Учебник для вузов

Трубопроводная арматура

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

4.2. Стали

Сталь благодаря высокой механической прочности и пластичности является высококачественным материалом для изготовления ответственных деталей арматуры. Пластичность стали способствует выравниванию напряжений в отдельных точках детали и уменьшает опасность ее внезапного разрушения, что особенно важно для арматуры высоких  параметров и другой ответственной арматуры.

Углеродистые стали. Углеродистая сталь обыкновенного качества изготовляется по ГОСТ 380—71 (на бессемеровскую сталь не распространяется), качественная, выплавляемая в основных конверторах, мартеновских и электрических печах, — по ГОСТ 1050—74.

Углеродистая сталь обыкновенного качества подразделяется на три группы:

А, Б и В.

Стали группы А применяются для неответственных деталей, а для более нагруженных деталей применяются стали групп Ь и В. Стали группы А распространены значительно больше, чем стали групп Б и В. Сталь каждой группы подразделяется на категории в зависимости от нормируемых показателей: группа А — 1; 2; 3; группа Б — 1; 2; группа В — 1; 2; 3; 4; 5; 6. Углеродистые стали могут применяться при низких температурах: спокойная до —40е С, кипящая — до —30е С. С повышением температуры свыше 300е С механические характеристики углеродистой стали быстро снижаются, поэтому сталь обыкновенного качества применяется до 425° С, качественная — до 455° С. Для ответственных объектов, например, в атомной энергетике, углеродистая (качественная) сталь в арматуре применяется только для температур до 350° С с целью обеспечения высокой надежности арматуры,

В обозначении марок стали буквы Ст обозначают сталь, цифры от 0 до 6 — условный номер марки, буквы Б и В обозначают группы. Номер категории ставится в конце обозначения, первая категория и группа А в обозначении ие указываются. Сталь всех групп с номерами марок 1—4 по степени раскисления изготовляют кипящей (кп), полу спокойной (пс) и спокойной (сп).

Стали с номерами марок 5 и 6 изготовляют полуспокойной и спокойной. Стали марок СтО и БСтО но степени раскисления не подразделяются. Для соединения сваркой применяются стали с гарантией свариваемости при содержании углерода менее 0,22%. Если степень раскисления стали не указывается, номер категории в обозначении отделяют знаком тире (например, СтЗ—2). Полуспокойная сталь с повышенным содержанием марганца имеет в обозначении букву Г (например, ВСтЗГпс).

Углеродистая качественная конструкционная сталь по ГОСТ 1050—74 делится по видам обработки на горячекатаную и кованую, калиброванную, сталь круглую со специальной отделкой поверхности — серебрянку. Стандарт распространяется на горячекатаную и кованую сталь марок 08; 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 58 (55пс) и 60 диаметром или толщиной до 250 мм, а также сталь калиброванную и серебрянку всех марок. Стандарт регламентирует химический состав сталей марок 05кп, 08кп, 08пс, Юкп, Юпс, 15кп, 15пс, 20кп и 20пс. В обозначении марки стали цифры обозначают среднее содержание углерода в сотых долях процента. По степени раскисления сталь обозначают кипящую — кп, полуспокойную — пс, спокойную — без индекса.

По требованиям к испытаниям механических свойств сталь делится на категории 1, 2, 3, 4 и 5. Категория стали указывается в заказе. При отсутствии указаний поставляется сталь 2-й категории.

По состоянию материала сталь изготовляется без термической обработки, термически обработанная — Т, нагартованная — Н (для калиброванной стали и серебрянки).

В зависимости от назначения горячекатаная и кованая сталь делится на подгруппы: а — для горячей обработки давлением; б — для холодной механической обработки (обтачивания, строгания, фрезерования и т. д.) по всей поверхности; в — для холодного волочения (подкат). Назначенце стали (подгруппы) должно быть указано в заказе.

Сталь изготовляется в основных конверторах с продувкой кислородом сверху, Е мартеновских и электрических печах. Способ выплавки стали (мартеновская или конверторная) выбирается предприятием-изготовителем.

Нормы относятся к стали диаметром или толщиной до 80 мм. Для стали диаметром или толщиной свыше 80 мм допускается снижение относительного удлинения иа 2 единицы (%).

Поковки из конструкционной углеродистой низколегированной и легированной стали изготовляются в соответствии с ГОСТ 8479—70. Стандарт распространяется на поковки общего назначения диаметром (толщиной) до 800 мм, изготовляемые свободной ковкой или горячей штамповкой. На отдельные виды поковок, к которым предъявляются особые требования по способу производства, качеству поверхности, применению специальных видов термической обработки и т. п. изготовляемые по действующим стандартам, ГОСТ 8479—70 не распространяется.

В зависимости от назначения и условий работы изготовляемых из них деталей поковки разделяются по видам и объему испытаний на пять групп, указанных в табл. 4.10 Отнесение поковки к той или иной группе производится заказчиком. Номер группы указывается в технических требованиях на чертеже детали. По требованию потребителя сдача поковок должна производиться с дополнительными видами испытаний, не предусмотренными данным стандартом (проверка на флокены, ультразвуковой контроль, определение величины остаточных деформаций, определение ударной вязкости при отрицательных температурах и др.). В этом случае поковки также относятся к одной из групп: II, III, IV или V. Вид, объем, нормы и методы дополнительных испытаний указываются в чертеже поковки или заказе.

Поковкн изготовляются из углеродистой, низколегированной и легированной стали и по химическому составу должны соответствовать требованиям действующих стандартов и технических условий на стали.

По механическим свойствам поковки, поставляемые после окончательной термической обработки, разделяются на категории прочности. Категории прочности, соответствующие им нормы механических свойств, определяемые при испытаниях на продольных образцах, и нормы твердости. После букв КП (категория прочности) ставится цифра, соответствующая пределу текучести металла. При увеличении диаметра или толщины поковки требования к пластическим свойствам материала снижаются. Для энергетической арматуры тепловых и атомных электростанций могут применяться поковки и значительно больших диаметров.

Марка стали, нормы твердости для поковок II и III групп и категорий прочности для поковок IV и V групп устанавливаются заказчиком в зависимости от требуемого уровня механических свойств поковок после термической обработки и указываются иа чертеже детали и поковки. Для обеспечения требуемого уровня механических свойств поковки подвергаются термической обработке, режим которой устанавливается предприятием-изготовителем. Поковки подвергаются термической обработке как в черновом виде, так и после предварительной механической обработки (обдирка, рассверливание и др.).

Отливкн арматуры из нелегированной стали. Для изготовления отллвок применяют основную нлн кислую мартеновскую сталь или электросталь. Отливки подвергаются термической обработке. Механические характеристики стали для отливок с толщиной стеики до 100 мм после окончательной термической обработки указаны в табл. 4.14. Для отливок с толщиной стенок более 100 мм механические свойства устанавливаются по соглашению изготовителя с потребителем. Основными нормируемыми показателями механических свойств являются: предел текучести или предел прочности, относительное удлинение и ударная вязкость. Нормирование остальных контролируемых свойств устанавливается нормативно-технической документацией иа конкретную продукцию.

Для изготовления деталей арматуры наиболее часто применяются углеродистые стали (для отливок) 20Л, 25Л и 35Л. Широкое применение при рабочей температуре до 425° С и рабочем давлении до 6,4 МП а имеет сталь 25Л-П для ответственных изделий, когда требуется гарантировать определенные показатели ударной вязкости, применяется сталь 25Л-Ш.

Легированная конструкционная сталь выпускается по ГОСТ 4543—71. Стандарт распространяется на сталь горячекатаную и кованую диаметром или толщиной до 250 мм, калиброванную сталь и серебрянку, применяемую в термически обработанном состоянии и поставляемую в прутках, полосах и мотках. В части норм химического состава стандарт распространяется на все другие виды проката, поковки и штамповки.

В зависимости от химического состава и свойств конструкционная сталь делится на категории: качественная, высококачественная (А), особовысококачественная. К особо-высококачественным относят стали электрошлакового (Ш) и вакуумно-дугового (ВД) переплава.

В зависимости от основных легирующих элементов сталь делится иа группы: хромистая, марганцовистая, хромомаргаицовистая и др.

По видам обработки сталь делится иа горячекатаную и кованую, калиброванную и сталь круглую со специальной отделкой поверхности — серебрянку.

В зависимости от назначения проката горячекатаная сталь делится на подгруппы: а — для горячей обработки давлением и холодного волочения; б — для холодной механической обработки (обтачивания, строгания, фрезерования н др.). Назначение стали (подгруппа) должно быть указано в заказе.

В соответствии с заказом горячекатаную и кованую сталь поставляют как в термически обработанном состоииии (отожжеииую, высокоотпущеииую илн нормализованную с высоким отпуском), так и без термообработки, а сталь калиброванную и серебрянку — в нагартованном или термически обработанном состоянии (отожжеииую, отпущенную, нормализованную, закаленную и отпущенную).

Стали высоколегированные и сплавы коррозионностойкие, жаростойкие и жаропрочные выпускаются по ГОСТ 5632—72. Стандарт распространяется на деформируемые стали и сплавы иа железной, железоникелевой и никелевой основах, предназначенные для работы в коррозиониоактивиых средах и при высоких температурах.

К высоколегированным сталям условно отнесены сплавы, содержащие более 45% железа, а легирующих элементов в сумме не менее 10%, считая по верхнему пределу, при содержании одного из элементов ие менее 8% по нижнему пределу.

К сплавам на железоннкелевой основе отнесены сплавы, основная структура которых является твердым раствором хрома и других легирующих элементов в железоннкелевой основе (сумма никеля и железа более 65% при приблизительном отношении никеля к железу 1 : 1,5).

К сплавам на никелевой основе отнесены сплавы, основная структура которых является твердым раствором хрома и других легирующих элементов в никелевой основе (содержание никеля не менее 55%).

В зависимости от основных свойств стали и сплавы подразделяются на следующие группы:

группа I — коррозиоиностойкие (нержавеющие) стали и сплавы, обладающие стойкостью против электрохимической и химической коррозии (атмосферной, почвенной, щелочной, кислотной, солевой), межкристаллитной коррозии, коррозии под напряжением и др.;

группа II — жаростойкие (окалиностойкие) стали и сплавы, обладающие стойкостью против химического разрушения поверхности в газовых средах при температуре выше 550° С, работающие в иеиагружеином или слабоиагружеииом состоянии;

группа III — жаростойкие стали и сплавы, способные работать в нагруженном состоянии при высоких температурах в течение определенного времени и обладающие при этом достаточной жаростойкостью.

В зависимости от структуры стали подразделяют на шесть классов: мартен-ситный — с основной структурой мартенсита; мартеиснтно-ферритиый со структурой, содержащей кроме мартенсита не менее 10% феррита; ферриткый со структурой феррита; аустенито-мартенситиый со структурой аустеиита и мартенсита, количество Koiu|jb]X можно изменять в широких пределах; аустеиито-феррнтиый со структурой аустеиита н феррита (феррита ие более 10%); аустеиитный со структурой аустеиита.

Подразделение сталей на классы по структурным признакам является условным и произведено в зависимости от основной структуры, полученной при охлаждении сталей на воздухе после высокотемпературного нагрева.

В зависимости от химического состава сплавы подразделяются на классы по основному составляющему элементу: на железоннкелевой основе; на никелевой основе; на кобальтовой основе.

Из высоколегированных сталей в арматуростроеини применяются главным образом стали мартеиситиого, ферритного и аустенитиого классов

В обозначениях марок сталей буквы означают: А — азот, Б — ниобий, В — вольфрам, Г — марганец, Д — медь, Е — селен, К — кобальт, М — молибден, Н — никель, Р — бор, С — кремний, Т — титан, Ф — ванадий, X — хром, Ц — цирконий, Ю — алюминий. Буква А, обозначающая азот, в конце марки ие ставится. В обозначениях марок сталей цифры, стоящие после обозначения элемента, указывают его среднее содержание (в процентах). Содержание элементов, присутствующих в стали в малых количествах (бор, азот, титан), цифрой ие обозначается. Цифры, стоящие перед буквенным обозначением, указывают среднее или максимальное (при отсутствии нижнего предела) содержание углерода в стали в сотых долях процента. Название марок сплавов состоит только из буквенных обозначений элементов, и только после никеля указываются цифры, обозначающие его среднее содержание в процентах. Стали и сплавы, полученные специальными методами, дополнительно обозначают через тире в конце наименования марки буквами: ВД — вакуумно-дуговой лерегогав; Ш — электрошлаковый переплав и ВИ — вакуумио-индукциоииая выплавка.