Стали нормальной и повышенной прочности

Страницы: 1 2 3

Таким образом, анализ механических свойств сталей общего назначения показывает, что они не уступают по прочности (гарантируемый предел текучести 235 МПа) судостроительным сталям марок В, Д и Е, но хуже их по хладостойкости. Поэтому стали марок ВСт3кп, ВСт3пс, ВСт3сп и ВСт3Гпс рекомендуется использовать лишь для сварных конструкций, которые работают при умеренных температурах и нагрузках. Прокат из этих сталей квалифицируется стандартом как продукция первой категории качества, в то время как прокат из сталей А, В, Д и Е относят к высшей категории качества. Повышенное сопротивление хрупкому разрушению сталей В, Д и Е достигнуто изменением их химического состава увеличением содержания марганца до 1,5 % и существенным совершенствованием технологии металлургического производства. По согласованию с Регистром СССР применяющийся для раскисления стали алюминий может быть частично заменен титаном или ниобием, измельчающими зерно.

Судостроительные стали повышенной прочности также делятся на категории — А, Д и Е. Стали с гарантированным пределом текучести 315 МПа (32 кгс/мм2) А32, Д32 и Е32 должны обеспечивать работу удара не ниже 31 Дж; стали А36, Д36 и Е36 (с гарантированным σТ≥355 МПа) —не ниже 34 Дж и стали третьего уровня прочности (σТ≥390 МПа) — не ниже 36 Дж. Значения работы удара для стали категории А определяют при температуре испытания 0 °С, для стали категории Д при —20 °С и для стали категории Е при —40 °С. Столь высоких значений механических свойств достигают благодаря рациональному выбору состава сталей (табл. 5.5), совершенствованию технологии их выплавки, раскисления, модифицирования, разливки и прокатки. Особенно заметное повышение комплекса механических свойств сталей достигнуто при микролегировании ниобием. Такие стали после термической обработки— нормализации или закалки с высоким отпуском — имеют однородную мелкозернистую структуру и, следовательно, высокое сопротивление хрупкому разрушению. В ряде случаев по согласованию с Регистром СССР термическая обработка может быть заменена контролируемой прокаткой.

Таблица 5.5. Химический состав низколегированной судостроительной стали повышенной прочности (ГОСТ 5521—
Марка стали Содержание элементов, % по массе
C, не более Mn Si Cr Ni Cu Mo Al Nb V
А32               Не более 0,06 — —
Д32               Не более 0,06 — —
Е32 0,18 0,9-1,6 0,15-0,50 Не более 0,20 Не более 0,40 Не более 0,35 Не более 0,08 0,015-0,06 — —
A36               Не более 0,06 0,02-0,05 0,05-0,1
Д36               0,015-0,06 0,02-0,05 0,05-0,1
Е36               0,015-0,06 0,02-0,05 0,05-0,1
А40               Не более 0,06 — —
Д40 0,12 0,5-0,8 0,8-1,1 0,6-0,9 0,5-0,8 0,4-0,6 — 0,015-0,06 — —
Е40               0,015-0,06 — —

Примечание. В сталях этих марок содержится Р не более 0.0355% по массе, S — не более 0.035% по массе. Прочерк в таблице означает отсутствие требований стандарта.

Механические свойства проката высшей категории качества из сталей повышенной прочности приведены в табл. 5.6 и 5.7. С увеличением толщины листа гарантируемый уровень работы разрушения несколько понижается. Регистр СССР регламентирует районы целесообразного применения сталей повышенной прочности по длине и высоте корпуса судна в зависимости от действующих в корпусе напряжений.

Таблица 5.6. Механические свойства проката высшей категории качества при растяжении
Марка стали Предел прочности σВ МПа (кгс/мм2) Предел текучести σт МПа (кгс/мм2), (не менее) Относительное удлинение, δ, %, не менее
А32, Д32, Е32 470—590 (48—60) 315 (32) 22
А36, Д36, Е36 490—620 (50—63) 355 (36) 21
А40, Д40, Е40 530—690 (54—70) 390 (40) 19

Таблица 5.7. Минимальная работа удара KV, Дж (кгс·м), при испытании проката высшей категории качества (не менее)
Марка стали Температура испытания, °С Толщина проката, мм
5—7,5 7,5—9,5 10 и более
А32 0 31 (3,2) 26 (2,7) 22 (2,2)
Д32 —20
Е32 —40
А36 0 34 (3,5) 28 (2,9) 24 (2,4)
Д36 —20
Е36 —40
А40 0 36 (3,7) 30 (3,1) 25 (2,5)
Д40 —20
Е40 —40

Расчетная температура конструкций, расположенных выше балластной ватерлинии, принимается равной минимальной температуре  окружающей   среды.   Температура конструкций, постоянно соприкасающихся с забортной водой, приравнивается к 0 °С.

В отечественной судостроительной практике в течение многих лет успешно используются низколегированные стали марок 09Г2, 09Г2С и 10ХСНД (табл. 5.8). Эти стали во многом являются аналогами рассмотренных выше судостроительных сталей повышенной прочности. Так, стали 09Г2 и 09Г2С имеют гарантированный предел текучести 290—300 МПа, а сталь 10ХСНД — 390 МПа (табл. 5.9). Судокорпусные стали с пределом текучести 355 МПа ранее промышленностью не выпускались. Это создавало определенные трудности при выборе стали конкретного назначения.

Таблица 5.8. Химический состав низколегированных сталей (ГОСТ 19282—73)
Марка стали Содержание элементов, % по массе
C Si Mn Cr Ni Cu
09Г2 ≤0,12 0,17—0,37 1,4—1,8 ≤0,30 ≤0,30 ≤0,30
09Г2С ≤0,12 0,5—0,8 1,3—1,7 ≤0,30 ≤0,30 ≤0,30
10ХСНД ≤0,12 0,8—1,1 0,5—0,8 0,6—0,9 0,5—0,8 0,4—0,6

Таблица 5.9. Механические свойства проката первой категории качества
Марка стали Толщина проката, мм Предел прочности σВ, МПа (кгс/мм2) Предел текучести σт МПа (кгс/мм2) Относительное удлинение, δ, % Ударная вязкость KCU—40, Дж2 (кгс·м см2)
не менее
09Г2 4 Не менее 440 (45) 300 (31) 21 —
5—9,5 300 (31) 34 (3,5)
10—20 300 (31) 29 (3)
21—30 290 (30) 49 (5)
09Г2С 32—60 Не менее 450 (46) 290 (30) 21 49 (5)
10ХСНД 4 530—690 (54—70) 390 (40) 19 —
5—9,5 39 (4)
10—15 39 (4)
16—32 49 (5)