Сталь к42 что это

Обновлено: 26.04.2024

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.

Марки стали. Расшифровка. Буквенные обозначения легирующих элементов. Группы марок сталей

Углеродистая сталь наряду с железом и углеродом содержит марганец (0,1-1,0%), кремний (до 0,4%).

Сталь содержит также вредные примеси: фосфор, сера, газы - несвязанный азот и кислород.

Фосфор придает стали хрупкость (хладноломкость) при низких температурах, уменьшает пластичность при нагревании.

Сера вызывает трещиноватость при высоких температурах (красноломкость).

Для изготовления сварных конструкций в основном применяется углеродистая сталь обыкновенного качества, соответствующая ГОСТ 380-71.

Для придания стали каких-либо особых свойств – механических, электрических, магнитных, коррозионной устойчивости и т.д. – в нее вводят так называемые легирующие элементы, как правило, металлы: хром, никель, молибден, алюминий и др. Такие стали называют легированными.

Свойства стали можно изменять, применяя различные виды обработки: термическую (закалка, отжиг), химико-термическую (цементизация, азотирование), термо-механическую (прокатка, ковка).

Сочетания букв и цифр дают характеристику легированной стали. Если впереди марки стоят две цифры, они указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента. Одна цифра впереди марки указывает среднее содержание углерода в десятых долях процента. Если впереди марки нет цифры, это значит, что углерода в ней либо 1%, либо выше 1%. Цифры, стоящие за буквами, указывают среднее содержание данного элемента в процентах, если за буквой отсутствует цифра – значит содержание данного элемента около 1% (не более 1,5%). Буква А в конце марки, как и в углеродистой, так и в легированной стали, обозначает высококачественную сталь, т.е. сталь, содержащую меньше серы и фосфора.

Указанная система маркировки охватывает большинство существующих легированных сталей.

Исключение составляют отдельные группы сталей, которые дополнительно обозначаются определенной буквой:
Р – быстрорежущие, Е – магнитные, Ш – шарикоподшипниковые, Э – электротехнические.

азот ( N ) – А
алюминий ( Аl ) – Ю
бериллий ( Be ) – Л
бор ( B ) – Р
ванадий ( V ) – Ф
висмут ( Вi ) – Ви
вольфрам ( W ) – В
галлий ( Ga ) – Гл
иридий ( Ir ) – И
кадмий ( Cd ) – Кд
кобальт ( Co ) – К
кремний ( Si ) – C
магний ( Mg ) – Ш
марганец ( Mn ) – Г
свинец ( Pb ) – АС
медь ( Cu ) – Д
молибден ( Mo ) – М
никель ( Ni ) – Н
ниобий ( Nb) – Б
селен ( Se ) – Е
титан ( Ti ) – Т
углерод ( C ) – У
фосфор ( P ) – П
хром ( Cr ) – Х
цирконий ( Zr ) – Ц

Группы марок сталей:

Углеродистые: ст. 20, 09Г2С
Коррозионностойкие: ст. 20ФА, 13ХФА, 09ГСФ, 20А, 20С, 10Х17Н13М2Т
Нержавеющие (пищевые): ст. 08Х18Н10Т, 12Х18Н10Т
Хладостойкие: ст. 10Г2ФБЮ
Жаропрочные: ст. 15Х5М

Группа коррозионной стойкости 1 – все виды коррозионных сталей с классом прочности К 52

Классы прочности:

К42 – ст. 20
К48 – ст. 09Г2С
К52 – ст. 20ФА, 13ХФА, 20А, 20С
К56-60 – ст. 10Г2ФБЮ

Классы прочности трубы

Расшифровка и классификация марок сталей

Железо химически-активно и встречается в природе только в виде соединений, руды состоят из гидратов, закисей солей и оксидов. Богатая руда содержит не более 57% чистого металла, а изделия быстро корродируют. С развитием металлургии было изобретено множество сплавов на железной основе, которые превосходят его по прочности и имеют надежную молекулярную структуру. Стали классифицируют по способу раскисления, назначению и содержанию элементов. Обозначения марок сформированы разными системами стандартизации.

Для точной расшифровки марки стали воспользуйтесь нашим марочником стали

Классификация по химическому составу

В естественной среде железо реагирует с окислителями, галогенами, фосфором и серой. Для очищения сырья и преобразования оксидных соединений в роли восстановителя сначала применяли каменный уголь. Так при горении в недостатке кислорода, выплавляли чугун, из которого уже частично удалены оксиды и примеси, а доля углерода составляет не менее 2,14%. Для выплавления стали из полученной массы необходимо уменьшить его концентрацию до 2%.

Углеродистые

По составу отличаются от чугуна только концентрациями. При обработке снижается количество углерода и вредных включений. Соотношение кремния и марганца – может корректироваться для придания дополнительной прочности и стойкости к коррозии. По количеству углеродных соединений различают следующие группы:

Высокоуглеродистая (0,6-2%);
Среднеуглеродистая (0,25-0,55%);
Низкоуглеродистая (до 0,25%).

Углеродная составляющая участвует в формировании карбидов и укрепляет структуру на молекулярном уровне. Чем выше содержание, тем больше стойкость к механическим нагрузкам, особенно ударным. Понижение придает пластичность и возможность выпускать изделия повышенной точности. Из этих сплавов получают инструменты (топоры, валы), детали, испытывающие большое напряжение (оси, арматура) и малонагруженные (зубчатые колеса, пружины). Расшифровка характеристик стали производится по буквам:

Ст – сталь;
Цифра – номер, согласно регламенту, ГОСТ 380-2005;
Г – марганец выше 0,8%;
КП, ПС или СП – метод раскисления.

Группу объединяет название «конструкционные», их обозначают маркировками: Ст0, Ст1кп, Ст1пс, Ст1сп, Ст2кп, Ст2пс, Ст2сп, Ст3кп, Ст3пс, Ст3сп, Ст3Гпс, Ст3Гсп, Ст4кп, Ст4пс, Ст4сп, Ст5пс, Ст5сп, Ст5Гпс, Ст6пс, Ст6сп.

Отдельно выделяют группу с названием «инструментальные», они содержат 0,7% углерода и дополнительно очищаются от вредных составляющих. Расшифровка букв в обозначении согласно ГОСТ 1435-99:

У – углеродистая;
Цифры: углеродная концентрация в десятых долях процента;
Г – марганец выше 0,33%;
А – повышенное качество, серы не более 0,03%, фосфора – до 0,035%.

Инструментальные нелегированные стали обозначают следующими маркировками: У7; У8; У8Г; У9; У10; У11; У12; У13; У7А; У8А; У8ГА; У9А; У10А; У11А; У12А; У13А.

Легированные

Для придания специальных свойств в расплав добавляют различные присадки. Процесс называют легированием. По соотношению легирующих элементов марки разделяют на низколегированные (до 2,5%), среднелегированные (до 10%) и высоколегированные (до 50%).

В таблице приведены металлы, включения примесей и их обозначения в маркировке:

Марганец – Mn	Г
Хром – Cr	Х
Никель – Ni	Н
Титан – Ti	Т
Молибден – Mo	М
Бериллий – Be	Л
Медь – Cu	Д
Азот – N	А
Ванадий – V	Ф
Ниобий – Nb	Б
Алюминий –Al	Ю (от ювенал)
Селен – Se	E
Кобальт – Co	К
Бор – B	P
Фосфор – P	П
Кремний –Si	С (от силициум)
Цирконий –Zr	Ц

Например, 08Х18Н10 расшифровывается как 0,08% углерода (С), 18 % хрома (Cr), 10% никеля (Ni). Обозначаются не все составляющие, а только говорящие об основных свойствах. Легирование применяется во всех случаях, когда неприемлемо использование углеродистых сплавов. Технический процесс сложнее и дороже, но присадки помогают продлить срок службы в сложных условиях или создать материал со специальными возможностями.

Также в начале маркировки могут присутствовать такие обозначения:

Р — быстрорежущая;
Ш — шарикоподшипниковая;
А — автоматная;
Э — электротехническая.

У этих марок есть ряд особенностей:

в шарикоподшипниковых сталях содержание хрома указывается в десятых долях процента (например, сталь ШХ4 содержит 0,4% хрома);
в марках быстрорежущей стали после буквы Р сразу ставится число, указывающее содержание вольфрама в процентах. Также все быстрорежущие стали содержат 4% хрома (Х).

Классификация по назначению

Часто для группы со сходными химическими формулами и эксплуатационными ресурсами применяют термины, указывающие на условия применения. Как правило, такая продукция подвергается испытаниям на соответствие по нескольким одинаковым параметрам: на устойчивость к ударным нагрузкам, кислотам, экстремальным температурным режимам. Специальные обозначения в маркировке есть у нелегированных групп: строительные (С), подшипниковые (Ш), конструкционные (Сп), инструментальные (У). Отдельно выделяют режущие легированные сплавы (Р).

Классификация сталей по назначению

Конструкционные

Категория объединяет марки способные выдерживать разнонаправленные механические нагрузки: изгибающие, ударные, растягивающие. Отличительной особенностью является стойкость к усталости, они не трескаются и не истираются при сочетании различных негативных факторов. По составу могут быть углеродистыми и легированными. Применяются для изготовления конструкций и деталей повышенной прочности.

Если сталь является литейной конструкционной, то в конце маркировки ставят букву Л. Например: 40ХЛ, 35ХМЛ.

Инструментальные

Стальные изделия без легирования очень прочны, но в некоторых областях их качеств недостаточно, поэтому применяют присадки. Например, марганец участвует в формировании особо-прочной молекулярной структуры (аустенит) и увеличивает стойкость к механическим деформациям. Алмазная сталь ХВ5 долго сохраняет заточку, может резать очень твердые материалы, при этом требует ухода и легко ломается. Ее прародителями были булатные и дамасские клинки, плохо переносящие сырость и хрупкие ближе к острию.

Инструментальные нелегированные стали обозначаются буквой У. Затем ставится цифра, которая обозначает среднее содержание углерода в стали: У11; У12; У13;. Высококачественные стали дополнительно обозначают буквой А на конце — У11А; У12А; У13А.

Особого назначения

Способность выдерживать определенные физические или химические воздействия определяет область применения. К особенным свойствам относится: немагнитность, кислотостойкость, жаростойкость, жаропрочность. Появляются узкоспециальные названия: авиационные (нагрузка свыше 1300Мпа), судостроительные (стойкость в щелочной среде), криогенные (отсутствует хрупкость при –196 С о и ниже).

Классификация по способу раскисления

При плавлении руды необходимо удалить кислород, иначе готовый прокат быстро заржавеет. Так как кислород находится в несвободном состоянии, требуется разрушить оксидные и гидратные соединения. В реакции раскисления участвуют активные вещества: ферромарганец, силикомарганец, расплав алюминия и другие. Некоторые реагенты действуют только в вакуумной среде.

Для обозначения способа раскисления используют такие обозначения:

Уже более 100 лет разрабатываются методы прямого получения металла, минуя переплавку в чугун и использование кокса, загрязняющего расплав продуктами горения. В результате применения газообразных и твердых восстановителей, обработки в электропечах, реакторах, реторах, получается раствор, насыщенная газами в разной степени. Разделение не относится к легированным продуктам, так как добавление присадок требует регламентированной чистоты.

Кипящая

Для получения используют минимальное количество реагентов, поэтому остается много кислорода и углекислого газа. Слитки имеют неоднородное строение, в одной части оседают вредные примеси, поэтому до 5% готового слитка удаляется. Материал с низкими характеристиками, хрупкий. Воздух концентрируется в сердцевине, но наружная корка может иметь достаточную прочность. Возможно изготовление крепежных деталей котлов и конструкций, контактирующих с взрывоопасными средами. Главный недостаток: быстрая коррозия.

Спокойная

Благодаря сложным технологическим процессам присутствие газов и неметаллических включений минимально, а структура однородна. Из слитков изготовляют металлоконструкции, детали или используют для создания дорогостоящих сплавов.

Полуспокойная

Промежуточное состояние. Упрощенные технические циклы удешевляют производство, а свойства достаточны для выпуска несущих элементов сварных и клепаных конструкций. Из Ст5пс изготовляют болты, гайки, упоры, которые можно использовать в плюсовых температурах и низкой влажности воздуха.

Классификация по качеству

Чем меньше осталось вредных включений, тем выше качественные характеристики, но иногда это не оправдано экономически. Система стандартизации предусматривает три класса.

Качественная

К категории относят углеродистые продукты. В них больше всего фосфора, серы и газов, они недостаточно однородны. Качества удовлетворительны для производства конструкций и деталей.

Нелегированные качественные стали обозначают буквой К. Например, 20К

Высококачественная

Низкое содержание вредных примесей и неметаллических включений обозначается в маркировке буквой А в конце. Из марок У8 и У8А вторая будет обладать лучшими характеристиками, изделия получатся точнее и качественнее.

Букву А в начале пишут в марках конструкционных сталей высокой обрабатываемости (А12–автоматная, А30, А40), но в таком случае она не отображает соответствие стандарту чистоты.

Особо качественные

Сплавы с минимально-возможным количеством примесей обозначаются по способу получения в конце маркировки:

ВД – вакуумно-дуговая переплавка;
Ш – электрошлаковый переплав;
ВИ – вакуумно-индукционный;
ПД – плазменно-дуговой.

Особое качество достигается легированием, так как основу, полученную из чугунного расплава, невозможно привести к таким показателям. Содержание серы снижено до 0,1%, фосфора – до 0,025%. Примеры: 30ХГСН2МА – ВД. Здесь пропущены цифры, так как концентрации присадок составляют от 0,8 до 1,2%, поэтому их доля округляется до 1.

Классификация по структуре

Легирующие элементы формируют собственные соединения и создают молекулярную решетку. Строение металлов по своей природе зернистое, подвергается изменениям при термообработке и давлении. Геометрия химических связей определяет отношение к классу: ферриты, аустениты, перлиты и мартенситы. В обозначениях эта информация не отображается, но принадлежность всегда учитывается для применения в той или иной области.

Аустенит

Атомы углерода находятся внутри ячеек кристаллической решетки металла. Легирующие элементы способны замещать атомы железа и вставать на их место. Аустениты отличаются прочностью и однородностью, не магнитны, относятся к коррозийно-стойким и жаропрочным материалам, применяются для транспортировки агрессивных веществ, работы в особо сложных условиях.

Феррит

Ферритная решетка похожа на куб правильной формы. Поликристаллическое строение делает ферриты мягкими, при переохлаждении зерна становятся крупными, увеличивается хрупкость. Представители класса являются сильными магнетиками, поэтому используются в радиотехнике и электронике для поглощения электромагнитных волн, выпуска антенн и сердечников.

Мартенсит

При закаливании и охлаждении формируется игольчатое строение, при этом атомы железа смещаются на вершины ячеек, а углеродные концентрируются в центре. Это создает внутренние напряжения. Интересно, что мартенситовое превращение происходит в определенных температурных промежутках, при котором достигается предельная твердость. Явление сопровождается возникновением «памяти метала». Сталь, находящаяся в таком состоянии способна вернуть форму после механической деформации.

Мартенсит получают различными методами термообработки и легирования, присадки помогают стабилизации решетки. Степень зависит от назначения, иногда необходимо полное прокаливание, а если этого не требуется, то воздействуют лишь на поверхностные слои. Применение осложняется дополнительными требованиями к обработке, особенно сварке. Уникальные свойства пока не изучены до конца.

Перлит

На этой стадии облегчается механическая обработка. Перлит – явление распада при охлаждении после нагрева. Зерна измельчаются или расслаиваются на пластинки. Состояние создают искусственно для пластической деформации.

Цементит

Особо устойчивое состояние. Решетка FeC₃ имеет ромбическую форму, физически цементит очень тверд и хрупок. Формируется при кристаллизации расплава чугуна. В сталях образуется при охлаждении аустенита и нагревании мартенсита (разупрочняющий отжиг).

В металлургии термообработка производится для получения лучших эксплуатационных характеристик конкретного состава и состоит из многочисленных процедур нагревов и охлаждений в разной температуре: сфероидизация, гомогенизация, изотермический отжиг, разупрочнение, стабилизация.

Классификация по способу производства

Многое зависит от применяемого оборудования. Доменные печи давно заменены на более экологичные и эффективные варианты. За прошедшее столетие появилось несколько новых технологий:

Конверторная или бессемеровская. В процессе выплавки в конвертер поступает сжатый, обогащенный кислородом воздух, углеродная составляющая выжигается. Дополнительное топливо не требуется, так во время реакции высвобождается дополнительная энергия и масса нагревается самостоятельно. До изобретения технологии невозможно было получить температуру плавления 1600 С о , поэтому производили только чугун при 1400 С о . В усовершенствованном виде способ применяется и сегодня.
Мартеновская. Ученый предложил использовать полученное тепло повторно: выходящий воздух нагревает входящий. Для этого печь была оснащена регенератором, не только восстанавливающим тепло, но улавливающим копоть и конденсат. В установках действуют термические режимы, не превышающие 2000 С о . Изобретение позволило переплавлять лом, регенераторы используются в современных установках, особенно стеклодувных и плазменных.
Электросталь – оборудование нового поколения, использующее индукцию и дуговую выплавку. В современных установках получают наиболее чистые от загрязнений продукты, затраты электричества снижаются, так как поддерживается точная температура. В плазменно-дуговых печах создают жаропрочные и тугоплавкие материалы. Появилась возможность получать стали прямым методом, без плавления чугунной основы.

Предельное повышение температуры до 20000 С о позволило получить железо, усиленное молибденом и титаном. Вместе с технологией плавления одновременно разрабатываются методы металлообработки: резки, гибки, проката.

Таблица маркировки сталей

В таблице приведено содержание элементов в распространенных марках стали.

Читайте также: