Контрольная работа: Сравнительный анализ производства стали

1. Сравнительный анализ производства стали 09Г2С

1.1 Описание стали марки 09Г2С

Класс: Сталь конструкционная низколегированная для сварных конструкций, марка стали 09Г2С широко применяется при производстве труб и другого металлопроката.

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

Вид поставки: сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 19281-73, ГОСТ 2590-2006, ГОСТ 2591-2006, ГОСТ 8239-89, ГОСТ 8240-97. Лист толстый ГОСТ 19282-73, ГОСТ 5520-79, ГОСТ 5521-93, ГОСТ 19903-74. Лист тонкий ГОСТ 17066-94, ГОСТ 19904-90. Полоса ГОСТ 103-2006, ГОСТ 82-70. Поковки и кованные заготовки ГОСТ 1133-71.

Расшифровка марки 09Г2С: Обозначение 09Г2С означает, что в стали присутствует 0,09% углерода, поскольку 09 идет до букв, далее следует буква «Г» которая означает марганец, а цифра 2 - процентное содержание до 2% марганца. Далее следует буква «С», которая означает кремний, но поскольку после С цифры нет - это означает содержание кремния менее 1%. Таким образом, расшифровка 09Г2С означает, что перед нами сталь имеющая 0,09% углерода, до 2% марганца, и менее 1% кремния и поскольку общее кол-во добавок колеблется в районе 2,5% то это низколегированная сталь.

Чаще всего прокат из данной марки стали используется для разнообразных строительных конструкций благодаря высокой механической прочности, что позволяет использовать более тонкие элементы чем при использовании других сталей. Устойчивость свойств в широком температурном диапазоне позволяет применять детали из этой марки в диапазоне температур от -70 до +450 С. Также легкая свариваемость позволяет изготавливать из листового проката этой марки сложные конструкции для химической, нефтяной, строительной, судостроительной и других отраслей. Применяя закалку и отпуск изготавливают качественную трубопроводную арматуру. Высокая механическая устойчивость к низким температурам также позволяет с успехом применять трубы из 09Г2С на севере страны.

Также марка широко используется для сварных конструкций. Сварка может производиться как без подогрева, так и с предварительным подогревом до 100-120 С. Так как углерода в стали мало, то сварка ее довольно проста, причем сталь не закаливается и не перегревается в процессе сварки, благодаря чему не происходит снижение пластических свойств или увеличение ее зернистости. К плюсам применения этой стали можно отнести также, что она не склонна к отпускной хрупкости и ее вязкость не снижается после отпуска. Вышеприведенными свойствами объясняется удобство использования 09Г2С от других сталей с большим содержанием углерода или присадок, которые хуже варятся и меняют свойства после термообработки.

Свойства стали 09Г2С: сталь 09Г2 после обработки на двухфазную структуру имеет повышенный предел выносливости; одновременно примерно в 3--3,5 раза увеличивается число циклов до разрушения в области малоцикловой усталости.

1.2 Назначение выплавляемой стали марки 09Г2С

Изделия из низколегированной конструкционной стали 09Г2С востребованы во многих отраслях производства, что подкрепляется широким предложением сортамента продукции этой марки. Благодаря своим физическим свойствам, сталь 09Г2С заслуженно заняла свою позицию на рынках современного спроса и предложений. Характеристики стали 09Г2С предоставляют возможность применять её в качестве основного материала при изготовлении деталей, которые предназначены для работы в температурном диапазоне рабочей среды от -70 єС до + 425 єС, что при проектировании изделий привлекает к себе внимание ещё большего числа конструкторов.

Высокая прочность материала, удовлетворительные показатели механических свойств в широком диапазоне температур, а также способность к изменению свойств сплава после проведения термической обработки, неизбежно приводит к тому, что детали и изделия из стали 09Г2С находят своё применение практически во всех сферах производства и машиностроения. Из стали 09Г2С изготавливаются строительные конструкции, трубы для транспортировки различных жидкостей (воды, нефти и др.) и газов, резервуары различного назначения, паровые котлы, нефтепромысловое оборудование и различные детали машин, в т. ч. сельскохозяйственного направления.

Богатый выбор различных сортаментов, разнообразие толщин приводят к тому, что к использованию этого сплава обращаются всё большее число производителей различных металлоизделий.

При механизированной сварке и в частном использовании находит своё применение и сварочная проволока марки 09Г2С. Такая проволока может иметь медное напыление, а может быть и вовсе без покрытия. Большим плюсом такой проволоки является относительно малое количество легирующих компонентов.

Химический состав стали 09Г2С

Первая цифра, стоящая в начале названия марки, сообщает о количестве углерода, содержащегося в сплаве, и отображаемая в сотых долях. Соответственно, процент углерода в сплаве 09Г2С составляет примерно 0,09. Следующие цифры показывают содержание легирующих элементов: марганца в этом сплаве содержится около 2% и менее 1% кремния.

Рисунок 1 Химический состав стали 09Г2С

Помимо основных легирующих элементов, химический состав стали 09Г2С содержит в себе нижеследующие составляющие периодической таблицы:

Таблица 1

Суммарное количество легирующих компонентов в низколегированных сплавах не превышает значения 2,5%. Удельный вес стали 09Г2С равен 7850 кг/м 3 , но нужно заметить, что плотность стали непостоянна и может иметь небольшой разброс значений, которые находятся в прямой зависимости от количества легирующих элементов. Но в любом случае, относительно небольшой вес готового изделия, в котором при изготовлении деталей прибегли к использованию стали этой марки, имеет большое преимущество по сравнению с другими более тяжеловесными сплавами.

Физические свойства

Конструкционная сталь 09Г2С обладает высокой способностью сохранять свои характеристики при работе под давлением в широком температурном интервале, долговечна, устойчива к нагрузкам с переменным вектором силы, а также подвергается термической обработке, которая оказывает значительное влияние на показатели механических показателей.

Коэффициент линейного расширения (КЛР), который описывает способность сплавов сохранять свой объём при увеличении температуры при постоянном показателе давления, изменяется всего на 2,4Ч10-6 единицы при изменении температуры со 100 єС до 500 єС (1,14Ч10-5 при 100 єС против 1,38Ч10-5 при 500 єС). Наглядное описание характеристик линейного расширения приведено ниже:

Таблица 2

Несмотря на то, что сталь 09Г2С является низколегированной, она не проявляет такое свойство, как флокеночувствительность. Малое присутствие углерода в сплаве обеспечивает удовлетворительный показатель свариваемости деталей из стали этой марки. Нужно отметить, что высокое содержание углерода в сплавах при его выгорании приводит к возникновению дополнительных микропор, а также к образованию закалочной структуры, что отрицательно сказывается на качестве сварного шва, а в стали 09Г2С этого не наблюдается.

Рисунок 2 Изменение микроструктуры стали 09Г2С в зависимости от температуры

Сварка стали 09Г2С не требовательна к типу электродов и может проходить с использованием таких способов сварки, как ручная дуговая, электрошлаковая, автоматическая дуговая сварка под флюсом и с газовой защитой. Сплав марки 09Г2С не имеет ограничений по свариваемости материала, а детали из листового проката с сечением до 40 мм могут подвергаться сварке без предварительной разделки кромок. Детали, подготовленные к сварке, не нуждаются в дополнительной химической или термической обработке. Миграция легирующих элементов по всему сечению сварного шва обеспечивает его высокие прочностные характеристики и одновременно хорошие технические показатели ударной вязкости.

Для уменьшения признаков возникновения закалочной структуры, неизбежно формирующейся при сварке, сварное изделие следует подвергнуть высокотемпературному отпуску с температурой нагрева от 600 до 660 єС. Охлаждение изделия должно быть медленным, с печью, что поможет избежать коробления его отдельных частей. Допускается не проводить термическую обработку деталей, прошедших сварку, и имеющих толщину поперечного сечения до 36 мм.

Механические свойства

Механические свойства стали 09Г2С описывают следующие характеристики для сортового и фасонного проката сечением до 10 мм:

Таблица 3

Для того, чтобы определить класс прочности (КП) испытываемого образца, следует обратиться к ГОСТу 19281-2014, в котором подробно показаны все ключевые характеристики, на которые следует опираться при проведении испытаний или оценке готового протокола на категорию прочности.

Стоит не забывать, что этот механический показатель напрямую зависит от химического набора соответствующих компонентов, и присутствие в большем процентном содержании какого-либо элемента может сыграть ключевую роль при формировании показателей прочности при обработке этой стали.

Рисунок 3 Механические свойства стали 09Г2С

В зависимости от класса прочности, изменяется и такой показатель механических характеристик, как твёрдость. Зависимость этих двух показателей прямая: чем выше категория прочности материала, тем выше и значение твёрдости. Обычно твёрдость низколегированных сплавов измеряется по методу Бринелля, и показатель твёрдости обозначается в единицах НВW, но в зависимости от требований, предъявляемых к изделию, и месту контроля (основной материал или материал сварного шва), может изменяться и метод измерения твёрдости. В таком случае, твердость материала может быть выражена в единицах по шкале Роквелла, Виккерса и т.д.

Режим термообработки стали назначается согласно критическим точкам:

Таблица 4

В зависимости от требуемых показателей механических свойств, назначается режим термической обработки. Нормализация и закалка стали 09Г2С проходит при высокотемпературном нагреве от 930 до 950 єС. Зависимость мехсвойств от температурного режима отпуска приведена ниже:

Таблица 5

Как следует из таблицы, чем выше температурный режим сопутствующего отпуска, тем ниже у сплава сопротивление разрыву.

Термическая обработка способствует образованию сплава с двухфазной структурой, дисперсность зерна которого и определяет основные показатели механических свойств материала.

1.3 Описание технологии выплавки стали марки 09Г2С и работы оборудования в условиях предприятия ОАО «Русполимет»