Сталь 09г2с и сталь 17г1с

Обновлено: 03.05.2024

При изготовлении различных металлоконструкций, труб и трубопроводной арматуры на российском рынке чаще всего используются две марки стали: ст.20 и 09г2с. Популярность материалов вызвана их эксплуатационными свойствами, хорошей свариваемостью, широким диапазоном рабочих температур.

Стали применяют в машиностроении, нефтегазовом секторе, химической промышленности и других сферах для производства:

отводов, переходов, тройников и пр. фитингов;
труб;
запорно-регулирующей арматуры;
сварных конструкций;
машин и прицепов;
различных деталей.

Несмотря на схожие области применения, стальные марки различаются составом, а, следовательно, технологическими и механическими свойствами. Поэтому материал выбирают, отталкиваясь от государственных и отраслевых стандартов, технических условий и проектной документации.

Характеристика стали 20

Ст.20 ‒ качественная углеродистая конструкционная сталь, которую используют для производства деталей, работающих при температуре от -40 до +450 °C.

Материал пластичен, не имеет ограничений в сварке, не склонен к отпускной хрупкости, не чувствителен к флокенам. Средняя теплопроводность обеспечивает равномерный нагрев и охлаждение во время транспортировки изделия. После термохимической обработки подходит для изготовления деталей с невысокой прочностью сердцевины при высокой твердости поверхности (шестерни, червяки и пр.).

Химические элементы, входящие в состав марки:

С (углерод) ‒ 0,17-0,24%.
Si (кремний) ‒ 0,17-0,37%.
Mn (марганец) ‒ 0,35-0,65%.
Ni (никель) ‒ до 0,3%.
Р (фосфор) ‒ до 0,03%.
S (сера) ‒ до 0,035%.
Fe (железо) ‒ ∼98%.
Концентрация др. элементов, в т.ч. вредных ‒ менее 0,3%.

Допускается снижение содержания кремния при использовании ванадия, алюминия, титана или ниобия. Количество марганца также может быть уменьшено при удовлетворении требований к механическим свойствам.

Легирование стали повышает прочность, стойкость к коррозии, снижает опасность хрупкого разрушения. Основные легирующие элементы: Cr (хром), Ni (никель), Cu (медь), N (азот), V (ванадий), Ti (титан) и пр.

Материал изготавливают волочением, отливкой, ковкой, горячей или холодной деформацией.

Характеристика стали 09г2с

Марка 09г2с ‒ конструкционная низколегированная. Ее используют для изготовления деталей и сварных металлоконструкций, работающих под давлением при температуре от -70 до +425 °C, что позволяет выдерживать сильные температурные деформации при длительной эксплуатации. Другими словами, материал морозоустойчив.

09 ‒ содержание углерода (C) ‒ 0,09%.
г2 ‒ показывает наличие марганца (Mn) до 2%.
с ‒ присутствие кремния (Si), отсутствие цифр после «с» определяет его содержание ‒ до 1%.

Химический состав стали не ограничен указанными тремя элементами, он может быть дополнен серой (S), никелем (Ni), фосфором (P), азотом (N) и др. При этом общий процент легирующих добавок не должен превышать 2%.

не деформируется при эксплуатации;
выдерживает нагрузки с переменным вектором силы;
легко подвергается термической обработке;
пластичная;
устойчива к образованию флокенов;
не склонна к отпускной хрупкости;
не имеет ограничений в свариваемости;
в сварном шве не образуются микропоры.

Отличия

Стали различаются содержанием химических элементов, что влечет за собой разницу в применении.

Ст20 расширяется под воздействием высоких температур, становится пластичной. При низких температурных значениях становится хрупкой. Является более дешевой маркой в сравнении с 09г2с.

Ст.09г2с сохраняет свои первоначальные характеристики, она более износостойкая. Поэтому ее используют для производства стальных элементов, к которым предъявляются повышенные требования к стойкости и температурным изменениям.

Сравнение сталей 17г1с и 17г1с-У

Стали 17Г1С и 17Г1С-У, согласно ГОСТ 19281-2014, относятся к сплавам повышенной прочности. Обе марки предназначены для изготовления сортового, универсального широкополосного проката, различных профилей, возведения сварных, болтовых и клепаных металлоконструкций. Механические характеристики установлены для металла, не подвергающегося дополнительной термической обработке.

Массовая доля легирующих элементов в составе 17Г1С и 17Г1С-У минимальна. Низколегированные стали могут применяться в производстве сварных элементов, работающих под давлением в широком диапазоне температур.

Сварной и бесшовный трубопрокат для теплосетей и нефтегазопроводов;
Фланцевые переходы, фасонные детали;
Паровые котлы, установки атомных электростанций;
Промышленное оборудование, элементы вагонов, автомобилей, спецтехники.

Преимущественно 17Г1С и 17Г1С-У используют для сооружений и технологического оборудования на объектах с повышенным уровнем опасности.

Для контроля качества применяют анализ ковшовых проб на соответствие составу, проводят испытания на растяжение, изгиб, ударный изгиб и другие, в зависимости от назначения материала.

Описание стали 17Г1С

Конструкционная сталь не имеет ограничений по свариванию, применяется для строительных конструкций и для деталей, работающих в условиях высокого давления при температурах от -40⁰ до +475⁰. К выпускаемым из этой марки видам проката относятся листы ГОСТ 19903-2015 и 5220-79, полосы ГОСТ 82-70, трубы ГОСТ 8732- 78, прутки, швеллеры, уголки и другой прокат.

Химический состав по ГОСТ 19281-2014:

Углерод (С) — 0,15-0,2
Кремний (Si) — 0,4-0,6
Марганец (Mn) — 1,15-1,6
Никель (Ni) — до 0,3
Хром (Cr) — до 0,3
Медь (Cu) — до 0,3
Ванадий (V) — до 0,12
Алюминий (Al) — 0,02-0,05
Азот (N) — до 0,012
Сера (S) — до 0,035
Фосфор (P) — до 0,03
Мышьяк (As) — до 0,08

Массовые доли элементов регулируются и другими стандартами, например ТУ 14-1-1921-76, ТУ 14-3-1573-96 и др. Механические свойства устанавливаются для каждого вида проката в отдельности:

Временное сопротивление разрыву: 510-530 МПа;
Предел текучести: 342-355 МПа;
Удлинение при разрыве: 22-23%;
Ударная вязкость: 390-440 кДж/м².

Показатели могут быть улучшены закалкой. 17Г1С можно обрабатывать резкой, сверловкой, дробеструями, на фрезерных и токарных станках. Сплав применяют для производства фланцевых дисков, отводов и других деталей трубопроводов для теплосетей, нефтяной и газовой промышленности и теплообменного оборудования.

Свойства стали 17Г1С-У

Модифицированный сплав обозначается буквой “У” — усиленный.

Химический состав по ГОСТ 19281-2014 соответствует марке 17Г1С, но микролегирование алюминием (Al) не допускается, а массовая доля марганца (Mn) ограничивается: 1,15-1,55. Модификации осуществляют путем введения небольших присадок титана, кальция, церия, ниобия и других элементов (0,02-0,05%) в зависимости от области применения и улучшаемого параметра, например:

Износостойкость и надежность;
Стойкость при транспортировке химических веществ;
Устойчивость к ударным нагрузкам.

Из стали 17Г1С-У производят листовой прокат для изготовления сварных труб повышенной коррозионной стойкости для строительства магистральных линий в нефтяной и газовой отрасли, а также комплектующих и соединительных деталей (фитинги, фланцы, переходы, отводы).

Основное отличие между марками

Несмотря на практически идентичный химический состав и схожие свойства, из стали 17Г1С производят прокат повышенной прочности общего назначения. Полуфабрикаты могут использоваться в различных отраслях промышленности.

Марка 17Г1С-У обладает повышенной стойкостью к определенным видам нагрузок или группам агрессивных веществ. Например при транспортировке малосернистого газа массовая доля серы не должна превышать 0,007%.

Регулирование свойств 17Г1С достигается за счет точного соотношения основных химических элементов при выплавке. Для 17Г1С-У может применяться микролегированием легкими, редкоземельными и щелочноземельными металлами. Некоторые элементы одновременно служат раскислителями или удаляют из расплава примеси.

Классы прочности трубы

Класс прочности сталей для труб оценивают по временному сопротивлению разрыву и обозначают буквой “К”. Нормативное значение измеряют в кгс/мм². Стандарт ГОСТ 20295-85 “Трубы стальные сварные для магистральных газонефтепроводов” устанавливает значения от К34 до К60. Компанией Газпром совместно с ведущими металлургическими предприятиями уже инициировано производство партий К80 для реализации пилотных проектов.

Тенденция к получению сверхпрочного трубопроката начала развиваться одновременно со строительством первых магистралей.

Увеличение внутреннего давления среды дает следующие преимущества:

Повышение производительности за счет транспортировки вещества в сжатом состоянии;
Использование материалов с высокими механическими свойствами снижает металлоемкость;
Сокращение операционных и капитальных расходов благодаря уменьшению числа компрессорных станций.

На историю производства труб с высокими классами прочности оказали влияние масштабные аварии и открытия:

1960

Хрупкое разрушение 13-километрового участка северо-американского трубопровода. Катастрофа послужила основанием для увеличения требований к показателям вязкости стали.

Впервые было обнаружено вязкое разрушение труб, которые предположительно считались трещиностойкими.

1970

На Аляске и в части Канады построен первый трубопровод с гарантированной вязкостью при -69⁰ (предел текучести более 551 МПа).

1978

Ознаменован большим числом стресс-коррозионных разрушений только что проложенных трубопроводов в Канаде и Австралии. СКР проявляются в виде продольных трещин, образующихся на внешней поверхности магистрали под действием деформационных факторов и агрессивной среды. Как следствие, требования к качеству металла были вновь повышены, возникла необходимость в стойких покрытиях.

С 1950-х годов внимание уделяли в основном механическим прочностным характеристикам, параметры увеличивали, повышая массовые доли углерода, марганца или хрома, но сталь обладала малой ударной вязкостью, а склонность к охрупчиванию выводила из строя целые участки газопроводов.

В середине 60-х для нефтегазовой отрасли были разработаны марки системы Si-Mn, имеющие класс прочности до К52 (17ГС, 17Г1С и 17Г1С-у). Температуры эксплуатации не должны были опускаться ниже -5⁰. Дальнейшее повышение механических характеристик за счет недорогих добавок стало невозможным, поэтому основное внимание сконцентрировалось на дисперсионном твердении, особенно карбонитридном (14Г2САФ, 16Г2САФ, 17Г2САФ). Но все полученные сплавы имели низкую сопротивляемость хрупкому разрушению.

Параллельно предпринимались попытки создания экономных низколегированных сталей, подвергающихся термомеханической прокатке (13ГС, 13Г1С). Они отличались пониженной долей углерода, глубокой очисткой от серы, применением микролегирования. Первая попытка максимально измельчить зерно задала направление движению к оптимизации состава сталей.

В современных сплавах для газовой и нефтяной промышленности применяют следующие структурные механизмы:

Твердорастворное упрочнение: введение в кристаллическую решетку элементов, изменяющих свойства металла;
Дисперсионное твердение: формирование интерметаллических включений у границ зерен, легирующие добавки выпадают в межструктурное пространство;
Измельчение зерна: нормализация с помощью термообработки.

Трубный прокат класса прочности К60 был создан более 30 лет назад с помощью ускоренного охлаждения. Получение низкотемпературных продуктов превращения аустенита, встроенных в структуру (верхний и нижний бейнит, мартенсит), привело к появлению К65. В России материал был впервые апробирован на предприятии Северсталь.

Трубы с классом прочности К48

Изделия К48 выдерживают давление 48 кгс/мм². Это бесшовный трубный прокат с диаметром 42-426 мм из углеродистых стальных сплавов, предназначенный для выполнения различных задач. Толщина стенки достигает 28 мм.

Преимущественно продукция применяется в северных регионах России: Ханты-Мансийский и Ямало-ненецкий округа, Восточная Сибирь.

Трубы с классом прочности К52

Бесшовный горячекатаный трубопрокат с диаметрами 57- 426 мм, толщиной стенки 5-26 мм, выдерживающий значительные перепады давления.

ТУ 14-3-1972-97 и ТУ 1317-204-0147016-01 — с повышенной коррозионной стойкостью и хладостойкостью.
ТУ 1317-006.1-593377520-2003 — микролегированные с увеличенной эксплуатационной надежностью для месторождений ОАО “ТНК”.
ТУ-14-3Р-91-2004 — хладостойкие с высокой сопротивляемостью к локальной коррозии, изготавливаются для ОАО “Сургутнефтегаз”.

Марки стали: 06Х1, 06ХФ, 09ГСФ, 12ГФ, 13ХФА, 20ФЧА, 15 ХМФ и др. Сплавы дополнительно очищены от вредных примесей, предназначены для транспортировки нефтепродуктов и газа, содержащих соединения серы, устойчивы к отрицательным температурам.

По ТУ 14-3-1573-96 изготавливают прямошовные изделия с диаметром до 1020 мм с толщиной стенки до 32 в северном и обычном исполнении. Предусмотрены технические условия для производства листового материала: ТУ 14-1-4034-96, ТУ 14-1-1950-89, ТУ 14-1-1921-76.

Трубы с классом прочности К56

Класс прочности К56 объединяет электросварной и бесшовный прокат для магистральных трубопроводов с высокой эксплуатационной надежностью и коррозионной стойкостью, способных выдерживать значительное давление или экстремальные температуры, изготовленных с применением технологий микролегирования.

В 1970-х при начале освоения месторождений, расположенных в средней полосе и строительстве трубопроводов с давлением до 7 МПа, были созданы первые стальные партии К56 с повышенными характеристиками.

Трубы с классом прочности К60

Сортамент К60 включает в себя прямошовные, спиральношовные, бурильные и обсадные изделия с различной резьбой.

Характеристики: толщина стенки до 32 мм, рабочее давление до 9,8 МПа, в северном и обычном исполнении. Сварные швы должны иметь плавный переход к основному металлу. Наличие дефектов, влияющих на прочность не допускается.

Сравнение сталей 17г1с и 09г2с

В производстве деталей машин, трубопроводных элементов, опор и других сварных металлоконструкций чаще используют сталь 09г2с, что связано с ее эксплуатационными и механическими свойствами. Марку 17г1с также применяют при изготовлении электросварных и бесшовных труб, машинной техники, фасонных деталей трубопровода, теплообменных аппаратов.

Несмотря на пересечения в сфере применения, марки различаются химическим составом, который определяет разницу в физико-механических свойствах. Поэтому выбор материала зависит от эксплуатационных условий, конструкторской документации.

Характеристика стали 17г1с

Ст.17г1с относится к низколегированным конструкционным сплавам, работающим под давлением в диапазоне температур от -40 до +475 °C. Материал используют в промышленности со сложными условиями работы: при прокладке нефтепроводов, тепловых сетей, атомных электростанций.

17 ‒ содержание углерода (0,17%);
г1 ‒ наличие марганца не более 1%;
с ‒ указывает на кремний в составе, концентрация которого не превышает 1%.

В химсостав также входят никель (Ni), сера (S), фосфор (P), хром (Cr), ванадий (V), медь (Cu) и пр. легирующие элементы.

Добавление буквы «у» на конце (17г1с-у) расшифровывается, как «улучшенная». Такая сталь обладает повышенной прочностью.

пластичность сплава обеспечивает ему устойчивость к образованию трещин;
марка не имеет ограничений в свариваемости;
не деформируется при эксплуатации;
хладостойкая;
выдерживает высокие температуры;
легко подвергается механической обработке.

Ст.09г2с также является конструкционным низколегированным сплавом, эксплуатация которого возможна при температуре от -70 до +425 °C. Марка устойчива к морозам, агрессивным средам, подходит для работы в северных регионах страны.

Отличается от первой стали сниженным содержанием углерода (0,09%) и увеличенной концентрацией марганца (до 2%). Состав может быть дополнен серой, азотом, фосфором и другими легирующими добавками, общий процент которых не должен превышать 2%.

не чувствительна к флокенам;
сваривается без ограничений;
морозоустойчивая;
пластичная;
не склонна к отпускной хрупкости;
выдерживает сильные температурные деформации при длительной эксплуатации.

Разница в применении

Несмотря на схожий химический состав и принадлежность к одному классу сплавов, концентрация элементов определяет разницу в использовании и стоимости материала.

Сталь 17г1с более устойчива к высоким температурам, подходит для производства бесшовных, электросварных прямошовных и спиралешовных труб, которые используют при прокладке паропроводов, трубопроводов, транспортирующих агрессивные среды.

Ст09г2с является более универсальной за счет физико-технических свойств: она пластичная, прочная, износостойкая, применяется в различных климатических зонах. Обладает более низкой стоимостью в сравнении со сплавом 17г1с.

Читайте также: