Сталь 09Г2С — состав, свойства по ГОСТ 19281, сварка и аналоги

Что означает марка 09Г2С

По правилам обозначения легированных сталей 09 — около 0,09 % углерода в сотых долях процента, Г2 — марганец около 2 %, С — кремний, цифры нет, значит его до 1,5 %. Фактические пределы по стандарту уже: марганец 1,30–1,70 %, кремний 0,50–0,80 %. Как читаются другие марки — в статье «Маркировка сталей».

Низкий углерод даёт хорошую свариваемость, марганец и кремний — прочность выше, чем у углеродистой стали обыкновенного качества. Отсюда основное назначение: сварные конструкции, в том числе работающие при отрицательных температурах.

Химический состав по ГОСТ 19281-2014

Состав по анализу ковшовой пробы приведён в таблице 7 стандарта. В ней 09Г2С отнесена к группе легированных сталей.

Примечания к таблице 7 требуют раскислять 09Г2С алюминием в пределах 0,02–0,06 % и допускают микролегирование алюминием, титаном и ниобием. Отклонения состава в готовом прокате — по таблице 8. Существует и вариант 09Г2С-1 с другими пределами по составу; для изделий, которые заказчик подвергает термообработке, стали с «-1» в обозначении стандарт не рекомендует.

Класс прочности вместо марки

ГОСТ 19281 устроен иначе, чем стандарты на марки. Базовое требование к прокату — класс прочности: число, равное минимальному пределу текучести в Н/мм². Состав при этом ограничен общими для класса пределами (таблица 1), и конкретную марку изготовитель выбирает сам. Требование поставить именно 09Г2С — дополнительное, его указывают в заказе (п. 5.2.1).

Для толстолистового и широкополосного проката и гнутых профилей из 09Г2С таблица 10 даёт такие нормы:

Для сортового и фасонного проката нормы свои — в таблице 9. Там же и в таблице 10 указаны нормы относительного удлинения. Для некоторых толщин свыше 50 и 100 мм стандарт с Изменением № 1 делает оговорки о переходном периоде — проверяйте сноски к таблице для своей толщины.

Ударная вязкость и работа на холоде

Хладостойкость подтверждают испытанием на ударный изгиб. Что именно испытывать, задаёт категория по таблице 4: всего их 20. Категории 1–6 — KCU при температуре от −20 до −70 °C, 7–9 — KCV при 0, −20 и −40 °C, 10–15 — KCU при тех же температурах плюс испытание после механического старения, 16–19 — сочетания KCU и KCV с испытанием после старения, 20 — KCV при −60 °C (для листа, широкополосного проката и гнутых профилей). Без указанной в заказе категории ударную вязкость по этой таблице не гарантируют.

Нормы для листа из 09Г2С класса прочности 265 толщиной до 160 мм по таблице 12, Дж/см², не менее:

Для других классов и толщин нормы отличаются, для части сочетаний стандарт ведёт испытания только для набора статистики. Отдельно ГОСТ 19281 позволяет заказать прокат для изделий в хладостойком исполнении (ХЛ) после термической или термомеханической обработки (п. 5.2.5).

Свариваемость и углеродный эквивалент

Прокат с гарантией свариваемости (ГС) по п. 5.2.1.2 должен иметь углеродный эквивалент не выше 0,43 % для классов 265–325 и 0,46 % для классов 345, 355 и 375. Формула — в п. 7.2 стандарта:

Пример. В сертификате (условные значения): C 0,10; Mn 1,45; Si 0,65; Cr 0,05; Ni 0,05; Cu 0,10; V 0,01; P 0,015 %.

Cэкв = 0,10 + 0,242 + 0,027 + 0,010 + 0,001 + 0,008 + 0,001 + 0,008 ≈ 0,40 % — в пределах нормы для всех классов, в которых поставляют 09Г2С.

Если бы все элементы стояли на верхнем пределе таблицы 7, получилось бы около 0,55 %. Поэтому при заказе с гарантией свариваемости контролируют именно Cэкв плавки, а не только соответствие марке. Режим сварки, необходимость подогрева и сварочные материалы определяет технолог по толщине, фактическому Cэкв и условиям работы конструкции.

Где применяют

ГОСТ 19281 распространяется на прокат для конструкций общего назначения со сварными, клёпаными и болтовыми соединениями: лист, широкополосный прокат, сортовой и фасонный прокат, гнутые профили. На практике 09Г2С выбирают, когда нужны:

• сварные металлоконструкции с прочностью выше, чем у Ст3сп;
• работа при отрицательных температурах с подтверждённой ударной вязкостью;
• меньшая металлоёмкость за счёт более высокого класса прочности.

При переходе с углеродистой стали на 09Г2С пересчитайте массу конструкции в калькуляторе массы металла — плотность у них для расчёта одинаковая, выигрыш даёт только уменьшение сечений.

Аналоги

В конвертере марок стали для 09Г2С указаны S355J2 (1.0577) по EN 10025-2 и ASTM A572 Gr. 50. Это приближённые аналоги. Для сравнения: в приложении Б ГОСТ 19281-2014, где приведены требования к круглому прокату S355J2, допускается углерод до 0,20–0,22 % в зависимости от диаметра, кремний до 0,55 % и марганец до 1,60 %. Ударную вязкость S355J2 нормируют как работу удара KV не менее 27 Дж при −20 °C, а у 09Г2С — в Дж/см² на других образцах и при других температурах.

Вывод: замена возможна по расчёту и по согласованию с конструктором, но не «один в один». Сравнивайте класс прочности, требуемую температуру испытаний на удар и Cэкв.