Сталь 14ХГНДЦ — атмосферостойкая низколегированная конструкционная сталь, устойчивая к атмосферной коррозии. Особенность данной стали состоит в том, что при её эксплуатации на поверхности металла образуется плотная оксидная плёнка (патина), которая препятствует в дальнейшем взаимодействию воды с металлом.
Химический состав
Первые цифры в обозначении стали 14ХГНДЦ показывают среднее содержание углерода, в данном случае, около 0,14%. Полный химический состав стали по анализу ковшовой пробы регламентируется в ГОСТ 6713-2021 Межгосударственный стандарт «Прокат из конструкционной стали для мостостроения. Технические условия», в Таблице 1.
Таблица 1 — ГОСТ 6713-2021. Химический состав тали по анализу ковшовой пробы
| Марка стали | Массовая доля элемента, % | |||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| C | Mn | Si | Cr | Ni | Cu | Zr | Al | As | N | S | P | |
| Не более | ||||||||||||
| 14ХГНДЦ | 0,10-0,18 | 0,70-1,10 | 0,20-0,40 | 0,80-1,10 | 0,50-0,80 | 0,40-0,70 | 0,003-0,010 | 0,020-0,050 | 0,08 | 0,008 | 0,010 | 0,015 |
|
Примечания 1. Сталь всех марок должна быть полностью раскисленной. 2. Для стали всех марок допускается: - вводить титан (Ti) как технологическую добавку в количестве от 0,005% до 0,035%; - обработка кальцийсодержащими материалами из расчета обеспечения массовой доли кальция (Ca) в стали не более 0,005%. |
||||||||||||
Буквы отображают наличие легирующих элементов в составе стали:
Х — хром улучшает коррозионную стойкость и твердость стали.
Г — марганец часто добавляется для улучшения их механических свойств.
Н — никель придает устойчивость к коррозии, высоким и низким температурам, а также повышает прочность.
Д — медь добавляется для электропроводности и коррозионной стойкости.
Ц — цирконий используется для улучшения стойкости к высоким температурам.
Примечание — если после буквенных обозначений легированных элементов не стоит цифра, отображающая их среднее содержание в процентах, то принято считать, что содержание каждого такого элемента не превышает 1,5%.
Медь, хром и никель способствуют образованию плотной оксидной пленки, уменьшая её пористость путём образования нерастворимых сульфатов. После влияния негативных факторов окружающей среды, например, дождя, образуется слой оксида железа, который практически полностью останавливает процесс коррозии. Иногда можно ошибочно принять эту пленку за ржавчину, но на самом деле она представляет собой защитный слой, который помогает в течение первых 5-7 лет уменьшить воздействие влажной погоды и других атмосферных явлений на конструкцию. Эти данные подтверждены исследованиями «ВНИИЖТ», «ЦНИИЧермет» и «ЦНИИС».
Немаловажную роль в химическом составе играет фосфор, который принято считать вредной примесью в сталях. Однако в 14ХГНДЦ фосфор является катализатором для меди, который увеличивает скорость реакции на поверхности атмосферостойкой стали, позволяя добиться образованию равномерной патины однородного цвета, а также способствует проявлению регенеративных свойств этой пленки при повреждении. Примерный срок формирования естественного защитного слоя на неокрашенной поверхности атмосферостойкой стали 1,5-3 года.
Химический состав стали 14ХГНДЦ позволяет снизить скорость воздействия коррозии до 6 микрометров в год, что увеличивает срок службы конструкции до 100 лет без необходимости нанесения защитных покрытий.
Механические свойства
Механические свойства стали 14ХГНДЦ похожи на характеристики стали 10ХСНД и 15ХСНД, что позволяет заменять сталь 10ХСНД/15ХСНД на 14ХГНДЦ без корректировки проекта в соответствии с СП35.
Механические свойства проката представлены в Таблице ниже.
Таблица 2 — ГОСТ 6713-2021. Механические свойства проката при испытании на растяжение
| Марка стали | Класс прочности | Номинальный размер проката, мм | Механические свойства | ||
|---|---|---|---|---|---|
| Временное сопротивление σв, H/мм2 | Предел текучести σr, H/мм2 | Относительное удлинение δ5, % | |||
| Не менее | |||||
| 09Г2СД | С325 | От 4 до 50 включ. | 450-615 | 325 | 21 |
| 10ХСНД | С390 | От 4 до 50 включ. | 530-685 | 390 | 19 |
| От 51 до 110 включ.* | Не менее 510 | 380 | 20 | ||
| 14ХГНДЦ | С345 | От 4 до 50 включ. | 490-685 | 345 | 21 |
| С390 | От 4 до 50 включ. | 530-685 | 390 | 19 | |
| 15ХСНД | С345 | От 4 до 50 включ. | 490-685 | 345 | 21 |
| От 51 до 110 включ.* | Не менее 510 | 345 | 20 | ||
| * Для данных размеров проката результаты значений механических свойств не являются браковочным признаком в течении 3-х лет с даты введения в действие настоящего стандарта. Результаты контроля указывают в документе о качестве. | |||||
Применение стали
Атмосферостойкая сталь 14ХГНДЦ — экологична, не требует ремонта покрытий и сохраняет природный цвет на весь период. Сталь подвергается полной переработке, имеет низкий углеродный след и не требует лакокрасочных покрытий. Ожидаемая продолжительность использования более 80 лет. Опыт ее применения — более 30 лет, что доказывает на практике эффективность и стойкость конструкций из стали 14ХГНДЦ.
Поэтому на сегодняшний день марка стали 14ХГНДЦ широко используется в районах с суровыми климатическими условиями, дефицитом трудовых и энергетических ресурсов для малообслуживаемых, неокрашиваемых конструкций, например, опор ВЛ.
Также материал активно используют:
- В строительстве мостов, включая автомобильные и железнодорожные мосты. Благодаря своей высокой прочности и устойчивости к динамическим нагрузкам, она способна выдерживать значительные весовые нагрузки. Это делает ее отличным материалом для создания длинных пролетных строений, которые выдерживают интенсивное движение транспорта или поездов.
- Для постройки стальных каркасов, несущих конструкций и стеновых элементов зданий, где требуется материал с высокой надежностью и устойчивостью к деформации, чтобы обеспечить стабильность и прочность конструкций.
- Трубопроводы и оборудование в нефтегазовой и химической промышленности. Здесь из стали изготавливают трубопроводы, резервуары, насосы, компрессоры и другое оборудование, которое подвергается воздействию агрессивных сред, так как материал обладает высокой степенью сопротивления коррозии, что делает ее идеальным материалом для работы в условиях нефтяных и газовых месторождений или при химической переработке.
Особенности, которые важно знать при выборе
- Сталь относится к группе легированных сталей, что делает ее стоимость выше по сравнению с обычными углеродистыми сталями.
- Сталь предпочтительно применяется в толщинах более 6 мм, она отлично поддается сварке и обработке, не склонна к трещинам в процессе сварки и не подвержена хладноломкости. Ее свариваемость соответствует требованиям СТО 2.19-2015 ГК АВТОДОР.
- Материал не требует ремонта в процессе монтажа и эксплуатации. В случае повреждения, оксидная пленка восстанавливается самостоятельно.
- Стоит учитывать соблюдение технологии производства стали 14ХГНДЦ — их нарушение может привести к образованию дефектов при производстве, что может повлиять на качество и прочность.
Свод правил «Защита строительных конструкций от коррозии», СП 28.13330.2017
Согласно СП 28.13330, несущие конструкции из стали марки 14ХГНДЦ (класс прочности C345) — по ГОСТ Р 55374 допускается не защищать от коррозии на открытом воздухе в средах слабоагрессивная-1 и слабоагрессивная-2.
Конструкции несущих стальных каркасов вытяжных труб из стали марки 14ХГНДЦ (класс прочности C345) — ГОСТ Р 55374, ГОСТ 6713 при увлажнении поверхности фазовой пленкой влаги до 1000 ч/год допускается применять без защиты от коррозии.
Заключение
Исходя из указанных особенностей, применение стали 14ХГНДЦ оправданно в тех случаях, когда требуются высокие механические свойства, стойкость к коррозии и другие специфические характеристики. Её химический состав и специальные легирующие элементы обеспечивают долгий срок службы конструкций без необходимости нанесения защитных покрытий. Это делает её незаменимой в условиях экстремальных нагрузок, таких как в арктических регионах или при работе в агрессивных атмосферных условиях.
