Главная  >  Справочник  >  Сталь конструкционная низколегированная 15Г2СФ

Сталь конструкционная низколегированная марки 15Г2СФ: описание, свойства и применение

Сталь 15Г2СФ относится к классу конструкционных низколегированных сталей, предназначенных для изготовления сварных конструкций, работающих под воздействием статических и динамических нагрузок. Она обладает повышенной прочностью, хорошей свариваемостью и устойчивостью к хрупкому разрушению, что делает её востребованной в различных отраслях промышленности.

 

Общая характеристика стали 15Г2СФ

Сталь 15Г2СФ представляет собой кремнемарганцовистую сталь, легированную ванадием и медью. Она сочетает в себе высокую прочность и достаточную пластичность, что позволяет применять её в конструкциях, подверженных как статическим, так и динамическим нагрузкам. Добавки ванадия и меди способствуют повышению прочности, улучшению свариваемости и повышению коррозионной стойкости.

Благодаря своим характеристикам, сталь 15Г2СФ широко используется в машиностроении, строительстве, судостроении и других отраслях. Она применяется для изготовления различных элементов конструкций, таких как балки, колонны, фермы, листы обшивки, детали машин и механизмов.

 

Химический состав стали 15Г2СФ

Химический состав стали 15Г2СФ строго регламентируется государственными стандартами. Он определяет основные свойства стали и оказывает влияние на её технологические характеристики. Ниже приведена таблица, отображающая химический состав стали 15Г2СФ в соответствии с ГОСТ 19281-2014:

Элемент	Массовая доля, %
Углерод (C)	0.12 - 0.18
Кремний (Si)	0.80 - 1.20
Марганец (Mn)	1.30 - 1.70
Ванадий (V)	0.05 - 0.12
Медь (Cu)	0.20 - 0.40
Сера (S)	≤ 0.035
Фосфор (P)	≤ 0.035
Хром (Cr)	≤ 0.30
Никель (Ni)	≤ 0.30
Мышьяк (As)	≤ 0.08
Азот (N)	≤ 0.012
Железо (Fe)	Остальное

 

Расшифровка химических элементов:

• Углерод (C): Основной элемент, влияющий на прочность и твердость стали. Увеличение содержания углерода повышает прочность, но снижает пластичность и свариваемость.
• Кремний (Si): Раскислитель, улучшает прочность и упругость стали. Повышает сопротивление коррозии в некоторых средах.
• Марганец (Mn): Раскислитель, улучшает прокаливаемость и прочность стали. Увеличивает сопротивление износу.
• Ванадий (V): Модификатор структуры, измельчает зерно, повышает прочность и ударную вязкость. Улучшает свариваемость.
• Медь (Cu): Улучшает коррозионную стойкость стали в атмосферных условиях. Повышает прочность.
• Сера (S): Вредная примесь, снижает пластичность и свариваемость стали. Содержание серы строго ограничивается.
• Фосфор (P): Вредная примесь, повышает хрупкость стали, особенно при низких температурах. Содержание фосфора строго ограничивается.
• Хром (Cr), Никель (Ni): Улучшают прочность и коррозионную стойкость стали, но в небольших количествах.
• Мышьяк (As): Вредная примесь, повышает хрупкость стали. Содержание мышьяка строго ограничивается.
• Азот (N): Может оказывать как положительное, так и отрицательное влияние на свойства стали. В стали 15Г2СФ содержание азота строго контролируется.

 

Физико-механические свойства стали 15Г2СФ

Физико-механические свойства стали 15Г2СФ определяют её поведение под воздействием различных нагрузок и температур. Эти свойства зависят от химического состава, термообработки и других факторов.

Основные физико-механические свойства стали 15Г2СФ при температуре 20°C:

• Предел текучести (σт): Не менее 345 МПа. Это напряжение, при котором сталь начинает деформироваться без заметного увеличения нагрузки.
• Временное сопротивление разрыву (σв): 490 - 630 МПа. Это максимальное напряжение, которое сталь может выдержать до разрушения.
• Относительное удлинение при разрыве (δ5): Не менее 21%. Это процентное увеличение длины образца после разрыва. Характеризует пластичность стали.
• Относительное сужение площади поперечного сечения (ψ): Не менее 50%. Это процентное уменьшение площади поперечного сечения образца в месте разрыва. Характеризует пластичность стали.
• Ударная вязкость (KCU): Не менее 29 Дж/см2 при температуре +20°C и не менее 19 Дж/см2 при температуре -40°C. Это способность стали сопротивляться хрупкому разрушению при ударных нагрузках.

Расшифровка значений:

• МПа (мегапаскаль): Единица измерения напряжения. 1 МПа = 1 Н/мм2.
• % (процент): Относительная величина, выражающая изменение размера или площади в процентах от исходного значения.
• Дж/см2 (джоуль на квадратный сантиметр): Единица измерения ударной вязкости. Характеризует энергию, необходимую для разрушения образца с определенной площадью поперечного сечения.

Дополнительные физические свойства:

• Плотность: 7850 кг/м3 (приблизительно).
• Модуль упругости: 2.06 x 10^5 МПа (приблизительно).
• Коэффициент линейного расширения: 12 x 10^-6 /°C (приблизительно).
• Теплопроводность: 44 Вт/(м*°C) (приблизительно).

 

Термическая обработка стали 15Г2СФ

Термическая обработка является важным этапом производства изделий из стали 15Г2СФ. Она позволяет улучшить её механические свойства, повысить прочность и пластичность, а также снять внутренние напряжения.

Основные виды термической обработки, применяемые к стали 15Г2СФ:

• Нормализация: Нагрев до температуры 880-920°C с последующим охлаждением на воздухе. Нормализация позволяет измельчить зерно, улучшить прочность и ударную вязкость стали.
• Отпуск: Нагрев нормализованной стали до температуры 550-650°C с последующим охлаждением на воздухе или в воде. Отпуск снижает внутренние напряжения, повышает пластичность и ударную вязкость, при этом незначительно снижая прочность.

 

Свариваемость стали 15Г2СФ

Сталь 15Г2СФ обладает хорошей свариваемостью. Она может быть сварена различными способами, такими как:

• Ручная дуговая сварка (РДС): Наиболее распространенный способ сварки.
• Автоматическая и полуавтоматическая сварка под флюсом (АПС, ППС): Обеспечивает высокую производительность и качество сварного шва.
• Сварка в защитных газах (MIG/MAG): Позволяет получать сварные швы с хорошими механическими свойствами и минимальным количеством дефектов.

При сварке стали 15Г2СФ рекомендуется применять электроды и сварочную проволоку, предназначенные для сварки низколегированных сталей. Необходимо также соблюдать технологические режимы сварки, чтобы избежать образования трещин и других дефектов в сварном шве и околошовной зоне. Предварительный подогрев металла перед сваркой, как правило, не требуется, но может быть необходим для толстостенных конструкций или при сварке в условиях низких температур. После сварки рекомендуется проводить отпуск для снятия внутренних напряжений.

 

ГОСТы, регламентирующие сталь 15Г2СФ

Сталь 15Г2СФ регламентируется следующими основными государственными стандартами:

• ГОСТ 19281-2014. Прокат повышенной прочности. Общие технические условия. Этот стандарт определяет общие технические требования к прокату из низколегированных сталей повышенной прочности, в том числе к стали 15Г2СФ. В нем указаны требования к химическому составу, механическим свойствам, качеству поверхности и другим характеристикам проката.
• ГОСТ 14637-89. Прокат толстолистовой из углеродистой стали обыкновенного качества. Технические условия. Этот стандарт распространяется на толстолистовой прокат из углеродистой стали обыкновенного качества, но также может применяться к стали 15Г2СФ в части общих требований к прокату.
• ГОСТ 27772-2015. Прокат для строительных стальных конструкций. Общие технические условия. Этот стандарт распространяется на прокат, предназначенный для изготовления строительных стальных конструкций, в том числе из стали 15Г2СФ.

 

Сферы применения стали 15Г2СФ

Сталь 15Г2СФ нашла широкое применение в различных отраслях промышленности благодаря своим высоким прочностным характеристикам, хорошей свариваемости и устойчивости к хрупкому разрушению.

Основные сферы применения стали 15Г2СФ:

• Машиностроение: Изготовление деталей и узлов машин и механизмов, работающих под высокими нагрузками, таких как валы, шестерни, корпуса, рамы и другие.
• Строительство: Изготовление строительных стальных конструкций, таких как балки, колонны, фермы, мосты, эстакады и другие. Сталь 15Г2СФ позволяет создавать легкие и прочные конструкции, что особенно важно при строительстве высотных зданий и сооружений.
• Судостроение: Изготовление листов обшивки корпусов судов, надстроек, переборок и других элементов. Сталь 15Г2СФ обеспечивает высокую прочность и надежность судовых конструкций.
• Транспортное машиностроение: Изготовление вагонов, цистерн, платформ и других элементов подвижного состава железных дорог.
• Нефтегазовая промышленность: Изготовление трубопроводов, емкостей, резервуаров и других конструкций, используемых для транспортировки и хранения нефти и газа.
• Производство горно-шахтного оборудования: Изготовление деталей и узлов горно-шахтного оборудования, работающих в тяжелых условиях эксплуатации.

 

Операции в цеху со сталью 15Г2СФ

В производственных цехах сталь 15Г2СФ подвергается различным операциям, в зависимости от назначения конечного изделия. Основные операции, выполняемые со сталью 15Г2СФ:

• Резка: Разделение металла на заготовки нужного размера. Резка может производиться различными способами, такими как:
  • Газовая резка: Наиболее распространенный способ резки толстолистового проката.
  • Плазменная резка: Обеспечивает высокую скорость и качество резки.
  • Лазерная резка: Позволяет получать детали сложной формы с высокой точностью.
  • Механическая резка (гильотина, ленточная пила): Используется для резки тонколистового проката и сортового проката.
• Гибка: Придание металлу нужной формы путем изгиба. Гибка может производиться на гибочных прессах, вальцах и других гибочных машинах.
• Вальцовка: Придание металлу цилиндрической или конической формы путем пропускания его между вращающимися валками.
• Сварка: Соединение металлических деталей путем сварки. Сварка может производиться различными способами, как описано выше.
• Механическая обработка: Обработка металла резанием для придания ему точных размеров и формы. Механическая обработка может включать в себя:
  • Точение: Обработка на токарных станках.
  • Фрезерование: Обработка на фрезерных станках.
  • Строгание: Обработка на строгальных станках.
  • Шлифование: Доводка поверхности до требуемой шероховатости.
  • Сверление: Создание отверстий в металле.
• Термическая обработка: Улучшение механических свойств стали путем нагрева и охлаждения.
• Дробеструйная обработка: Очистка поверхности металла от окалины, ржавчины и других загрязнений.
• Покраска: Защита поверхности металла от коррозии путем нанесения лакокрасочного покрытия.

 

Преимущества и недостатки стали 15Г2СФ

 

Преимущества:

• Высокая прочность и предел текучести.
• Хорошая свариваемость.
• Устойчивость к хрупкому разрушению.
• Хорошая коррозионная стойкость (благодаря наличию меди).
• Широкая область применения.

 

Недостатки:

• По сравнению с углеродистыми сталями, имеет более высокую стоимость.
• Требует соблюдения технологических режимов сварки и термической обработки.

 

Заключение

Сталь 15Г2СФ является востребованным конструкционным материалом, обладающим оптимальным сочетанием прочности, пластичности и свариваемости. Благодаря своим характеристикам, она широко используется в различных отраслях промышленности для изготовления ответственных сварных конструкций, работающих под воздействием статических и динамических нагрузок. Правильный выбор стали 15Г2СФ и соблюдение технологических режимов её обработки позволяют обеспечить надежность и долговечность изготавливаемых конструкций и изделий.