Понимание материалов

Если материал неправильный, то всё остальное бесполезно

Даже если размеры идеально соответствуют чертежу, если материал другой, то деталь бракованная. На производстве часто происходят именно такие случаи.

• Использование SS400 в сварных конструкциях приводит к трещинам в сварных швах
• В блоках судостроения стальные листы без маркировки поставщика смешиваются, и всё партия возвращается на проверку
• Вместо SUS316 на детали, контактирующие с морской водой, используется SUS304, и через несколько месяцев появляются отверстия (официально)
• На толстых валах используется S45C с закалкой, но сердцевина не затвердевает, и во время эксплуатации вал ломается

Знание обозначений материалов — это не запоминание 30 обозначений, а понимание способа чтения. Если знать правила, то даже с первого раза можно понять значение новых обозначений.

Расшифровка обозначений сталей

Обозначения по KS в целом состоят из [материал] + [назначение·состав] + [число]

S S 4 0 0 │ │ └─┴─┴─ минимальное напряжение растяжения 400 N/mm² │ └─────── Structure (общего назначения) └───────── Steel (сталь)

S 4 5 C │ └─┴─ содержание углерода 0.45% (диапазон стандарта 0.42~0.48%) │ C = Carbon └───── Steel

S C M 4 3 5 │ │ │ │ └─┴ содержание углерода 0.35% (диапазон стандарта 0.33~0.38%) │ │ │ └──── номер серии (группа SCM4xx) │ │ └────── Molybdenum (молибден) │ └──────── Chromium (хром) └────────── Steel

S U S 3 0 4 └─┴─┴────── Steel Use Stainless └─┴─┴ 300-я серия = аустенитная (немагнитная)

Здесь значение чисел различается в зависимости от серии.

> SS400 в последнее время изменяется в соответствии с новым KS, и обозначение по пределу текучести (SS275). Также SM490 для сварных конструкций изменяется на SM355. На чертежах могут встречаться старые и новые обозначения, поэтому смотрите вместе с заголовком и сертификатом материалов.

Четыре основных вида стали

Почему нельзя использовать SS400 в сварных конструкциях

SS400 имеет только верхние пределы содержания фосфора и серы, а содержание углерода не регламентировано. Даже если это SS400, содержание углерода может варьироваться в зависимости от партии, поэтому невозможно гарантировать качество сварных швов. Поэтому в конструкциях, подверженных сварным нагрузкам, используют свариваемую сталь для конструкций (SM-серия), где регламентированы состав и эквивалент углерода.

Углерод определяет свойства

Углерод — это самый важный фактор, влияющий на свойства стали.

Углерод ↑ → Прочность ↑ Твердость ↑ Эффект закалки ↑ Удлинение ↓ Вязкость ↓ Свариваемость ↓ Режущие свойства ↓

> Если содержание углерода ниже 0.3%, то закалка не даст прочности. Если поступает запрос: "SS400, но немного прочнее", то вместо закалки нужно предложить изменение материала или цементацию.

Эквивалент углерода (Ceq) — число, определяющее, можно ли сваривать

Одного только углерода недостаточно, так как Mn, Cr, Mo и другие сплавы также ухудшают свариваемость. Это значение, приведённое к одному углероду, называется эквивалентом углерода. Наиболее часто используется формула Международного института сварки (IIW).

Ceq = C + Mn/6 + (Cr + Mo + V)/5 + (Ni + Cu)/15

Попробуем рассчитать на практике. (Это стандартные значения состава, но для точного расчёта используйте фактические значения из сертификата)

① Свариваемая сталь SM355 (C 0.18, Mn 1.40) Ceq = 0.18 + 1.40/6 = 0.18 + 0.233 = 0.41

② Сталь для конструкций S45C (C 0.45, Mn 0.75, Cr 0.20, Ni 0.20, Cu 0.30) Ceq = 0.45 + 0.75/6 + 0.20/5 + (0.20+0.30)/15 = 0.45 + 0.125 + 0.040 + 0.033 = 0.65

③ Хромомолибденовая сталь SCM435 (C 0.35, Mn 0.75, Cr 1.05, Mo 0.22) Ceq = 0.35 + 0.75/6 + (1.05+0.22)/5 = 0.35 + 0.125 + 0.254 = 0.73

> Если сваривать S45C (0.65) и SCM435 (0.73) без предварительного нагрева, то почти наверняка появятся трещины. Условия зависят от толщины листа, степени закрепления и количества водорода в сварочной проволоке, поэтому температура предварительного нагрева должна соответствовать WPS (сварочному процессу). Нельзя определять произвольно.

SUS304 и SUS316

Mo предотвращает коррозионные язвы (pitting), вызванные хлорид-ионами. В условиях, где дует морской ветер, как в Пусане, Геосео и Ульяне, часто бывают случаи, когда SUS304 появляются пятна ржавчины уже через несколько месяцев. Поэтому в деталях судов и морских заводов используется SUS316.

> SUS должен быть обязательно разделён от инструментов и рабочих столов из обычной стали. Если железо попадает на поверхность, там начинается коррозия (загрязнение, contamination). Это может быть причиной претензий при поставках судостроительных и заводских изделий. Для шлифовальных дисков, щеток и зажимов используются отдельные инструменты, предназначенные только для SUS.

При получении материалов проверьте следующее

• Маркировка и обозначение на поверхности реального материала соответствуют указанному материалу на чертеже
• Номер партии (Heat No.) на сертификате испытаний (Mill Sheet) совпадает с маркировкой на реальном материале
• Если это сварная конструкция, то эквивалент углерода указан в сертификате
• Если это материал с сертификатом поставщика или подрядчика, то на нём должен быть нанесён сертификатный штамп
• Если материал будет разрезан и использован по частям, то до разрезания маркировка была перенесена

> При разрезании маркировка на листе может быть повреждена. Если не перенести маркировку (номер партии и класс) на оставшиеся куски, то эти куски станут материалами с неизвестным происхождением, которые нельзя использовать. В заводах с большим количеством иностранных рабочих эффективно использовать цветные полосы и многоязычные надписи.