3. Обоснование выбора материала изделия

Сталь 09Г2 относится к низколегированным сталям, общее количество легирующих добавок в которых не превышает 2,5% (в отличие от высоколегированных, где этот показатель - свыше 10%). Заменить сталь 09Г2 можно следующими марками: 09Г2С, 09Г2ДТ, 09Г2Т,10Г2С.

Применение: различные детали и элементы сварных металлоконструкций, работающих при температуре от -70 до +425 °С под давлением.

Сталь 09Г2 не склонна к отпускной хрупкости, то есть ее вязкость не снижается после процедуры отпуска.

Для оценки склонности металла к появлению холодных трещин чаще всего используется углеродный эквивалент, которым можно пользоваться как показателем, характеризующим свариваемость, при предварительной оценке последней.

Углеродный эквивалент легированной стали (Сэ) согласно п. 7.2 ГОСТ 19281-2014 вычисляем по формуле

где С, Мn, Si, Сr, Ni, Сu, V, Р-массовые доли углерода, марганца, кремния, хрома, никеля, меди, ванадия и фосфора, принятые по сертификату завода-изготовителя.

Сэ=0,09+1,4/6+0,17/24+0,19/5+0,21/40+0,19/13+0,09/14+0,025/2 = 0,39 %

Таблица 4. Классификация низколегированных сталей по свариваемости

Группа сталей		Свариваемость	Эквивалент Сэ, %	Технологические меры
				подогрев		термообработка
				перед сваркой	во время сварки	перед сваркой	после сварки
1		Хорошая	< 0,4	-	-	-	Желательна
2		Удовлетворит.	0,4 - 0,6	Необходим	-	Желательна	Необходима
3		Ограниченная	0,6 - 0,8	Необходим	Желателен	Необходима	Необходима
4		Плохая	> 0,8	Необходим	Необходим	Необходима	Необходима

Хорошо сваривающиеся стали свариваются любыми способами без применения сложной технологии. К этой группе относятся малоуглеродистые стали с нормальным содержанием марганца, кремния, хрома и низколегированные стали с содержанием углерода до 0,2%. Такие стали свариваются в общем случае без предварительного подогрева. Сварка при отрицательных температурах, особенно конструкций из толстого металла, требует иногда предварительного подогрева до температуры 100—160 °С. Необходимость предварительного подогрева устанавливается в каждом конкретном случае. Примером таких сталей служат низколегированные конструкционные (09Г2С, 09Г2, 10Г2С1, 12ГС, 16ГС, 14ХГС, 10ХСНД).

Т.к. Сэ = 0,39 < 0,40 ÷ 0,6 %, то следует считать сталь 09Г2 не чувствительной к образованию холодных закалочных структур и, как следствие – не склонной к образованию холодных трещин после сварки.

Оцениваем склонность стали 09Г2 к охрупчиванию путем расчета параметра трещинообразования Рс

где Рс - параметр трещинообразования, характеризующий склонность стали к образованию холодных трещин;

Р_см - коэффициент, характеризующий охрупчивание металла вследствие структурных превращений;

Н - количество диффузионного водорода в металле шва, 5 мл/100гр;

δ - толщина свариваемого металла, мм.

Толщину свариваемого металла при сварке разнотолщинных деталей для расчета Рс принимаем по большей из свариваемых.

Определяем Рсм:

Рсм = 0,09 + 0,17/30 + 0,4/20 + 0,19/20 + 0,21/60 + 0,19/20 +0,09/10 = 0,1972 %

Расчет Рс для разных сварных соединений:

• Сварной шов №1: Заглушка 530*10 –труба 57*3

Рс₁ = 0,1972 + 5/60 + 10/600 = 0,297,

• Сварной шов №2: Труба (заглушка 530*10) –труба (корпус 530*10).

Рс₂ = 0,1972 + 5/60 + 10/600 = 0,297,

• Сварной шов №3: Труба 57*3 – отвод 32*3

Рс₃ = 0,1972 + 5/60 + 3/600 = 0,285,

• Сварной шов №4: Труба (корпус 530*10) – бобышка уровнемера (отвод труба 32*3)

Рс4 = 0,1972 + 5/60 + 10/600 = 0,297,

Т.к. Рс = 0,297 и Рс = 0,285 что <0,3 - это значит, что сварные соединения не склонны к образованию холодных трещин, следовательно, детали не нуждаются в проведении предварительного подогрева перед сваркой.

Оценим стойкость стали к образованию горячих трещин через показатель склонности к горячим трещинам HCS по формуле

Т.к. рассчитанный параметр HCS < 4, то делаем вывод, что сталь не склонна к образованию горячих трещин.

Вывод: Выбираем сталь марки 09Г2, так как она выдерживает требуемые параметры, имеет хорошие показатели по сварочно-технологическим свойствам.