CC BY
48Российские и европейские стали для металлических сварных конструкций
П. А. Малинен1 О. В. Казачков Б. Н. Ягнюк
Петрозаводский государственный университет
АННОТАЦИЯ
Статья посвящена сравнительному анализу современных сталей для металлических сварных конструкций, широко используемых на территории России, стран Евросоюза, путем сравнения их по химическому составу и механическим свойствам по стандартам EN10025, EN10113, ГОСТ 27772. Приведены таблицы отечественных сталей с подбором аналогов зарубежных сталей.
Ключевые слова: сталь, металлические конструкции, прокат, структура.
SUMMARY
The article is devoted to the comparative analysis of modern steel materials used for welding steel structures and widely applied in Russia and European countries. They are compared by their chemical composition and mechanical properties according to standards EN 110025, EN 10113, GOST 27772 and specifications.
Keywords: steel, welding structure, standard.
В производстве лесных машин и навесного оборудования широко применяются стали, предназначенные для металлических сварных конструкций. Например, в трелевочном тракторе - это рама, кронштейн крепления кабины к раме, каркас кабины, несущие детали манипулятора и т.п.
Отечественные стали для строительных металлических конструкций регламентируются ГОСТ 27772-88 «Прокат для строительных стальных конструкций. Общие технические условия». Он распространяется на листовой, широкополосный универсальный, фасонный (уголки, двутавры, швеллеры), сортовой прокат и гнутые профили из углеродистых и низколегированных сталей для стальных конструкций со сварными и другими соединениями.
Общеевропейские стали для сварных конструкций регламентируются стандартом EN 10025 (Hot rolled products of non-alloy structural steels. Technical delivery conditions). Стандарт определяет требования к горя-
1 Авторы - соответственно доценты кафедры технологии металлов и ремонта и доцент кафедры архитектуры, строительных конструкций и геотехники
© П. А. Малинен, О. В. Казачков, Б. Н. Ягнюк, 2003
чекатаным нелегированным сталям обычного качества и качественным, поставляемым в виде листового и длинномерного проката. Поставляемые по стандарту стали предназначены для использования в сварных, болтовых и клёпаных конструкциях при климатических температурах. Термическая обработка для этих сталей не предусмотрена, не считая поставки в нормализованном состоянии (Ы). Отпуск для снятия внутренних напряжений допускается.
Кроме этого, для металлоконструкций применяются свариваемые мелкозернистые стали, поставляемые по стандарту ЕЫ 10113 (части 1, 2, 3). Этот европейский стандарт определяет требования к прокату из качественных и специальных мелкозернистых свариваемых сталей. Эти стали, по сравнению с обычными нелегированными сталями, поставляемыми по стандарту ЕЫ 10025, имеют более высокие показатели прочности (Яе, Кт), пластичности (д ), ударной вязкости (KCV) и более низкую температуру перехода в хрупкое состояние (I ).
Отличие отечественных высокопрочных сталей от европейских сталей заключается в основном в том, что в российских стандартах широко предусматривается использование низколегированных сталей (09Г2С, 10Г2С1Д, 10ХСНД и др.), тогда как в общеевропейских стандартах системы БЫ регламентируются высокопрочные низкоуглеродистые стали, у которых соответствующие механические свойства создаются за счет измельчения зерна и микролегирования низкоуглеродистых сталей. В связи с создавшейся дефицитностью основного легирующего элемента, применяемого в отечественном прокате повышенной прочности, предназначенном для сварных конструкций, а именно марганца (стали 09Г2, 10Г2С1, 12Г2С и др.), в последние годы разрабатываются металлургическими комбинатами страны микролегированные низкоуглеродистые стали на базе марки Ст3, которые имеют повышенную прочность и хладостойкость и могут применяться взамен марганцовистых сталей. Эти стали не вошли в ГОСТ 27772-88, а поставляются по разработанным металлургическими комбинатами техническим условиям, например [2, 3, 4 ].
Европейский стандарт ЕЫ 10113 определяет общие требования к мелкозернистым сталям повышенной категории качества. В части 2 этого стандарта даны марки и классы качества нормализованных сталей (Ы) и условия их поставки; в части 3 - соответственно то же для сталей, подвергнутых термомеханической обработке (М). Механические свойства сталей по стандарту ЕЫ 10113 приведены в таблице 3.
Эти стали специально предназначены для производства тяжелонагруженных частей в таких конструкциях, как мосты, затворы шлюзов, складские хранилища, водонапорные башни и т.д. Указанные части конструкций работают при климатических или более низких отрицательных температурах.
Специальные атмосферостойкие стали поставляются по европейскому стандарту EN 10155, а улучшаемые (закалка и высокий отпуск) мелкозернистые стали будут поставляться по стандарту pr EN 10149.
В отечественных строительных сталях по ГОСТ 27772 буквенные символы обозначают: С -сталь строительная; К - вариант химического состава; Т - термическое упрочнение; цифра - предел текучести в МПа.
Величина предела текучести (Re) положена в основу классификации как основная расчетная и эксплуатационная характеристика проката для стальных конструкций. Она находится в корреляции с пределом прочности (Rm).
В большинстве зарубежных национальных стандартов в марке стали приводится значение минимального предела прочности Rm (например DIN 17100, SFS-200 и т.п.). Аналогично и в международном стандарте ISO 630.
В новых стандартах Европейского Союза системы EN, как и в российском ГОСТ 27772, в марке стали приводится значение предела текучести Re. Поэтому базой для сравнения отечественных сталей и сталей-аналогов по общеевропейским стандартам примем значение предела текучести Re.
Важнейшим эксплуатационным свойством сталей является сопротивление хрупкому разрушению, определяемое при сериальных испытаниях на ударный изгиб образцов размером 10х10х55 мм при понижающихся температурах испытания. В стандартах на металлопродукцию представлены гарантированные величины ударной вязкости (KCU, KCV) - ГОСТ 27772 или работы разрушения (KV) - стандарты EN. Гарантированное значение работы разрушения при определенных температурах испытания на ударный изгиб обозначают символами, приведенными в табл. 1. Если сталь прошла нормализацию у изготовителя, в том числе и нормализацию с прокатного нагрева, то в марке стали ставят обозначение N, если сталь подвергнута термомехнической обработке -обозначение М, прочие гарантируемые свойства обозначают буквой G, дополненной при необходимости цифрами 1, 2 или 3, 4. Качество малоуглеродистых сталей существенно зависит от степени раскисления. В отечественных стандартах раскисление обозначается строчными буквами в конце марки: кп - кипящая сталь, пс - полуспокойная сталь, сп - спокойная сталь.
В европейских стандартах обозначение способа раскисления стали дается в конце марки буквами: FU -нераскисленная сталь (кипящая); FF - раскисленная сталь (спокойная).
В массовых малоуглеродистых сталях степень раскисления является важным классификационным признаком.
В настоящем исследовании рассмотрены классы строительных конструкционных сталей по стандартам £N10025 и £N10113 и показано соответствие и отличие их от отечественных сталей для строительных конструкций, поставляемых по ГОСТ 27772:
- по химическому составу;
- по показателям прочности и пластичности;
- по ударной вязкости.
Таблица 1
Обозначение гарантированной вязкости в наименовании сталей
27J 40J 60J °C
JR KR LR 20
JO KO LO 0
J2 K2 L2 -20
J3 K3 L3 -30
J4 K4 L4 -40
J5 K5 L5 -50
J6 K6 L6 -60
Для ряда марок отечественных сталей по ГОСТ 27772 выбраны аналоги зарубежных сталей по стандартам системы EN (табл. 2).
Выполненное сопоставление отечественных и зарубежных сталей для металлоконструкций показывает, что в целом уровень механических свойств сталей-аналогов довольно близок, отличия практически не дают существенных отличий в надежности и работоспособности металлоконструкций. В российских и европейских стандартах есть различия, связанные с металлургической технологией, обеспечивающей формирование механических свойств стальной продукции. В стандартах технологические способы не раскрываются, гарантии по регламентируемым параметрам, часто приводимые только в случаях, когда соответствующие требования оговорены в заказе на металлопродукцию, носят как бы рекламный характер. Сказанное прежде всего относится к зарубежной технической документации. В отечественной научной литературе более подробно излагаются идеи упрочнения сталей и технологические пути их решения, например, при производстве высокопрочных нелегированных. Из публикации видно, что отечественная металлургия практически освоила производство неле-тированных высокопрочных углеродистых сталей на уровне, регламентируемом стандартами системы Е№ Важным показателем надежности сталей отечественного производства является указанная в ГОСТах величина ударной вязкости после деформационного старения. Гарантии по ударной вязкости в состоянии
деформационного старения являются преимуществом отечественных стандартов по сравнению с европейскими стандартами.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. ТУ 14-104-133-92 «Прокат повышенной прочности для строительных стальных конструкций».
2. ТУ 14-1-5143-92 «Прокат листовой и рулонный
повышенной прочности».
3. ТУ 14-105-554-92 «Листовой прокат повышенной
прочности и хладноломкости».
4. ТУ 14-1-5255-94 «Прокат фасонный и толстоли-
стовой повышенной прочности для строительных конструкций».
ГОСТ 27772-88 «Прокат для строительных стальных конструкций. Общие технические условия».
ГОСТ 19281-89 «Прокат из стали повышенной прочности. Общие технические условия».
EN 10025 «Hot rolled product of non-alloy structural quality and special steels. Technical delivery conditions».
EN 10113 «Hot rolled weldable fine grain structural quality and special steels. Technical delivery conditions».
EN 10027-1 «Designation systems for steels. Part 1: Steel names principal symbols».
Таблица 2
Механические свойства российских и европейских сталей-аналогов
Механические свойства
N Марка Термическая Размер, Предел Предел Относительное удлинение, % Ударная вязкость (KCU,
п/п стали обработка мм текучести, МПа прочности, МПа KCV), Дж/см2 / Работа разрушения (KV), Дж
1 2 3 4 5 6 7 8
1 С235 4 - 20 21 - 40 235 225 360 360 26 26
S235JR <16 16 - 40 235 225 360 360 21 21 KV+20 > 27
2 С245 4 - 10 11 - 20 21 - 40 245 245 235 370 370 370 25 25 24
S235J0 <16 16 - 40 235 225 360 360 26 24 KV0 > 27
3 С225 4 - 10 255 380 25 KCU+20 > 29
11 - 20 245 370 25 KCU+20 > 29
21 - 40 235 370 24 KCU+20 > 29
S235J2G <16 235 340 - 470 26 KV-20 > 27
3 16 - 40 225 340 - 470 25
4 C275 4 - 10 11 - 20 275 265 380 370 24 23
S275JR < 16 16 - 40 275 265 430 - 580 430 - 580 22 22 KV+20 > 27
5 C285 4 - 10 11 - 20 285 275 400 390 24 23 KCU-20 > 29
S275J2G < 16 275 430 - 580 22 KV-20 > 27
3 16 - 40 265 430 - 580 22
6 C345 - 1 4 - 10 345 490 21 KCU-40 > 34
11 - 20 325 470 21 KCU-40 > 34
21 - 40 305 460 21 KCU-40 >34
S355K2 <16 355 490 - 630 22 KV-20 > 40
G3 16 - 40 345 490 - 630 22 KV-20 > 40
7 C345 - 2 нормализа- 5 - 10 345 490 21 KCU-70 > 34
ция 11 - 20 325 470 21 KCU-70 > 29
21 - 40 305 460 21 KCU-70 > 29
S355NL нормализа- <16 355 630 22 KV-50 > 27
ция 16 - 40 41 - 63 345 335 630 630 22 22 KV-20 > 47 KV+20 > 63
Продолжение табл. 2
1 2 3 4 5 6 7 8
8 С375 - 2 4 - 10 11 - 20 21 - 40 375 355 335 510 490 480 20 20 20 КСи-40 > 39 КСИ-40 > 34 КСи-40 > 34
Б355МЬ термомеха- <16 355 450 - 610 22 КУ-50 > 27
ническая 16 - 40 345 450 - 610 22 КУ-20 > 47
обработка 40 - 63 335 450 - 610 22 КУ+20 > 63
9 С390 закалка с 4 - 50 390 540 20 КСИ-70 > 29
С390К отпуском или 4 - 30 390 540 19 КСИ-70 > 29
Б420Ж нормализа- <16 420 680 19 КУ-50 > 27
ция 16 - 40 40 - 63 400 390 680 660 19 19 КУ-20 > 47 КУ+20 > 63
10 С440 закалка и
отпуск или 3 - 30 440 590 20 КСи-70 > 29
нормализа- 31 - 50 410 570 20 КСи-70 > 29
Б460К ция <16 460 550 - 720 19 КУ-20 > 40
16 - 40 440 550 - 720 19 КУ+20 > 55
нормализа-
ция
11 С590 10 - 36 590 685 14 КСИ-40 > 34
С590К 10 - 40 590 685 14 КСи-70 > 29
нормализа- <16 460 550 - 720 17 КУ-50 > 27
8460ЫЪ ция 16 - 40 440 550 - 720 17 КУ-20 > 47
Б460МЬ термомеханическая обработка 40 - 63 430 550 - 720 17 КУ+20 > 63
Таблица 3
Механические свойства нормализованных и термомеханически прокатанных сталей при комнатной температуре
Марка стали по £N10027-1 и ЕСКБ 1С10 Предел прочности Rm, Н/мм2, при толщине, мм Минимальное значение верхнего предела текучести Яе, Н/мм2, при номинальной толщине, мм 8, % шгп
100 >100 <150 <16 >16 <40 >40 <63 >63 <80 >80 <100 >100 <150
S275N, S275NL 370...510... 350...480 275 265 255 245 235 225 24
Б355Н S355NL 470...630 450...600 355 345 335 325 315 295 22
S420N, S420NL 520...680 500...660 420 400 390 370 360 340 19
S460N, S460NL S275M, S275ML S355M, S355ML S420M, S420ML S460M, S460ML 550...720 460 440 430 410 400 17
370...510... 275 265 255 245 24
470...630 355 345 335 325 22
520...680 420 400 390 370 19
550...720 460 440 430 410 17
