Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

МК_Справочник_том_1

.pdf
Скачиваний:
160
Добавлен:
08.05.2015
Размер:
6.85 Mб
Скачать

матической температуре (расчетная температура ниже -40 °C «северное исполне-

ние»). В последнем случае к стали предъявляются требования по ударной вязкости

не менее 30 Дж/см2 при минус 70 °C.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

KCU, ÌÄæ/ì2

 

 

 

 

HV

 

 

 

 

 

 

à)

1,4

 

 

 

 

 

á)

340

 

 

 

 

 

 

 

1,2

 

 

 

 

 

 

320

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

+20°

 

 

300

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,8

 

 

 

 

 

 

280

 

 

 

 

 

 

 

0,6

 

 

-40°

 

 

260

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,4

 

 

 

 

 

 

240

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

0,3

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,2

 

 

 

 

 

 

220

 

 

 

 

 

 

 

0

10

20

30

40

50

60

0

10

20

30

40

50

60

 

 

 

 

Скорость охлаждения при 600°Ñ, °Ñ/ñ

 

 

 

 

 

Рис.1.7. Влияние скорости охлаждения при сварке на ударную вязкость (à) è

 

максимальную твердость (á) в околошовной зоне сталей 14Г2АФ и 16Г2АФ

 

1 сталь содержит 0,14% С, 1,34% Mn, 0,47% Si, 0,14% V, 013% N; 2 0,19% Ñ, 1,65% Mn, 0,57% Si, 0,11% V, 0,015% N

Стали указанных марок обычно поставляются металлургическими заводами преимущественно в виде листов толщиной 850 мм. Кроме того, освоено изготовление из стали марки 16Г2АФ электросварных труб диаметром 165426 мм и с толщиной стенки 39 мм, а также горячекатаных бесшовных труб диаметром до

426мм и толщиной 2040 ìì.

1.6.3АКАЛЕННО-ОТПУЩЕННЫЕ ЭКОНОМНО-ЛЕГИРОВАННЫЕ СТАЛИ

ВЫСОКОЙ ПРОЧНОСТИ

Для нормализованной высокопрочной стали с феррито-перлитной микроструктурой гарантируемые значения предела текучести и временного сопротивления разрыву не превышают 500 и 650 МПа соответственно. Более высокую прочность при сохранении необходимого уровня свариваемости и хладостойкости удается получить, подвергая сталь закалке и отпуску [7]. При этом возможны разнообразные вариации химического состава. Однако наиболее эффективными и здесь оказываются стали с карбонитридным упрочнением [30]. Сущность карбонитридного упрочнения при этом не изменяется. Особенность состоит лишь в том, что измельчение зерна аустенита нерастворившимися при нагреве для закалки дисперсными карбонитридами способствует измельчению микроструктуры продуктов закалки («пакетов» мартенсита и нижнего бейнита), а растворившиеся карбонитриды обеспечивают упрочнение, обусловленное дисперсионным твердением и торможением процессов возврата и рекристаллизации при отпуске.

Следует указать, что путем одной лишь закалки рядовой низколегированной стали типов 14Г2, 16ГС, 14ХГС и других употребляемых в прокате толщин (до 20 мм включительно) достигается весьма высокое упрочение с пределом текучести s0,2 ³ 750 и временным сопротивлением разрыву sâ ³ 850 МПа при сохранении достаточной пластичности d5 ³ 12 % и y ³ 45 %. Однако под действием тепла свароч- ной дуги такая закаленная сталь разупрочняется на 1530 %. Разупрочнение, обусловленное высоким отпуском и перекристаллизацией, достигает максимума на участке неполной перекристаллизации вблизи его внешней границы (рис.1.8). От-

51

носительная величина разупрочнения и ширина охватываемого им участка тем

больше, чем значительнее тепловложение сварки и чем выше упрочнилась сталь

при закалке.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

HV

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

14ХГС Закаленная

 

 

 

 

 

 

 

400

 

 

q/v, ÌÄæ/ì

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

360

 

 

 

 

0,88

 

 

 

 

 

2,22

 

 

 

 

 

3,9

 

 

 

 

 

4,95

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

320

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

280

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

240

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

200

T =T

 

T =Ac

1

T =T

 

T =Ac

1

T =T

 

T =Ac

1

T =T

 

T =Ac

1

 

 

m ïë

m

 

m ïë

m

 

 

m ïë

m

 

m ïë

m

160

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

2

4

6

8 10 12 0

2

4

6

8 10 1214 16 0

2

4

6

8 10 121416

 

2

4

6

8 10 12 14 1618 20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расстояние, мм

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.1.8. Распределение твердости в околошовной зоне сварных соединений толщиной 20 мм, закаленной душем низколегированной стали марки 14ХГС при сварке с разным тепловложением

Легирование молибденом, ванадием, а также некоторыми другими элементами, способствуя сохранению высокой прочности в состоянии после закалки и отпуска, позволяет существенно уменьшить степень разупрочнения и ширину разупрочненной зоны (рис.1.9). Из числа предложенных в России высокопрочных закаленно-

HV

12Ã2ÑÌÔ

 

340

 

 

 

 

 

300

 

 

 

 

 

260

 

 

 

 

 

320

 

 

 

 

 

280

 

 

 

 

 

240

 

 

 

 

 

280

 

 

 

 

 

240

 

 

 

 

 

200

 

 

 

 

 

16 12 8

4

0

0

4

8 12 16

12ÃÍ2ÌÔÀÞ

 

 

 

 

 

1,47

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

7,78

16 12 8

4

0

0

4

8 12 16

12ÕÃÍ2ÌÔÀÞ

16 12 8

4

0

0

4

8 12 16

Расстояние от границы плавления, мм

Рис.1.9. Распределение твердости в околошовной зоне сварных соединений толщиной 20 мм термоулучшенных высокопрочных сталей марок 12Г2СМФ, 12ГН2МФАЮ и 12ХГН2МФБАЮ при автоматической сварке с разным тепловложением

отпущенных сталей для различных сварных строительных конструкций может быть рекомендована сталь марок 12Г2СМФ, 12ГН2МФАЮ, 14Х2ГМР и 12ХГН2МФБАЮ. Химический состав сталей и их гарантируемые механические свойства приведены в табл.1.22 и 1.23.

52

Таблица 1.22. Химический состав высокопрочных закаленно-отпущенных сталей

Сталь

 

 

 

 

 

Содержание, %

по массе

 

 

 

 

 

 

 

 

 

марки

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

Mn

Si

Cr

Ni

Cu

Mo

 

V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12Ã2ÑÌÔ*

0,09

1,3

0,4

0,3

0,3

0,3

0,15

 

0,07

 

0,15

1,7

0,7

 

 

 

0,25

 

0,15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12ÃÍ2ÌÔÀÞ

0,09

0,9

0,2

0,2

1,4

0,3

0,15

 

0,05

 

0,14

1,4

0,5

0,5

1,75

 

0,25

 

0,1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

14Õ2ÃÌÐ**

0,1

0,9

0,17

1,4

0,3

0,3

0,45

 

0,03

 

0,17

1,2

0,37

1,7

 

 

0,55

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12ХГН2МФБАЮ

0,09

0,9

0,3

0,5

1,4

0,3

0,3

 

0,05

 

0,16

1,3

0,5

0,9

1,7

 

0,4

 

0,1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ÒÓ

 

 

 

 

 

 

 

Nb

Al

N

 

S

P

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,035

0,035

ÒÓ 14-1-1308-75

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,05

0,02

0,035

0,035

ÒÓ 14-1-1772-76

 

 

0,1

0,03

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,035

0,035

ÒÓ 14-101-156-7

 

 

 

 

 

 

 

 

0,02

0,05

0,02

0,035

0,035

ÒÓ 14-104-13-7

0,06

 

0,1

0,03

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

*Допускается для повышения вязкости введение в сталь марки 12 Г2СМФ 0,05 0,10% алюминия и 0,015 0,03% азота, при этом сталь обозна- чается 12Г2СМФАЮ.

**В сталь марки 14Х2ГМР вводится 0,002 0,006% áîðà.

Таблица 1.23. Механические свойства листовых высокопрочных закаленно-отпущенных сталей

 

 

 

 

 

Ударная вязкость KCU,

Количество

 

 

Испытание на

 

 

Временное

Предел

Относительное

волокна в из-

 

 

изгиб в холод-

Сталь марки

Толщина

сопротивление

текучести,

удлинение δ ,

Äæ/ñì2

при температуре °Ñ

ломе крупной

 

 

ном состоянии

листов, мм

разрыву,

ÌÏà

5

 

 

 

судостроитель-

 

íà 180° ïðè äè-

 

%

 

 

 

 

 

 

ÌÏà

 

 

 

 

 

ной пробы

 

 

аметре оправки,

 

 

 

 

-40

 

-70

 

 

 

 

 

 

 

 

ïðè +20°Ñ, %

 

равном

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Не менее

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12Ã2ÑÌÔ

1036

685

590

14

34

 

 

 

3a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12ÃÍ2ÌÔÀÞ

1640

685

590

14

 

29

80

 

 

3a

 

 

880

785

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

14Õ2ÃÌÐ

450

685

590

14

39

 

 

 

3a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12ХГН2МФБАЮ

1640

835

735

2

 

29

50

 

 

3a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

53

 

Сталь марок 12Г2СМФ, 12ГН2МФАЮ и 12ХГН2МФБАЮ принадлежат к груп-

пе сталей с карбонитридным упрочнением, сталь марки 14Х2ГМФ относится к

бейнитным сталям (при охлаждении на воздухе после аустенитизации в прокате

значительной толщины образуется микроструктура бейнит). Тепловое воздействие

сварки несколько уменьшает исходную твердость в околошовной зоне стали марки

12Г2СМФ, однако разупрочненный участок узок (210 мм) и не вызывает сниже-

ния временного сопротивления разрыву образцов сварных соединений с попереч-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ными сварными швами при растяжении.

 

0,9

 

 

 

 

 

+20

Разупрочнение при

сварке

других реко-

 

0,8

 

 

 

 

 

мендуемых сталей мало и его практически

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

не следует принимать во внимание.

 

 

 

0,7

 

 

 

 

 

+20

 

 

ÌÄæ/ì

 

 

 

 

 

Два варианта проката

высокопрочной

 

 

 

 

 

 

0,6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-60

закаленно-отпущенной

стали

предусмат-

0,5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ривает ГОСТ 27772-88*. Эти стали имеют

0,4

 

 

 

 

 

 

-60

KCU,

 

 

 

 

 

 

наименование С590

è

Ñ590Ê. Ïðè

ýòîì

0,3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

сталь С590

поставляется

â

 

виде листов

0,2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

толщиной 1036 ìì è

ïî

химическому

 

0,1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

составу аналогична стали марки 12Г2СМФ

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

по табл.1.22; сталь С590К поставляется в

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+30

 

 

 

 

 

 

 

листах толщиной 1040 мм и ее химиче-

 

+20

 

 

 

 

 

 

 

ский состав соответствует составу стали

 

+10

 

 

 

 

 

 

 

марки 12ГН2МФАЮ по той же таблице.

, C

0

 

 

 

 

 

 

 

Нормы механических свойств для листов

 

 

 

 

 

 

 

сталей С590

è Ñ590Ê

òå

æå, ÷òî

è

â

-10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

табл.1.23 для соответствующих сталей.

 

 

T

-20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сталь марки 12Г2СМФ рекомендуется

 

-30

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

äëÿ

конструкций,

эксплуатируемых

â

 

-40

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

обычных условиях при расчетной темпера-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

туре не ниже минус 40 °С. Сталь марок

 

370

 

 

 

 

 

 

 

12ГН2МФАЮ и 12ХГН2МФБАЮ благо-

HV

350

 

 

 

 

 

 

 

äàðÿ

повышенной хладостойкости может

330

 

 

 

 

 

 

 

быть использована для наиболее ответст-

Твердость,

310

 

 

 

 

 

 

 

венных металлоконструкций, в том числе

 

 

 

 

 

 

 

эксплуатируемых при

динамическом

íà-

290

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

гружении и расчетной температуре минус

270

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

40 °С («северное исполнение»). Свои пре-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10

20

30

40

50

имущества в хладостойкости эти стали со-

 

 

Мгновенная скорость охлаждения

храняют

è â

околошовной

зоне сварных

 

 

 

 

ïðè 600°Ñ, °Ñ/ñ

 

 

соединений (рис.1.10). Оптимальные свой-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.1.10. Зависимость

ударной

вязкости

ства в околошовной зоне достигаются при

при плюс 20 и минус 60°, а также темпе-

сварке на тепловых режимах, которым со-

ратуры хрупкости Т50 и максимальной

ответствует мгновенная скорость охлажде-

твердости

 

металла

околошовной

çîíû

сварных

соединений

стали 12Г2СМФ

íèÿ

ïðè

600 °Ñ â

пределах

 

730 ãðàä/ñ.

(светлые точки) и 12ГН2МФАЮ (темные

Заметное

снижение

ударной

вязкости

è

точки)

îò

скорости

охлаждения

ïðè

повышение

температуры

хрупкости

íà-

 

 

 

автоматической сварке

 

 

 

 

 

блюдается при уменьшении скорости ох-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

лаждения ниже 5 град/с.

 

 

 

 

 

 

Все перечисленные стали имеют значительный запас пластичности, что позво-

ляет применять при изготовлении конструкций все виды механической обработки,

а также холодную обработку давлением: гибку, вальцовку, штамповку и т.д.

 

 

54

В настоящее время закаленно-отпущенные высокопрочные стали поставляются только в виде листов толщиной 1050 мм, причем для стали марок 12Г2СМФ и 12ГН2МФАЮ максимальная толщина ограничена величиной 40 мм по условию прокаливаемости. Сравнительно узкий диапазон толщин обусловлен параметрами действующего в термических отделениях металлургических заводов нагревательного и охлаждающего оборудования. Вместе с тем прокаливаемость наиболее легированной бейнитной стали марки 14Х2ГМР так значительна, что может обеспечить достижение требуемых механических характеристик в прокате толщиной 150200 ìì.

1.7. ÑТАЛИ ПОСЛЕ КОНТРОЛИРУЕМОЙ ПРОКАТКИ И ТЕРМИЧЕСКОГО УПРОЧНЕНИЯ

1.7.1. Стали после контролируемой прокатки. В п.1.5 рассматривался способ получения высокопрочной стали с сильным измельчением феррито-перлитной микроструктуры в результате микролегирования, создающего дисперсные карбонитриды карбонитридное упрочнение. В этом способе мелкозернистая структура формируется при термической обработке проката нормализации.

Однако существует и другая технология получения мелкозернистой ферритоперлитной стали, часто с микролегирующими добавками карбонитридов, но непосредственно после горячей пластической деформации, осуществляемой по специальным термомеханическим режимам, получившая название контролируемой прокатки [25]. Ее спецификой является пластическая деформация при пониженных температурах, при которых рекристаллизация и рост зерен деформированного аустенита существенно замедляются, особенно в присутствии дисперсных выделений карбонитридов. Температура окончания прокатки лежит в пределах 850700 °С, причем используются две технологические возможности: образование конечной микроструктуры из деформированного аустенита до его рекристаллизации; полу- чение мелкозернистой исходной микроструктуры вследствие рекристаллизации обработки аустенита, предшествующей полиморфному γ → α превращению.

Образование мелких зерен феррита обусловлено в первом случае высокой плотностью дефектов кристаллического строения в решетке аустенита его наклепом при прокатке, во втором случае наследованием малой величиной зерна феррита и малой величины зерна аустенита. В обоих случаях образованию мелкозернистой конечной феррито-перлитной микроструктуры способствует возникновение в исходной аустенитной микроструктуре большого количества центров кристаллизации.

Характерной особенностью микроструктуры стали после контролируемой прокатки является значительно более заметная разница в величине соседних ферритных зерен, чем при карбонитридном упрочнении (разнозеренность), а также, часто, наличие внутри зерен еще более однородных областей субзерен, разделенных дислокационными малоугловыми границами. При этом часто расположение более крупных зерен феррита в микроструктуре повторяет расположение границ бывших аустенитных зерен, особенно после контролируемой прокатки по первому технологическому варианту.

В качестве микролегирующих добавок при контролируемой прокатке могут использоваться карбиды и нитриды ряда элементов, например, ванадия, титана, алюминия. Однако наиболее эффективными являются добавки дефицитного (пока) в нашей стране ниобия. Обычно он вводится в сталь в количестве 0,020,06 %.

Другой необходимой предпосылкой контролируемой прокатки является нали- чие особо мощных прокатных станов, способных быстро деформировать металл при пониженных температурах без заметного снижения производительности при достаточной надежности и долговечности оборудования. Значительную роль играет

55

также скорость охлаждения, подавляющего развитие рекристаллизационных процессов, вследствие чего возможность получения эффекта контролируемой прокатки с увеличением толщины уменьшается. В настоящее время контролируемая прокатка осуществляется в основном при получении металлоизделий толщиной до 20 мм: горячекатаной широкой полосы и штрипса (листовых заготовок для электросварных труб магистральных газопроводов).

Хорошие результаты дает контролируемая прокатка широкой рулонной полосы толщиной 2,58 мм из углеродистой стали (типа Ст3сп) с микродобавками алюминия, титана и ванадия. Производство такой полосы освоено на непрерывном широкополосном стане 2000 Череповецкого металлургического комбината. Полоса че- тырех уровней прочности с марочными обозначениями: Ч-33, Ч-37, Ч-40 и Ч-44 (Ч череповецкая) поставляется для нужд строительства и сельскохозяйственного машиностроения с гарантированными пределами текучести (не менее) 325, 365, 390 и 430 Н/мм2 и временным сопротивлением разрыву 450, 480, 510 и 545 Н/мм2 соответственно.

Полоса первых трех уровней прочности используется в качестве материала гнутых и гнутосварных профилей для легких строительных металлоконструкций комплектной поставки вместо более дорогой и дефицитной стали марки 09Г2С. Хими- ческий состав и механические свойства полосы приводятся в табл.1.24 и 1.25. Величина зерна феррита полосы колеблется в пределах, оцениваемых нормами 911 шкалы ГОСТ 5639-82* (средний диаметр зерна 712 мкм). В исходной полосе сталь характеризуется достаточной хладостойкостью: температура хрупкости Т50 при испытании на динамический изгиб образцов типа 1 по ГОСТ 9454-78* расположена при минус 70 минус 40 °С. Заметного разупрочнения при сварке стали не обнаруживается.

Таблица 1.24. Химический состав широкополосной стали серии “Ч” для гнутосварных профилей строительных металлоконструкций (по ТУ 14-105-509-87)

Сталь

 

 

 

 

Содержание, % по массе

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

марки

C

Si

Mn

S

P

Cr

Ni

Cu

 

Al

Ti

V

Ca

 

 

 

 

 

не более

 

 

 

 

 

 

 

× 33

0,14

0,12

0,4

0,03

0,03

0,3

0,3

0,3

 

0,02

0,01

0,001

0,22

0,3

0,65

 

0,07

0,04

0,03

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

× 37

0,16

0,25

0,5

0,03

0,03

0,3

0,3

0,3

 

0,02

0,01

0,02

0,001

0,22

0,45

0,75

 

0,07

0,04

0,07

0,03

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

× 40

0,16

0,25

0,7

0,03

0,03

0,3

0,3

0,3

 

0,02

0,01

0,02

0,001

0,22

0,45

0,9

 

0,07

0,04

0,07

0,03

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1.25. Механические свойства1 широкополосной стали серии “Ч” (по ТУ 14-105-509-87)

 

Временное

Предел

Относительное

Ударная вяз-

Испытание на

 

сопротивление

кость KCU

изгиб в холод-

Сталь

разрыву,

текучести,

удлинение δ5,

ïðè -40°Ñ,

ном состоянии

марки

ÌÏà

ÌÏà

%

Äæ/ñì2

íà 180° ïðè äè-

 

 

 

 

 

аметре оправки,

 

 

не менее

 

равном

 

 

 

 

 

 

×33

450

325

26

29

a*

 

 

 

 

 

 

×37

480

365

24

29

à

×40

510

390

23

29

2à

 

 

 

 

 

 

1 Определяются на продольных образцах. à толщина проката.

56

Более толстые листы, поставляемые металлургической промышленностью строительству в состоянии после контролируемой прокатки, изготовляются из низколегированной стали. Обычно это отсортировка штрипсов (листовых заготовок) для производства газопроводных труб большого диаметра и высокого давления, предназначенных для районов с низкой климатической температурой. Наряду с высокими показателями прочности σò è σâ сталь марок 09Г2ФБ и 10Г2ФБ характеризуется весьма благоприятными свойствами хладостойкости. Причем помимо ударной вязкости на образцах с полукруглым надрезом при минус 60 °С гарантируется также ударная вязкость на остронадрезанных образцах при минус 15 °С и доля волокна в изломе крупноразмерных образцов ДВТТ при испытании падающим грузом.

Высокие вязкость и пластичность обусловлены не только мелкозернистой микроструктурой, но также пониженным содержанием неметаллических включений и изменением их формы специальной модифицирующей обработкой. Содержание серы в стали не превышает 0,006 0,01 %. Требования к химическому составу и механическим свойствам этих сталей приведены в табл.1.26 и 1.27. Сталь поставляется с обязательной гарантией углеродного эквивалента по формуле (1.1) не более 0,43 % и после дефектоскопического ультразвукового контроля, гарантирующего отсутствие нарушений сплошности с требованиями для 2 3 классов по ГОСТ 22727-73.

Таблица 1.26. Химический состав низколегированных сталей, поставляемых в состоянии после контролируемой прокатки (по ТУ 14-1-4083-86)

Сталь

 

 

 

Содержание, % по массе

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

марки

C

Mn

Si

V

Nb

S

P

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

не более

 

 

 

 

 

 

 

 

 

09Ã2ÔÁ

0,08 0,13

1,5

1,7

0,150,35

0,050,09

0,020,05

0,01

0,02

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10Ã2ÔÁ

0,09 0,12

1,55

1,75

0,150,35

0,090,12

0,020,04

0,006

0,02

 

 

 

 

 

 

 

 

 

П р и м е ч а н и е . Сталь обрабатывается продувкой аргоном, ферросплавами, содержащими кальций и редкоземельные элементы (церий и др.) в количестве 2 кг/т; содержание алюминия должно составлять не более 0,05%, титана не более 0,035%; допускается содержание хрома, никеля и меди не более 0,3% каждого и азота не более 0,010%

Таблица 1.27. Механические свойства низколегированных сталей, поставляемых в состоянии после контролируемой прокатки (по ТУ 14-1-4083-86)

 

 

Временное

Предел

Относи-

Ударная вяз-

Доля вязкой

 

 

сопроти-

тельное

кость KCU

составляющей

Сталь

Толщина

вление

текучести

удлинение

при температу-

в изломе об-

разрыву

σ , ÌÏà

δ

, %

ðå, Äæ/ñì2

разцов ДВТТ

марки

проката,

 

ò

5

 

 

 

 

 

ìì

σâ , ÌÏà

 

 

 

-15°Ñ

-60°Ñ

ïðè -15°Ñ

 

 

 

 

 

не менее

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

09Ã2ÔÁ,

49

558

450

22

59

 

 

 

 

 

 

 

 

10Ã2ÔÁ

1028

519

431

17

59

39

80

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заметим, что значительным показателям ударной вязкости при отрицательной температуре и низкой температуре хрупкости сталей после контролируемой прокатки часто способствует появление расслоений, наблюдаемых в вязких изломах продольных и поперечных образцов в температурном интервале, несколько выше температур визуального обнаружения хрупкого разрушения сколом. Установлено, что расслоения не связаны с какими-либо нарушениями сплошности в исходном

57

металле, но возникают (путем разрушения сколом) под влиянием больших растягивающих напряжений в направлении толщины в момент достижения максимума усилия непосредственно перед распространением магистральной трещины. Расслоения уменьшают жесткость напряженного состояния в очаге деформирования и смещают появление хрупкого разрушения сколом к более низким температурам. Благодаря высокой хладостойкости указанные стали вполне применимы для ответственных конструкций «северного исполнения».

1.7.2. Стали, термически упрочненные, с использованием специального нагрева.

Установлено, что, подвергая строительную углеродистую и низколегированную сталь закалке, часто с последующим отпуском, можно существенно увеличить ее прочность без ухудшения свариваемости, так как химический состав и эквивалентное содержание углерода при этом не изменяются [7, 31]. Резкое измельче- ние микроструктуры при закалке и соответствующий выбор режима отпуска, устраняющего излишнюю прочность, позволяют получить высокое сопротивление вязкому и хрупкому разрушению.

Простейшая технология этого вида обработки включает в себя нагрев листов в камерных печах с выдвижным подом, их закалку в баке с водой после переноса грузоподъемным краном и отпуск листов в камерной печи того же типа. Недостатками этой технологии, наряду с низкой производительностью, являются невозможность регулировать скорость охлаждения и предотвращать коробление листов, опасность чрезмерного подстуживания из-за длительной транспортировки к закалочному баку, ухудшающего микроструктуру и конечные механические свойства.

Более совершенная технология предусматривает нагрев листов по заданному режиму в секционных проходных печах (обычно имеющих длину свыше 60 м) с транспортирующим подом из роликов.

Сразу на выходе из печи устанавливается охлаждающее устройство, которое бывает двух типов закалочный пресс и ролико-закалочная машина. В обоих нагретый лист охлаждается сверху и снизу водяными струями. Интенсивность охлаждения регулируется давлением подаваемой воды и продолжительностью ее поступления.

В закалочном прессе, имеющем периодическое действие, охлаждаемый лист зажимается усилием до 10000 кН, которое передается через многочисленные прижимы с размерами в плане 50825 мм. Несмотря на ускоренное перемещение листа от печи к прессу, продолжительность транспортировки и зажатия перед пуском воды не исключает опасности подстуживания, а само зажатие не исключает возможности коробления, которое с трудом поддается устранению при правке. Эти нежелательные явления тем значительнее, чем тоньше лист. Поэтому минимальная толщина проката, обрабатываемого на линиях с закалочными прессами, ограниче- на 12 16 ìì.

В отличие от закалочных прессов, в которых листы во время охлаждения неподвижны, в роликозакалочных машинах охлаждаемые водой листы непрерывно перемещаются между двумя рядами роликов. В этом устройстве опасность подстуживания минимальна, так как охлаждение начинается сразу после попадания передней кромки листа в машину. Охлаждение более равномерно по поверхности и отсутствует «пятнистая закалка», которая в прессах обусловлена ограничением прижимами доступа охлаждающей воды к поверхности. В роликозакалочных машинах на отечественных металлургических заводах могут обрабатываться листы с минимальной толщиной 9 10 ìì.

Отпуск закаленных листов производится в таких же проходных печах с роликовым подом, что и нагрев для закалки, причем температура отпуска в зависимости

58

от химического состава стали и уровня получаемых свойств выбирается в пределах 600 680 °С; суммарная продолжительность пребывания листов в печи обычно не превышает 1,5 3 ÷.

Как видно из табл.1.28, в отечественной практике при термическом упрочнении

ñиспользованием специального нагрева для углеродистой и низколегированной сталей реализуются весьма умеренные уровни прочности, что, по-видимому, можно объяснить стремлением к получению достаточно хладостойкого металлопроката

ñмалой склонностью к разупрочнению при сварке. Тем не менее снижением температуры отпуска для тех же сталей могут быть достигнуты значительно более высокие уровни прочности.

Таблица 1.28. Механические свойства листовой строительной стали после закалки и отпуска

 

 

 

 

 

Ударная

 

Марка

Толщина

Временное

Предел

Относи-

вязкость KCU

 

упрочняе-

проката,

сопротивле-

текучести

тельное

при темпера-

ÃÎÑÒ

мой стали

ìì

ние разрыву

σ , ÌÏà

удлине-

òóðå, Äæ/ñì2

 

 

 

σâ , ÌÏà

ò

íèå δ5, %

 

 

 

 

 

 

-40°Ñ

-70°Ñ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

не менее

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ÂÑò3ñï*

Îò 10 äî 25 âêë.

430

290

16

29

14637-79

ÂÑò3ïñ

Îò 25 äî 40 âêë.

430

290

16

 

 

 

 

 

 

 

 

 

14Ã2

Îò 10 äî 32 âêë.

530

390

18

39

29

19282-88

10Ã2Ñ1(Ä)

Îò 10 äî 40 âêë.

530

390

19

49

29

19282-88

 

 

 

 

 

 

 

 

09Ã2Ñ(Ä)

Îò 10 äî 32 âêë.

490

365

19

49

29

19282-88

 

Îò 32 äî 60 âêë.

450

315

21

49

29

 

15Ã2ÑÔ(Ä)

Îò 10 äî 32 âêë.

590

140

17

39

29

19282-88

 

 

 

 

 

 

 

 

*После термоупрочнения углеродистая сталь обозначается марками ВСтТсп, ВСтТпс, ВСтТкп в зависимости от степени раскисления.

П р и м е ч а н и е . По требованию потребителя значение верхнего предела временного сопротивления разрыву не должно превышать 690 МПа для стали марок 14Г2, 10Г2С1(Д) и 780 МПа для стали марок 15Г2СФ(Д).

1.7.3. Сталь, термически упрочненная в потоке стана, с использованием тепла прокатного нагрева. Закалка о использованием тепла прокатного нагрева давно привлекает внимание как экономичный и перспективный способ повышения прочности и хладостойкости проката конструкционных сталей. Считают, что этот способ дешевле в 4 5 раз, чем термическая обработка с применением специального (печного) нагрева. Однако при его реализации возникает ряд трудностей, связанных с выбором, и размещением устройств для закалки, отпуском и правкой изделий без снижения скорости закалки и уменьшения производительности станов.

Проблема существенно упрощается при использовании приема «прерванной закалки». Кратковременное, но интенсивное охлаждение водой с высоким коэффициентом теплоотдачи обеспечивает быстрое снижение температуры поверхностных слоев профиля, в которых образуются продукты низкотемпературных превращений аустенита: мартенсит и нижний бейнит. Последующий нагрев закаленных участков теплом центральных слоев приводит к их «самоотпуску», необходимому для улучшения вязкости и пластичности. Достигаемое одновременно ускоренное охлаждение центральных слоев способствует получению в них благоприятной для прочности и хладостойкости мелкозернистой феррито-перлитной микроструктуры. Схематически этот процесс поясняют данные рис.1.11.

59

1100 o C

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1000

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

900

 

 

 

 

 

 

A

 

 

 

800

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

700

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ï

 

 

 

600

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

Á

 

 

 

500

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

400

 

 

 

 

 

 

Ì

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

300

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

200

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

100

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,2 0,30,4 0,5

1

2

3 4 5

10

20

304050

100

200 300400 500 1000

t, c

Рис.1.11. Термокинетическая диаграмма превращения аустенита стали марки Ст3пс с наложенными кривыми прерванного охлаждения

1 центральных слоев проката; 2 поверхностных; штриховые линии кривые непрерывного охлаждения (А аустенит, Ф феррит, П перлит, Б бейнит, М мартенсит)

До недавнего времени прерванная закалка широко применялась только для повышения технологических и служебных свойств мелких прокатных профилей простой геометрической формы: стальной катанки и стержневой арматуры. В настоящее время на непрерывном среднесортном прокатном стане 450 Западносибирского металлургического комбината освоено производство с использованием прерванной закалки термоупрочненного фасонного проката угловых равнополочных профилей от ¹ 7,5 до ¹ 12,5 с толщиной полок 6 12 мм, а также близких по размерам профилей швеллеров и двутавров [32]. Термическому упрочнению подвергаются профили из углеродистой стали марок Ст3пс и Ст3сп, а также низколегированной стали марок 09Г2С, 14Г2. Предусмотрено получение металлопроката трех уровней прочности с пределом текучести не менее 390, 440 и 490 МПа. Его гарантируемые механические характеристики приведены в табл.1.29.

Таблица 1.29. Механические свойства фасонных профилей, термически упрочненных в потоке стана 450 Западно-Сибирского металлургического комбината (ТУ 14-15-146-85)

 

 

 

 

Ударная вязкость KCU,

Испытание

 

Временное

 

Относи-

Äæ/ñì2 при температуре °Ñ

на изгиб в

Уровень

сопроти-

Предел

тельное

 

-70

+20

холодном

предела

вление

текучести

удлине-

 

после

состоянии

 

 

текучести1

разрыву,

σ , ÌÏà

íèå δ ,

углеро-

низколе-

механи-

íà 180° ïðè

 

ÌÏà

ò

5

дистой

гированной

ческого

диаметре

 

 

%

 

 

 

 

стали

стали

старения

оправки,

 

 

 

не менее

 

 

равном

 

 

 

 

 

 

 

 

390

490

390

20

29

29

2a

440

540

440

18

29

34,5

29

2a

490

590

490

16

29

34,5

29

2a

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Прокат с уровнем предела текучести 390 изготовляется из стали марок Ст3пс и Ст3сп; 440 и 490 из стали марок Ст3пс, Ст3сп, Ст3Гсп, Ст3Гпс, 14Г2 и 09Г2С.

Термически упрочненный с использованием прерванной закалки прокат имеет некоторые характерные особенности, которые здесь рассматриваются на примере равнополочных уголков из углеродистой стали марки Ст3пс. Одна из особенностей неравномерность распределения микроструктуры и твердости по толщине. Травление поперечных шлифов выявляет закаленный слой у поверхности толщиной

60

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]