальт, повышают сопротивление хрупкому разрушению, т.к. увеличивают подвижность дислокаций, снижая их блокировку примесными атомами. Последнее приводит к релаксации пиковых напряжений. Легирование карбидообразующими элементами (Cr, Mo, W, V) и кремнием замедляет распад мартенсита при отпуске, в результате чего появляется возможность проводить его при температурах более 300 ºС. Это позволяет миновать область охрупчивания и вместе с тем получить высокий уровень прочности.
При легировании высокопрочных сталей карбидообразующими элементами при прочих равных условиях рекомендуется использовать легирующие элементы, карбиды которых легче растворяются при нагреве под закалку, так как остаточные нерастворившиеся карбиды значительно снижают хрупкую прочность низкоотпущенной стали, а излишне высокие температуры аустенитизации нежелательны, поскольку укрупнение действительного аустенитного зерна понижает ударную вязкость. Добавки кремния в сталях, обрабатываемых на высокую прочность (в отличие от среднепрочных сталей), весьма полезны, так как за счет кремния можно несколько уменьшить содержание углерода (при низком отпуске 200-300°С кремний тормозит падение прочности). Для сталей, подвергаемых изотермической закалке, кремний является наиболее важным легирующим элементом. Изотермическая закалка высокопрочных содержащих кремний сталей обеспечивает высокую вязкость и пониженную чувствительность к надрезу. Роль кремния заключается в усилении перераспределения углерода в аустените в процессе бейнитного превращения, что приводит к образованию менее углеродистых более вязких игольчатых структур и повышенного количества остаточного аустенита.
Сильные карбидообразующие элементы (V, Nb, Ti) способствуют мелкозернистости, но большое их количество может привести к увеличению ликвационной неоднородности по углероду. Этот эффект можно уменьшить введением никеля, который также повышает вязкость. В последнее время разработаны высокопрочные стали, в которых высокий комплекс свойств достигается благодаря получению дисперсных нитридных фаз. Это достигается легированием азотом (0,02-0,04 %) и нитридообразующими элементами. Нитриды ванадия и алюминия обеспечивают получение при нагреве под закалку мелкозернистой структуры, а растворенный в аустените азот значительно увеличивает прокаливаемость стали (35Х2АФ, 40Х2АФЕ).
В таблицах 3.6 и 3.7 приведены составы и свойства некоторых высокопрочных низкоотпущенных сталей.
Таблица 3.6 – Состав высокопрочных низкоотпущенных сталей
