Из каких марок стали делают трубы: обзор наиболее востребованных

Из каких видов стали делают трубы? Из углеродистой, легированной, нержавеющей, жаропрочной. Но это не весь перечень, в подобном производстве применяется больше ста различных марок стали. Выбор зависит от предъявляемых требований и условий эксплуатации.

На что обратить внимание? Существуют стандарты (например, GOST, DIN, ASTM), которые устанавливают требования к составу, свойствам и методам испытаний стали. При выборе стальных труб важно ориентироваться на эти регламенты и стоимость.

Общая информация о производстве стальных труб

Стальные трубы находят широкое применение в промышленности и в быту, особенно в системах коммуникаций: открытых и закрытых. Они необходимы для транспортировки газов и жидкостей к распределительным пунктам. В авиационной и автомобильной индустрии эти изделия служат для защиты электрических и сигнальных кабелей.

Стальные трубы широко применяются в домашних условиях для монтажа систем отопления и водоснабжения. Благодаря превосходным физическим свойствам они способны выдерживать значительные нагрузки и служат на протяжении длительного времени.

Рассмотрим, из каких типов стали делают трубы, используемые в строительстве и промышленности:

• из углеродистой стали марок Ст3, Ст10–20, Ст17г1с-у – при создании электросварных труб универсального применения;
• из сплава марки 20–10 – для производства горячекатаных труб без шва;
• сталь 20 – для холоднодеформированных трубных изделий;
• коррозионностойкие сорта (12Х18Н12Т, 12Х18Н10Т, 08Х18Н10Т) используют в энергетике и химической промышленности.

Сталь с низким содержанием легирующих элементов отличается механическими свойствами и доступной стоимостью. Введение легирующих добавок улучшает физические параметры материала, повышая его прочность, пластичность, вязкость, способность сопротивляться высокой температуре и коррозии, вызванной воздействием атмосферы.

Благодаря добавкам легированная сталь имеет более высокую стоимость, а изделия из нее, например, трубы, обычно стоят еще дороже. Этот материал классифицируется по содержанию легирующих элементов.

Низколегированные виды включают до 2,5 % добавок, среднелегированные – от 2,5 до 10 %, высоколегированные – от 10 до 50 %.

Существует 14 разновидностей высоколегированных стальных сплавов. Особенно популярны те, что демонстрируют превосходную устойчивость к коррозии и могут выдерживать экстремально высокую температуру без утраты своих свойств.

На промышленных предприятиях, особенно в трубопрокатном производстве, активно используется более 100 марок стальных сплавов. Назначение труб зависит от того, из какой стали их делают.

Конструкционная низколегированная сталь в строительстве и машиностроении

Строительные и машиностроительные сферы активно используют конструкционные типы стали. Эти материалы отличаются по составу легирующих элементов и присутствию вредных примесей. Конструкционные низколегированные виды включают менее 2,5 % легирующих добавок, если не считать углерод.

Среди разновидностей стали, активно используемых в производстве труб для газлифтных систем, выделяется марка 09Г2С и ее аналоги 09Г2, 09Г2ДТ, 09Г2Т, 10Г2С. Они содержат 0,12 % углерода, 1,3–1,7 % марганца, 0,5–0,8 % кремния, по 0,3 % никеля, хрома и меди и малые количества других легирующих элементов. Благодаря этому составу, сплавы обладают высокой прочностью и устойчивостью к коррозии. Находят применение в сложных климатических условиях, где требуется выдерживать экстремально низкую температуру, значительное давление, а также контакт с агрессивными средами.

Сталь марки 09Г2С выделяется высокими показателями прочности и упругости. Этот материал устойчив к таким дефектам, как флокены (формирование внутренних полостей и трещин) и отпускная хрупкость, которая выражается в уменьшении ударной вязкости после термообработки. Сваривание труб из этого сплава возможно в различных условиях без каких-либо ограничений, что делает его особенно устойчивым к разнообразным нагрузкам. Эксплуатационный температурный диапазон их использования варьируется от -70 °С до +425 °С.

Для изготовления газопроводов используется сталь марки 10Г2С1 (или 10Г2С1Д), состоящая из кремния (0,9–1,2 %) и марганца (1,3–1,6 %). Этот материал отличается устойчивостью к коррозии, не подвержен растрескиванию и образованию флокенов, обладает высокой прочностью. Он устойчив к хрупкости при низкой температуре, что позволяет использовать его в условиях до +450 °С и при высоком давлении.

Сталь марки 17Г1С, обогащенная 1,15–1,6 % марганца и 0,4–0,6 % кремния, является идеальным выбором для изготовления магистральных труб. Последние способны выдерживать высокое давление и работать в условиях от -40 до +475 °С. Сваривать их можно без каких-либо ограничений.

В котельных системах, где используются трубы для переноса рабочей среды с температурой до +280 °С, применяют сталь марки 15ГС. Этот материал отличается содержанием марганца в пределах 0,9–1,3 % и кремния — 0,7–1 %.

Качественная конструкционная углеродистая сталь для трубопроводов и коллекторов

Сталь, содержащая менее 0,035 % фосфора и серы, отличается повышенным качеством. Это снижает ее склонность к ломкости в холодных условиях и трещинообразованию при горячей обработке под давлением. Благодаря этим характеристикам материал идеально подходит для создания надежных сварных конструкций.

Сталь 20ПВ, упоминаемая как «котельная», используется в производстве труб для паровых котлов высокого давления, где они функционируют как элементы трубопроводов, коллекторов и перегревателей. Этот материал отличается низким содержанием углерода (0,18–0,24 %) и содержит небольшие добавки марганца (0,35–0,65 %) и кремния (0,17–0,37 %) при минимальном уровне вредных примесей (до 0,015 %). Благодаря этому трубы способны выдерживать высокую температуру и давление пара, работая в условиях высоких и сверхкритических параметров.

Конструкционная углеродистая сталь обыкновенного качества для электросварных труб

Сталь Ст2-3ПС/СП, используемая в производстве электросварных труб, относится к низкоуглеродистым сортам и характеризуется небольшим количеством легирующих элементов, что обеспечивает ее пластичность и позволяет сваривать без ограничений. Подобные трубопроводы применяются при положительной температуре и способны выдерживать нагрузку до 1,6 Н/мм² и нагрев до +300 °С. В составе сплава присутствует повышенное количество фосфора и серы, достигающее 0,05 %, что является типичным для стального проката обыкновенного качества, используемого в трубопрокатной отрасли.

Обычные конструкционные углеродистые стали разделяют на четыре основные группы, каждая из которых характеризуется определенными особенностями. В группе «А» значение имеют механические характеристики, в группе «Б» – акцент делается на химическом составе.

Сталь в группе «А» подразделяют на кипящую, спокойную и полуспокойную. Во время плавления в печи происходит ее раскисление, что приводит к удалению закиси железа. Если последнюю удалить не полностью, то металл после заливки в формы продолжает кипеть и затвердевает с включением газовых пузырей. Это может вызвать трещины при сварке, из-за чего кипящие сплавы редко используют при изготовлении конструкций. Полуспокойные содержат минимальное количество закиси, а спокойные полностью свободны от нее. Стоимость производства спокойных типов стали – самая высокая, кипящие – наиболее доступные по цене.

Конструкционная легированная сталь

Легированные типы стали отличаются наличием специальных компонентов, которые повышают их физико-химические показатели. Кремний, марганец и никель способствуют увеличению твердости материала, однако содержание данных элементов выше 1 % (за исключением никеля) может привести к хрупкости сплава. Ni вместе с Si способствуют повышению устойчивости сплава к мелким пластическим деформациям и улучшает его предел текучести.

Кремний увеличивает стойкость к низкой температуре. Применение молибдена, ванадия и бора в небольших количествах повышает прокаливаемость стали. Никель и хром способствуют коррозионной устойчивости, а медь повышает ее стойкость к кислотам.

Легированные типы стали классифицируются по общему содержанию добавок, за исключением углерода. Они подразделяются на три категории

• низколегированные – до 2,5 % примесей;
• среднелегированные – 2,5–10 %;
• высоколегированные – более 10 %.

По количеству углерода в составе сталь бывает:

• безуглеродистая (С менее 0,03 %);
• низкоуглеродистая (до 0,25 %);
• среднеуглеродистая (0,25–0,6 %);
• высокоуглеродистая (0,6–2%).

Конструкционные легированные типы стали классифицируют по двум ключевым параметрам и методу термической обработки. К ним относят:

• цементируемые, которые могут быть низко- и среднелегированными с небольшим содержанием С;
• улучшаемые – представляют собой среднелегированные сплавы с низким уровнем С;
• высокопрочные комплексно-легированные со средним уровнем содержания углерода, их можно и подвергать термоупрочнению;
• высокопрочные мартенситно-стареющие типы стали – не содержат углерода и обрабатываются путем закалки с последующим старением на воздухе при высокой температуре.

В большинстве случаев производство труб осуществляется из цементируемых легированных типов стали. Когда требуется повышенная устойчивость к коррозии, применяют сплав с повышенным уровнем хрома.

Из какой же стали делают бесшовные трубы? Для производства подобного горячекатаного трубного проката используют марку 30ХГСА и ее аналоги: 40ХФА, 35ХМ, 40ХН, 25ХГСА, 35ХГСА. Этот вид классифицируется как среднеуглеродистый, имеющий в состав от 0,8 до 1,1 % хрома и марганца и от 0,9 до 1,2 % кремния. Сплав склонен к образованию флокенов, хрупкости после отпуска и имеет ограниченную свариваемость.

Низколегированная жаропрочная сталь

Сталь обладает жаропрочностью, то есть способностью сопротивляться газовой коррозии при высокой температуре. При нагреве выше +550 °С и воздействии газовой атмосферы на поверхности железосодержащих сплавов формируется оксид железа (окалина). Для защиты от такого процесса в состав сплава вводят никель, хром и алюминий. Молибден значительно увеличивает жаропрочность, кремний – в меньшей мере. Углерод в таком металле содержится в пределах 0,15–0,18 %.

В современном производстве все чаще используются данные марки металлов, включая изготовление различных видов труб. К примеру, из них делают:

• трубы для котлов, пароперегревателей и паропроводов (марки 12ХМ, 12Х2МФСР, 15ХМФКР, 15Х5, 12Х2МФБ, 15ХМ, 15Х2М2ФБС, 15Х1М1Ф);
• трубы для трубопроводов высокого давления (15Х1М1Ф);
• коллекторные трубы (15ХМФКР и 15ХМ);
• трубы, предназначенные для установок гидрогенизации (18Х3МВ).

Легированные элементы в различных типах сплавов варьируются, что напрямую влияет на их использование. Например, сталь мартенситного класса 15Х5М, обогащенная 4,5–6 % хрома, способна выдерживать высокую температуру до +600…+650 °С без окисления. Марки 12ХМ и 15ХМ, содержащие менее 1 % хрома и молибдена, могут выдерживать нагрев только до +500 °С.

Коррозионностойкая жаропрочная сталь

В этих высоколегированных типах стали преобладают хром и никель, а низкое содержание углерода способствует их стойкости по отношению к многим агрессивным воздействиям.

Сталь марки 03Х21Н32М3Б находит свое применение в различных отраслях промышленности, особенно в нефтегазовом секторе и при работе с морской водой. Из нее изготавливают трубы, которые эффективно используют в условиях высокого содержания хлоридов или сероводорода, что типично для процессов добычи и переработки углеводородов. Такие трубопроводы способны выдерживать экстремальную температуру пара до +750 °С и применяются для транспортировки морской воды.