43. Высокопрочные конструкционные стали.

σ_в> 1500 МПа. К этим сталям прежде всего нужно отнести стали обычного состава, но мелкозернистые и высокочистые. Измельчение зерна приводит к снижению порога хладноломкости, увеличению доли волокна в изломе и обладают они высокой прочностью, пластичностью и вязкостью. Среди этой группы наиболее важными являются мартенсито-стареющие стали. Их важной особенностью является малое содержание углерода: 0,03%. Ещё эти стали называются «стали интерметаллидного упрочнения». При закалке в них образуется безуглеродистый мартенсит, а затем при отпуске (~500°С) происходит выделение интерметаллидных фаз. При этом повышается предел прочности. Легирующие элементы – Niили Ti, образующие интерметаллидные фазыNiTi, Ni₃Ti, FeMo, Ni₃(TiAl) и так далее вызывают старение. Одновременное введение Coпозволяет увеличить мартенситную точку и уменьшает количество остаточного аустенита. Так же кобальт повышает точку А_С1, что позволяет провести высокий отпуск. Основной легирущий элемент – Ni, с количеством 17..26%. Для эффективного протекания старения стали дополнительно легируют Ti, Al, Mo, Nb, Co. Пример: 03Н18К8М5Т. Для этой стали проводится закалка с температурой 800..850°С, охлаждение на воздухе и в результате получается структура – без углеродистый мартенсит. Затем проводят старение.

Термич. обр.	σв, МПа	ψ, %	δ, %	KCV, МДж/м2
Закалка	1200	75	20	2
Закалка + Старение	2000	50	12	0,5

Основное упрочнение происходит при старении 450..500°С за счёт выделения из мартенсита дисперсных частиц – интерметаллидов. Происходит процесс дисперсионного твердения. Мартенсит и стареющие стали применяются в самолётах, ракетах, т.е. где должна быть высокая пластичность, вязкость.

44. Износостойкая аустенитная сталь.

Высокомарганцовистая сталь. Сталь Гадфильда. 110Г13Л (Л – литая). Сталь аустенитного класса за счёт легирования марганцем. Углерода – 0,9..1,4%. Mn – 1,5..15%. Si – 0,5..1%.После литья структура состоит из аустенита. Проводится закалка без отпуска. Нагрев до 1100°С и образуется аустенит с растворённым С и Mn. Закалка без полиморфного превращения. Высокомарганцовистый аустенит хорошо наклёпывается (уплотняется) при ударных нагрузках и после деформации в процессе эксплуатации приобретает твёрдость 50..55 HRC, т.е. повышается почти в 2 раза (перед этим около 200ΗΒ).

45. С тали для строительных конструкций.

Эта группа сталей содержит малое количество углерода в пределах 0,1..0,25% (низкоуглеродистые стали). По сравнению с углеродистыми сталями, строительные обладают более высокими прочностными свойствами за счёт упрочнения феррита небольшим количеством легирующих элементов: Si, Mn, Cr, Ni и так далее. Строительные стали могут быть использованы в горячекатаном состоянии (т.е. без термической обработки), или после нормализации и термического улучшения. Применяются для строительных конструкций, армирования железобетона, магистральных нефте и газо проводов (не применяются для деталей машин). Как правило, все они изготавливаются путём сварки, поэтому одним из технологических требований является хорошая свариваемость стали. При сварке деталей стали не должны давать холодных, горячих трещин, и сварное соединение должно быть равнопрочным основному металлу.

Рассмотрим создание трубы из листа металла путём проката. Представлена сварка плавлением, на которой наплавляется шов жидкого металла. Под действием температуры нагревается около шовная зона. Эта зона различает IIIзоны:

1. Сварной шов. Имеет литую структуру после охлаждения и кристаллизации

2. Зона термического влияния (ЗТВ). Является наиболее опасным местом сварного соединения. Здесь может происходить перегрев, т.е. рост аустенитного зерна, образование видманштетной структуры. Зона нагревается в процессе сварки выше критических температур (А₃ и А₁). В зоне термического влияния может наблюдаться упрочнение и снижение пластичности.

3. Температура нагрева меньше А₁.

4. Зона основного металла.

Для сварных конструкций используются углеродистые стали обыкновенного качества: Ст2, Ст1, Ст3. Наиболее распространённой является «спокойная» сталь Ст3сп – самый низкий порог хладноломкости - 0°С. Поставляются в горячекатаном состоянии без термической обработки. Для ответственных деталей, работающих в условиях отрицательных температур, применяется нормализация, в результате которой происходит перекристаллизация феррито-перлитной структуры. Т.е. феррито-перлитная структура просто измельчается, при этом критическая температура хрупкости понижается при измельчении зерна.

Д алее проводится термическое улучшение – закалка + высокий отпуск при 600..650°С. В большей степени эта обработка улучшает прочностные свойства, но существенно снижает критическую температуру прочности (Т₅₀). Если порог хладноломкости характеризовать одной цифрой, то указывают середину порога – температура, при которой 50% волокна в изломе или величина работы распространения трещин а_р уменьшается наполовину. Структура после закалки при термическом улучшении: мартенсит.

Т.е. такая закалка + отпуск полностью восстанавливает структуру. Отпуск проводится для снятия напряжений.

Для магистральных нефти и газопроводов, котлов применяются стали с углеродом 0,2..0,22%. Стали: 17ГС (марганца – около 1%, кремний – 0,5%), 16Г2АФ, 14ХГСА, 15ХСНФ.

Для армирования обычного и предварительно напряжённого железобетона применяются стали с углеродом 0,3% (например, 25Г2С) – подвергаются термическому улучшению.

Легирование молибденом и бором строительных сталей, которые замедляют распад аустенита, приводит к получению бейнитной структуры при охлаждении на воздухе. Пример: сталь 08Г2СФБ.