Выбор материала
Материал для изготовления изделия, детали или конструкции выбирается сообразно требованиям, которые определяются условиями эксплуатации и технологией изготовления.
Основные требования к аппаратостроительным сталям:
- эксплуатационные: механическая прочность, коррозионная стойкость, жаропрочность и жаростойкость;
- технологические: свариваемость, зональные свойства сварного соединения должны находиться на уровне свойств основного металла, пластичность.
Недопустимые свойства – хрупкость.
Свариваемость – свойство металла или сочетания металлов образовывать при установленной технологии сварки соединение, отвечающее требованиям, обусловленным конструкцией и эксплуатацией изделия.
Свариваемость сталей зависит от степени легирования, структуры и содержания примесей. Наибольшее влияние на свариваемость сталей оказывает углерод. С увеличением содержания углерода, а также ряда других легирующих элементов свариваемость сталей ухудшается. Для сварки конструкций в основном применяют конструкционные низкоуглеродистые, низколегированные, а также среднелегированные стали.
2.1 Сталь ст4сп
В строительстве сталь используют для изготовления конструкций, армирования железобетонных конструкций, устройства кровли, подмостей, ограждений, форм железобетонных изделий и т.д. Правильный выбор марки стали обеспечивает экономный расход стали и успешную работу конструкции.
Стали марок Ст4сп рекомендуют для конструкций, не имеющих сварных соединений, и для сварных конструкций, воспринимающих лишь статические нагрузки.
Сталь для конструкций, работающих на динамические и вибрационные нагрузки и предназначенных для эксплуатации в условиях низких температур, должна дополнительно проверяться на ударную вязкость при отрицательных температурах.
К стали для мостовых конструкций предъявляют специальные требования (ГОСТ 6713-75) по однородности и мелкозернистости, отсутствию внешних дефектов, прочностным и деформационным свойствам.
Для армирования железобетонных конструкций сталь применяют в виде стержней, проволоки, сварных сеток, каркасов. Арматурная сталь может быть горячекатаная (стержневая) и холоднотянутая (проволочная). По форме сталь чаще всего бывает круглая, а для улучшения сцепления – периодического профиля. В отдельных случаях для повышения механических свойств сталь обрабатывают наклепом и применяют термическую обработку.
Сортамент прокатного металла и металлоизделий в строительстве разнообразен: сортовая сталь, прокатная сталь листовая, уголки, швеллеры, двутавры, трубы и другие служат основой для изготовления металлических конструкций (балки, колонны, фермы и т.д.). На сортаменты имеются ГОСТы наиболее рациональных типов профилей и частоты их градаций.
Сталь листовая включает листы толщиной от 4…160 мм, шириной 600...3800 мм; тонколистовая кровельная – черная и оцинкованная толщиной до 4 мм; широкополочная толщиной 6...60 мм, шириной 200...1500 мм, длиной 5...12 м.
.Швеллеры характеризуются сечением швеллеров и определяются его номером, который соответствует высоте стенки швеллера в сантиметрах.
Двутавры – основной балочный профиль – разнообразны по типам; обозначаются номером, соответствующим их высоте в сантиметрах. Трубы круглые имеют диаметр 8... …1620 мм. Трубы могут быть квадратного и прямоугольного сечения.
В строительстве также широко применяют специальные профили и металлические материалы: стальные канаты и проволоку, профилированные настилы и т.д.
Химический состав стали ст4сп представлен в таблице 2.1.
Таблица 2.1 – Химический состав стали ст4сп
| Химический элемент | Содержание, % |
| Углерод (C) | 0,18 - 0,27 |
| Кремний (Si) | 0,15 - 0,3 |
| Медь (Cu), не более | 0,3 |
| Мышьяк (As), не более | 0,08 |
| Марганец (Mn) | 0,4–0,7 |
| Никель (Ni), не более | 0,3 |
| Фосфор (P), не более | 0,004 |
| Хром (Cr), не более | 0,3 |
| Сера (S), не более | 0,05 |
Механические свойства стали 09Г2Спредставлены в таблице 2.2.
Таблица 2.2 – Механические свойства стали ст4сп
| Сортамент | Размер | sв | sT | d5 |
| - | мм | МПа | МПа | % |
| Трубы, ГОСТ 8731-87 | ||||
| Трубы, ГОСТ 10705-80 | ||||
| Прокат, ГОСТ 535-2005 | 410-530 | 235-265 | 21-24 | |
| Лист толстый, ГОСТ 14637-89 | 410-530 | 235-265 | 21-23 |
2.2 Сталь 20 К
Марка 20к содержит в общей сложности до 3% добавок, способных оказывать влияние на качество металлопродукции. Рассматривая характеристики 20к следует обратить внимание на такие важные моменты, как свариваемость материала. Для проведения сварочных работ можно использовать метод АДС, РДС и ЭШС. Никаких ограничений по свариваемости материала не предусмотрено. Стальной лист 20к не проявляет флокеночувствительность, а также не имеет склонности к появлению отпускной хрупкости.
Сфера применения стального листа 20к
Качество рассматриваемого металлопродукта позволяет широко использовать его в промышленной и производственной сфере. Эта сталь отлично подходит для производства фланцев и полумуфт. Практикуется использование данной марки стали в деле производства котлов и комплектующих деталей к ним: днищ, барабанов, с применением как сварного, так цельнокаваного способа производства, корпусов, сосудов, которые работают под высоким давлением, а также подвергаются воздействию температуры до 450 градусов Цельсия. Также используется марка 20к для изготовления двухслойных коррозионностойких листов, в которых она выступает в качестве основного слоя.
Таблица 2.3 – Химическийсостав стали 20К
| Химический элемент | Содержание, % |
| Углерод (C) | 0,16-0,24 |
| Кремний (Si) | 0,15-0,3 |
| Медь (Cu), не более | 0,3 |
| Марганец (Mn) | 0,55-0,85 |
| Никель (Ni), не более | 0,3 |
| Сера (S), не более | 0.4 |
| Фосфор (P), не более | 0,04 |
| Хром (Cr), не более | 0,3 |
| Железо (Fe) | ~ 69,0 |
Механические свойства стали Х25Т представлены в таблице 2.4.
Таблица 2.4 – Механические свойства стали 20К
| Сортамент | Размер | Напр. | sв | sT | 
| 
| KCU | Термообр. |
| - | мм | - | МПа | МПа | % | % | кДж / м2 | - |
| Лист | 4 - 20 | |||||||
| Лист | 21 - 40 | |||||||
| Лист | 41 - 60 |
2.3 Сталь 08х18н10
Сплав 08Х18Н10 применяется в виде холоднокатаного листа и ленты повышенной прочности для различных деталей и конструкций, свариваемых точечной сваркой, а также в виде толстого листа и сорта для изделий, подвергаемых термической обработке (закалке) или для работы в средах, не вызывающих межкристаллитную коррозию.
Используют в основном в виде тонкого листа и ленты в автомобилестроении, торговом машиностроении, для товаров широкого потребления, в архитектуре. Сталь хорошо полируется.
Стали выплавляют в дуговых электропечах.
Сталь 08Х18Н10 представляет собой жаропрочную нержавейку аустенитной структуры. Основное влияние на свойства стали оказывает наличие в ее составе хрома, никеля, титана и марганца. Маркировка материала регламентируется ГОСТ 5632-72. Первые цифры обозначают процентное содержание углерода, а последующие буквы и цифры соответствуют основным легирующим элементам. Химический состав марки 08Х18Н10 в %: Cr (17-19), Ni (9-11), C (0,8), Si (0,8), Ti (0,5), Cu (0,3), Mn (0,2), P (0,035) и S (0,02). Зарубежные аналоги: сталь AISI 304 (США), 1.4301 (Германия), SUS304 (Япония), 304F00 (Франция), 304S11 (Англия), X3CrNi18-10 (Италия) и 0Cr19Ni9 (Китай). Конкретный выбор материала зависит от поставленных задач и возможностей поставщиков.
Нержавеющая сталь 08Х18Н10 обладает высокой прочностью, пластичностью, коррозионной и термической стойкостью. Она легко формуется и сваривается различными способами. Упрочнение стали достигается термообработкой или добавлением азота. Материал не имеет магнитных свойств, а после закалки становится устойчив к межкристаллитной коррозии.
По ГОСТ 7350-77, ГОСТ 5582-72, ГОСТ 4986-79 сталь 08Х18Н10 не должна быть склонна к межкристаллитной коррозии при испытании по методам AM и АМУ ГОСТ 6032-89 с продолжительностью выдержки в контрольных растворах соответственно в течение 24 и 8 ч. Испытания проводят на образцах после термической обработки (закалки) ГОСТ 5949-75 или в состоянии поставки-остальные стандарты.
В закаленном состоянии сталь 08Х18Н10 по коррозионной стойкости аналогична стали 08Х18Н10Т.
В закаленном состоянии микроструктура представляет собой аустенит. После провоцирующих нагревов в интервале 450-850 °С в структуре по границам аустенитных зерен наблюдаются выделения карбидов хрома. При этом отмечается склонность стали к межкристаллитной коррозии и некоторое снижение пластических свойств. Она становится стойкой к межкристаллитной коррозии после закалки. Сталь немагнитная.
Свариваемость без ограничений: ручная дуговая электродами ОЗЛ-8, ОЗЛ-12 на проволоке 02Х19Н9; контактная и электрошлаковая. Сварные соединения, выполненные любыми методами, кроме контактной сварки, склонны к межкристаллитной коррозии. Поэтому рекомендуется для них последующая термическая обработка-закалка.
Таблица 2.5 – Химический состав стали 08Х18Н10
| Химический элемент | Содержание, % |
| Углерод (C), не более | 0,8 |
| Кремний (Si) не более | 0,8 |
| Медь (Cu), не более | 0,3 |
| Марганец (Mn) не более | 0,2 |
| Никель (Ni) | 9-11 |
| Фосфор (P), не более | 0,035 |
| Хром (Cr) | 17-19 |
| Сера (S) не более | 0,02 |
Механические свойства стали 3 сп представлены в таблице 2.6.
Таблица 2.6 – Механические свойства стали 08Х18Н10.
| Сортамент | Размер | Напр. | 
| 
| 
|
| KCU | Термообр. |
| - | мм | - | МПа | МПа | % | % | кДж / м2 | - |
| Пруток | Ж 60 | Закалка 1020 - 1100oC,Охлаждение воздух, | ||||||
| Лист толстый | Закалка 1030 - 1080oC,Охлаждение воздух, | |||||||
| Проволока отожжен. | Ж 8 | 1400-1600 | ||||||
| Трубы горячедеформир. | ||||||||
| Поковки |
