Обзор стали 16ГС и ее характеристики

Сталь 16ГС – состав, из которого изготавливают детали, работающие при специальных условиях. Те, в свою очередь, заметно отличаются от условий, присутствующих при большинстве типов и разновидностей наиболее востребованных работ. Это не тот сплав, из которого делают лишь бытовые конструкции.

Расшифровка марочного маркера 16ГС означает, что в состав сплава вошли 0,16% углерода, а также до 1% марганца и столько же кремния. Остальные примеси в сплаве представлены в следующей пропорции: медь – 3 промилле, никель и хром – по столько же, мышьяк – 0,8, азот – 0,08, сера – 0,4, фосфор – 0,35. Содержание марганца наибольшее: максимальный допуск по массе 1,2%.

По ГОСТу, да и по своим свойствам 16ГС относят к конструкционным сталям, используемым преимущественно для сварных конструкций. ГОСТ 17066-1994 позволяет добавлять мышьяк в качестве одной из добавок, при этом его процентное содержание не выходит за рамки 0,15 промилле от общей массы. Фосфор не допускается в количестве более 0,3 промилле. ГОСТ 19282-1973 позволяет дополнять химический состав сплава кальциевой добавкой – не более 0,2 промилле. Ещё допускается добавление не более 0,5 промилле редкоземельных элементов, например, неодима, в состав стали 16ГС и её заменителей. Госстандарты под номерами 19281-1989 и 19282-1973 дают возможность включить в состав 16ГС небольшое количество титана и алюминия – соответственно в количестве 0,3 и 0,5 промилле. ГОСТ 5520-1979 определяет дополнительные допуски при выплавке стали из керченской железной руды. Мышьяк добавляется в несколько большем количестве – но не более 1,5 промилле.

Фосфор, как и в большинстве случаев, оставляется в количестве 0,3 промилле. Сера – четверть промилле. При выплавлении стали 16ГС (и её аналогов) в составе сплава остаётся небольшое количество азота – 0,12 промилле в пересчёте на его соединения с другими легирующими добавками. Азот, фосфор и сера не относятся к основным легирующим присадкам – они остаются в качестве побочного продукта при переплавке руды в конкретную марку стали. Существуют ещё технические условия под шифром 1301-039-00212179-2010: примесь, не относящаяся к легирующим присадкам, не должна превышать 0,5 промилле, однако ГОСТы регламентируют ещё более низкое её содержание.

Плотность стали 16ГС – 7,83 г/см3. Температурные значения критических точек расположились следующим образом:

• температурная фаза 1 – 736-745,
• фаза 2 – 920-927,
• фаза 3 – 791-820,
• фаза 4 – 641-735 градусов.

Назначение параметра «критическая точка» – определить, при какой температуре нагрева структура стали может измениться. Изменения кристаллической решётки сплава происходят в твёрдом агрегатном состоянии. Удельная теплоёмкость не меняется заметно и равна 470 джоулей на килограмм сплава, нагреваемого/охлаждаемого на каждый градус по шкале Цельсия (или Кельвина). Электросопротивление (удельное) также не колеблется значительно и равно порядка 0,1-0,15 Ом на метр проволочной заготовки, чьё сечение составило бы 1 мм2. Как правило, при нагреве стальной заготовки из 16ГС оно подрастёт.

Заменяющие сталь 16ГС – составы 15ГС, 17ГС, 18Г2С, 20ГС, 20Г2С. Давление, рассчитанное на деформационное сминание, слом, расплющивание заготовок, – 280 мегапаскалей при долговременном воздействии и до нескольких сот мегапаскалей при кратковременном. Чтобы деталь разрушилась практически сразу, на неё должно оказываться давящее воздействие в 0,5 ГПа. Именно эти значения и определяют твёрдость сплава по шкале Бринелля.

Сталь 16ГС применяют в качестве исходного материала для изготовления комплектующих паровых котельных резервуаров и емкостей, трубоходов, функционирующих под повышенным давлением в десятки мегапаскалей. Она идёт также на выделку деталей для корпусов всевозможных устройств, донных конструкций, фланцевых стыковок и прочих комплектующих, чей температурный диапазон – от -40 до 475 градусов, с обязательным наличием повышенного давления.

Пример использования – трубоходы котлов СВП, по которым подаётся вода с температурой в 280°С и давлением в 380 атмосфер. Обычные трубы из чёрных сталей лопнули бы при таком воздействии – они непригодны для настолько высоких значений давления.

Варить сталь 16ГС можно любыми электродами, например марки АНО. Сваривается эта сталь любым способом – от ручной дуговой до газоинертной сварки. Листы и трубы холодного и горячего проката потребуют лишь подбора диаметра внутреннего штыря электрода по толщине стенок. Промышленная сварка 16ГС выполняется не вручную, а с помощью автоматических систем, включая газоинертные и лазерно-плазменные методы. Отпускное охрупчивание для 16ГС не характерно. Закалка этого сплава осуществляется при 900 градусах с последующим охлаждением в масле (но не в отработке). Отжиг – при 600-700, отпускание – при 200-400 градусов, с медленным остыванием вместе с печью, в которой производились все виды термообработки.

После закаливания состава 16ГС возможно некоторое охрупчивание, поэтому рекомендуется произвести отпуск при высокой температуре (порядка 500 градусов) и последующую нормализацию. Причина в несколько завышенном содержании серы и фосфора в сплаве, более тщательное удаление которых потребовало бы гораздо больших энергозатрат на выплавку 16ГС. Сталь 16ГС отлично режется, фрезеруется. Для фрезерования применяются победитовые, покрытые алмазным слоем или обычные быстрорежущие фрезы. Лазерный раскрой на станках плазменно-лазерной резки удастся на высшем уровне. Состав 16ГС также хорошо шлифуется и гравируется. Допустимо выполнять и фрезерную, и лазерную гравировку. Ковать сталь 16ГС начинают при 1200 градусах, заканчивают – при 850.