2. Общие сведения о конструкционных и сварочных материалах

2.1. Стали и сплавы. Выбор основного металла

В выборе основного металла в известной степени нет свободы, так как он обусловлен тем изделием, которой надо изготовить. Поэтому основной металл выбирается на стадии проектирования самой контсрукции, а не разработки технологии сварки.

Выбор основного металла обусловлен особенностями сварных конструкций, требованиями, предъявляемыми к ним. К числу важнейших из них относятся прочностные показатели (_в, _0.2 ,HRC), пластические (ударная вязкость a_н - KCV/KCU/, _0.2), особые свойства - коррозионная стойкость на воздухе или в агрессивных средах, способность работать при повышенных температурах, высокая тепло- и электропроводность иряд других. Однако важнейшим требованием для изготовления сварных конструкций является свариваемость металла, т.е. возможность получения качественных сварных соединений. Не все металлы обладают таким свойством.

2.1.1. Стали

Сталями называют сплав железа с углеродом (до 1.5%) и некоторыми другими (легирующими) элементами до 40%. Большинство сталей хорошо или удовлетворительно свариваются (имеют хорошую свариваемость) и широко используются для изготовления сварных конструкций.

По содержанию углерода стали классифицируют на низкоуглеродистые ([С] до 0.25%), среднеуглеродистые (до 0.46%), высокоуглеродистые (до 0.75%).

ГОСТ 380-94 на углеродистые стали обыкновенного качества предусматривает три группы по степени раскисления:

- кипящие стали - “КП”;

- спокойные стали - “СП”;

- полуспокойные стали- “ПС”.

ГОСТ предусматривает поставка сталей по трем группам:

- А - гарантированные механические свойства:

- Б - гарантированный химический состав (по элементам Si, Mn, C, P, S, As, Ni, Cr, Mo):

-В - то и другое.

Так, например, сталь ВСт3СП - спокойная (раскисленная) сталь, поставляемая с гарантированными мех.свойствами и химсоставом. Число 3 обозначает группу сталей с зависимости от химического состава. Большие числа (0...6) соответствуют более высокому содержанию легирующих элементов и в первую очередь, углерода.

Углеродистые качественные стали поставляются по ГОСТ 1050-88. Они имеют повышенное содержание легирующих элементов и в наименовании марки стали указывают основные из них. Элементы обозначают буквами русского алфавита, рядом с обозначением элемента указывают его содержание (в целых процентах), если оно более 1%:

Никель - Н Титан - Т

Бор - Р Кремний - С

Хром - Х Молибден - М

Марганец - Г Ниобий - Б

Вольфрам - В Ванадий - Ф

Алюминий - Ю Медь - Д

Азот - А

Перед содержанием легирующих элементов указывают содержание углерода в сотых долях процента.

Так, например, обозначение стали Сталь 20Г означает, что содержание углерода в ней не превышает 0.20%, а марганца содержится примерно1%.

Низколегированные стали выпускают в соответствии с ГОСТ 19281-89, 19282-73. Низколегированными сталями называют стали, содержащие один или несколько легирующих элементов в количестве до 2% при их суммарном количестве не более 5%. Для легирования таких сталей применяют в основном Si, Mn, Cr, Ni. Легирование определенными элементами придает стали особые качества. Так, для повышения прочностных характеристик добавляют Cr, Mo, V. Для измельчения зерна с целью повышения пластичности и снижения склонности к трещинам применяют Nb. Si и Mn применяют для раскисления сталей - удаления кислорода. При этом повышются механические свойства металла. Mn также сниженает склонности к горячим трещинам, нейтрализуя вредное влияние S. Ni снижает склонность к холодным трещинам, но его использование экономически не выгодно.

К низколегированным сталям относятся широко применяемые в промышленности и строительстве 16ГС, 10ХСНД, 15ХСНД, 20ХГСА, 15ХМА, 09Г2С, 10Г2.

Широко применяются стали, предназначенные для работы в особых условиях: высокая температура до 600 (теплоустойчивые), высокая температура свыше 600 (жаростойкие), контакт со средой, вызывающей коррозию (коррозионностойкие или нержавеющие). Как правило, эти стали являются высоколегированными (суммарное содержание легирующих элементов более 5%, а иногда превышает и 40-60% - тогда они назваются сплавами на основе железа)