Сверхпрочная сталь марки 10ХСНД: основные характеристики и свойства

Характеристики материала

Основные характеристики стали – это твердость, плотность, предел текучести/плотности, ударная вязкость и другие.

Твердость

Твердость металла – способность сопротивляться упругой и пластической деформации при воздействии на поверхность более твердым материалом. Твердость может выражаться в разных числовых значениях в зависимости от метода и шкалы измерения:

• по Роквеллу – 77,4 МПа;
• по Бринеллю – не более 143 МПа;
• в состоянии плавки около 18 МПа.

Плотность

Плотность – величина постоянная, измеряемая при помощи гидростатического метода.

Маркировка

Марка стали – это классификация по химическому составу и физическим свойствам. Согласно ГОСТ Р 54384-2011 классификация стали основана на ее химическом составе по анализу ковшевой пробы или маркировочному анализу.

По маркировочному анализу содержание углерода в 10ХСНД составляет от 0,07 до 0,14 %, соответственно, марка стали – 10 (среднее содержание углерода 0,10%).

Химсостав

Химический состав в соответствии с нормативными документами:

• железо – 96 %;
• углерод – не более 0,12 %;
• хром – до 0,12 %;
• примеси (медь, кремний, марганец, никель) – 0,8 %.

Предел прочности

Предел прочности – механическое напряжение, при превышении которого материал разрушается. Для 10ХСНД предел прочности составляет от 510 до 685 МПа.

Предел текучести

Предел текучести – значение напряжения, при котором деформация увеличивается без дополнительной нагрузки. Для 10ХСНД он составляет 390 МПа.

Ударная вязкость

Ударная вязкость – способность металла поглощать механическую энергию, которая выделяется при разрушении и деформации.

Нормы ударной вязкости данной марки, Дж/см²:

• после механического старения – 29,0;
• при −40 °C – от 39,0 до 44, 0;
• при −70 °C – от 29,0 до 34, 0.

Температура эксплуатации

Эта марка используется для изготовления сварных конструкций, деталей, работающих в интервале температур −70…+475 °C, к которым предъявляются повышенные требования по прочности, стойкости к коррозии при ограничении массы.

Механические свойства

Механические свойства стали 10ХСНД, которая относится к классу прочности С390, определяет ГОСТ Р 55374-2012 (минимальные значения):

• предел текучести – 390 МПа;
• временное сопротивление разрыву – 530 МПа;
• относительное удлинение – 19 %;
• относительное сужение – 35 %.

Отпускная хрупкость

Отпускная хрупкость – состояние сплава, характеризующееся небольшим значением ударной вязкости. Сталь марки 10ХСНД не имеет склонности к отпускной хрупкости.

Свариваемость

10ХСНД обладает высоким показателем свариваемости, не имеет ограничений и сваривается ручной/автоматической дуговой сваркой под флюсом и газовой защитой, электрошлаковой сваркой.

Группа

Сплав 10ХСНД относится к группе конструкционных низколегированных сталей. В таком сплаве содержание легирующих элементов не должно превышать 2,5 %.

Общие свойства группы определяют характеристики изделий:

• антикоррозийная устойчивость;
• стойкость к истиранию;
• легко поддаются обработке;
• сохраняют рабочие характеристики при низких температурах.

ГОСТ

1. ГОСТ 19281-2014 «Прокат повышенной прочности. Общие технические условия» определяет классификацию, сортамент, технические требования и требования безопасности прокатной продукции.
2. ГОСТ 1050-2013 «Металлопродукция из нелегированных конструкционных качественных и специальных сталей. Общие технические условия» устанавливает требования к химическому составу.
3. ГОСТ 6713-91 «Прокат низколегированный конструкционный для мостостроения. Технические условия» устанавливает требования к химическому составу.
4. ГОСТ Р 55374-2012 «Прокат из стали конструкционной легированной для мостостроения. Общие технические условия» устанавливает нормы химического состава и механических свойств сплава.
5. ГОСТ Р 54384-2011 «Сталь. Определение и классификация по химическому составу и классам качества» определяет понятие «сталь» и подразделяет стали по химическому составу, основным свойствам и области применения.

Цена в 2021 году

Стоимость стали марки 10ХСНД (рублей за тонну) в первом полугодии 2021 года:

• листовая – около 130 000;
• швеллер – около 142 000;
• полоса – около 62 000.

Расшифровка

Обозначение 10ХСНД расшифровывается следующим образом:

• 10 указывает на среднее содержание углерода в стали (0,10 %).
• Х – хром.
• С – кремний.
• Н – никель.
• Д – медь.

После всех буквенных обозначений отсутствуют цифры. Это значит, что содержание хрома, кремния, никеля и меди в составе меньше одного процента.

Область применения

Область применения сплава определяется его характеристиками: хорошими показателями прочности, высокой износостойкостью, устойчивостью к коррозии. Он применяется:

1. В строительстве для производства конструкций типа арок, мостовых пролетов, несущих элементов, мостовых металлоконструкций обычного и северного исполнения.
2. В магистральных газо- и нефтепроводных путях (запорная арматура).
3. В производстве дорожной, горнодобывающей и строительной техники (ковши).
4. В производстве лесозаготовительных и сельскохозяйственных машин (лемеха плугов, элементы отжимных прессов).
5. В изготовлении механизмов для переработки строительных и металлических отходов (ножи для шредера, гидравлические ножницы, футеровки).

Свойства

Различают технологические и физические свойства материала.

Технологические

1. Низколегированная сталь сваривается без ограничений, но этот класс сталей требует от сварщика определенных знаний и навыков работы. Технолог, выбирая способ электросварки и последующей термообработки, должен учитывать условия, в которых конструкция будет эксплуатироваться.
2. При обработке на токарно-фрезерном оборудовании нет необходимости подбирать какой-либо специальный инструмент или специальные режимы резания. В нормализованном и отпущенном состоянии легко обрабатывается инструментом с режущими элементами из твердых сплавов.
3. Температура ковки 1200 °C (начала) и 850 °C (конца).
4. Невысокая склонность к отпускной хрупкости.
5. Нет флокеночувствительности.

Физические

1. Химический состав сплава определяет его физические свойства.
2. Углерод – главный легирующий элемент – обеспечивает прочность металла.
3. Кремний повышает прочность, стойкость к окислению и высоким температурам.
4. Марганец незначительно повышает пластичность металла и его прочность.
5. Никель положительно влияет на прокаливаемость стали, ее износостойкость и коррозионную стойкость.
6. Хром увеличивает стойкость сплава к коррозии, его прочность и жаростойкость.
7. Медь значительно повышает устойчивость сплава к ржавлению.
8. В сплаве присутствуют примеси азота, мышьяка, фосфора и серы, которые отрицательно влияют на свойства материала, их из-за низкого процентного содержания принято не учитывать.

Аналоги

У 10ХСНД есть отечественные и зарубежные аналоги со схожими свойствами.

Отечественные

Среди отечественных аналогов наиболее близки по характеристикам 10ХСНДА, 16Г2АФ.

Зарубежные

Из зарубежных аналогов очень близка по свойствам сталь10ChSND, произведенная в Болгарии.

Повышенная прочность, свариваемость без ограничений, устойчивость к коррозии, способность сохранять рабочие свойства в большом диапазоне температур позволяют применять 10ХСНД в производстве деталей спецтехники, мостостроении, элементах конструкций промышленных зданий, возводимых в сложных климатических условиях.