|
|
|
Навигация
|
Главная » Мануалы в виде многокомпонентных композиций типа марок ДС, НЛ-2, 15ХСНД, 10ХСНД, затем в виде более простых по составу и экономичных кремпемаргапцовых сталей марок 14Г2, 09Г2С, 10Г2С1. В этих обозначениях (кроме ДС и НЛ-2) цифры и буквы означают: двухзначные цифры слева - примерное среднее содержание углерода в сотых долях процента; буквы справа от цифры: Г - марганец, С - кремний, X - хром: Н - никель, Д -медь; используют также буквы М - молибден, Ф - ванадий, Ю - алюминий, В -ниобий, А - азот, П - фосфор, Р - бор; цифры после букв - примерное содержание соответствующего элемента в целых единицах процентов. Для получения стали этого вида используют легирующие элементы, упрочняющие в основном твердый раствор, а-железа и в меньшей степени образующие специальные карбиды или нитриды: кремний, марганец, медь, никель, хром, реже молибден. Прокат из стали поставляется как правило в состоянии пепосредствеппо после горячей прокатки и имеет ферриго-перлитпую микроструктуру, хотя возможна поставка и в состоянии после термической обработки - нормализации или термического улучшения. Предел текучести и временное сопротивление в прокате большинства марок низколегированной стали повышенной прочности обычно не превышает 350 и 500 МПа соответственно. Этот уровень обусловлен ограниченностью легирования, которое сдерживается, как указывалось, тремя факторами: ухудшением свариваемости, снижением сопротивления хрупкому разрушению и экономической эффективностью (см.п. 1.1). Ранее отмечалось, что при упрочнении строительной стали для сохранения или повышения сопротивления хрупкому разрушению необходимо одновременное существенное измельчение ее микроструктуры. Величина зерна феррита в прокате горячекатаной низколегированной стали зависит от его толщины. Она минимальна для топкого проката, остывающего с наибольшей скоростью и возрастает с увеличением толщины. Все же в широком диапазоне употребляемых толщин зерно феррита в прокате низколегированной стали большинства марок остается более мелким, чем в прокате углеродистой стали. Именно этим обусловлена более значительная хладостойкость низколегированной стали, несмотря па ее повышенную прочность в сравнении с углеродистой. Экономическая эффективность низколегированной стали зависит от ее оптовой цепы, которая повышается с увеличением содержания легирующих элементов, особенно таких дорогих и дефицитных, как никель, медь, молибден. В табл. 1.14 и 1.16 приводится химический состав, а в табл. 1.15 - механические свойства по ГОСТ 19282-73* отечественной низколегированной стали девяти марок. Механические свойства приводятся только для листового проката, так как для фасонного проката (ГОСТ 19281-89*) при соответствующей толщине они имеют близкие значения. Стали, для которых обозначение марки условно дано с буквой Д в скобках, по требованию потребителей могут быть дополнительно легированы медью для повышения коррозионной стойкости. В этом случае буква Д, означающая медь, вводится в марочное обозначение. При отсутствии меди буква Д в марочное обозначение не вводится. Приведенный в табл. 1.14 химический состав относится к результатам плавочпого контроля (ковшовая проба при разливке стали). Для химического состава в готовом прокате по ГОСТ 19282-73* допускаются отклонения, приведенные в табл. 1.16. Таблица 1.14. Химический состав низколегированных сталей повышенной прочности
Примечания: 1. По требованию нотребителя для стали но ГОСТ 19282-73* массовая доля фосфора должна бьпь не более 0,03%, серы - не более 0,035%, а для стали но ГОСТ 6713-91 - не более 0,025% и 0,03% соответственно. 2. Допускается добавка алюминия и титана из расчета получения массовой доли в прокате алюминия - не более 0,05%, титана - не более 0,03%. 3. Массовая доля остаточного азота в стали не должна нревышать 0,008%. Таблица 1.15. Механические свойства низколегированной стали повышенной прочности
* Для стали марки 17Г1С-У* гарантируется также ударная вязкость KCV при 0°С не менее 39 Дж/см и доля волокна в изломе образцов ДВТТ при 0°С не менее 55%. Таблица 1.16. Отклонения но химическому составу в готовом прокате низколегированных сталей по ГОСТ 19282-73*
Собственно для сварных строительных конструкций при проектировании регламентировано использование только стали марок 09Г2(Д), 09Г2С(Д), 14Г2, 10Г2С1(Д), 15ХСНД и ЮХСНД. Сталь марок 17ГС и 17Г1С применяется для электросварных труб нефте- и газопроводного сортамента. Однако из-за большого количества производимого в стране штрипса (листовых заготовок для труб) прокат из этих сталей часто предлагается в качестве замены листового проката низколегированной стали других марок. Нрименение стали марок 17ГС и 17Г1С в наиболее ответственных конструкциях (подвергающихся динамическому или переменному нагружению, эксплуатируемых при низких расчетных температурах - северное исполнение и т.п.) вследствие повышенного содержания углерода и обусловленного этим пониженного сопротивления хрупкому разрушению сварных соединений, так же как и сталь марки ЮГ2С1 из-за высокого содержания кремния, не рекомендуется. Индустриализация капитального строительства требует всемерной унификации материалов и, в частности, сокращения количества применяемых марок низколегированной стали. Поэтому основным материалом данного класса прочности С345 в связи с оптимальным сочетанием характеристик свариваемости, хладостойкости и технико-экономической эффективности признана сталь марки 09Г2С. Ее применение рекомендовано для строительных металлоконструкций всех видов. Недостаток этой стали состоит в существенном снижении показателей прочности - предела текучести и временного сопротивления разрыву с увеличением толщины проката. Эта особенность служит также причиной частого несоответствия указанных характеристик заданным нормам при сдаточных механических испытаниях на металлургических заводах. Для устранения этого недостатка рядом организаций поставщиков и потребителей исследуется возможность корректировки химического состава стали путем небольшого увеличения содержания углерода, которому соответствует марочное обозначение 12Г2С. Это требование всемерной унификации марочного сортамента стали нашло отражение в НОВОМ стандарте на прокат для строительных стальных конструкций ГОСТ 27772-88*, в котором предусмотрены лишь два варианта низколегированной стали повышенной и высокой прочности с химическим составом, соответствующим маркам 09Г2С и 12Г2С. Нормы химического состава и механических свойств для этих сталей, включенных в стандарт с наименованием С345 и С375, приведены в табл.1.17 и 1.18. Таблица 1.17. Химический состав (плавочный анализ ковшовой пробы) низколегированной стали повышенной прочности по ГОСТ 27772-88*
Примечания: 1. Допускается добавка алюминия и титана из расчета нолучения в прокате массовой доли титана 0,01-0,03%. 2. По требованию нотребителя массовая доля фосфора должна бьггь не более 0,03%, серы - не более 0,035%. Таблица 1.18. Механические свойства низколегированной стали повышенной прочности по ГОСТ 27772-S
Сталь изготовляют четырех категорий (1-4) в зависимости от требований но испытаниям на ударный изгиб. Нормируемые показатели ударной вязкости для проката разных категорий приведены в табл. 1.19. Таблица 1.19. Нормируемые показатели ударной вязкости для проката из стали марок С345 и С375 разных категорий по ГОСТ 27772-88*
Примечание. Знак + означает, что показатель нормируется, знак - не нормируется. Для элементов металлоконструкций автодорожных и железнодорожных мостов таким ОСНОВНЫМ материалом является низколегированная сталь марки ЮХСНД по ГОСТ 6713-91. Ее применение обусловлено повышенным сопротивлением атмосферной коррозии, связанным с многокомпонентным легированием (подробнее об этом см. п. 1.8). В зависимости от требований по ударной вязкости низколегированные стали по ГОСТ 19282-73* поставляются 15-и категорий, причем для строительных металлоконструкций применяются стали четырех категорий: 6-й, 12-й, 9-й и 15-й. Нри этом для стали 6-й и 12-й категорий ударная вязкость KCU гарантируется при температуре минус 40 °С, а для стали 9-й и 15-й категорий - при температуре минус 70 °С. Кроме ТОГО, для стали 12-й и 15-й категорий гарантируется еще и ударная вязкость при плюс 20 °С после механического старения. Низколегированные стали по ГОСТ 6713-91 для мостостроения поставляются трех категории: 1-3. Нри этом для стали 1-й категории гарантируется ударная вязкость КСи при минус 40 °С и при плюс 20 °С после механического старения, 2-й категории - при минус 60 °С и при плюс 20 °С после механического старения, 3-й категории - при минус 70 °С и при минус 20 °С после механического старения. Нормы ударной вязкости при отрицательных температурах и после механического старения приведены в табл. 1.15. Как уже указывалось, подавляющая масса металлопроката низколегированных сталей повышенной прочности поставляется в состоянии непосредственно после горячей прокатки. Однако возможна также поставка части листового проката в СОСТОЯНИИ после термической обработки: нормализации (нагрев до 890-950 °С и остывание на воздухе) или термического улучшения (после нагрева закалка в воде с последующим высоким отпуском при 620-680 °С). Нормализация несколько измельчает микроструктуру и способствует ее большей однородности по сечению. Она применяется обычно для повышения ударной вязкости при низких отрицательных температурах. Радикальным средством для достижения этого является термическое улучшение. Листы из стали марок 09Г2(Д) и ЮГ2С1(Д) толщиной более 20 мм поставляются в нормализованном или термоулучшенном состояниях, а сталь марки ЮХСНД толщиной более 15 мм - преимущественно в термоулучшенном СОСТОЯНИИ. 1.5. Высокопрочные стали с карбонитрвдным упрочнением с феррито-перлитной микроструктурой Возможность повышения прочности строительной стали, связанная с измельчением ее микроструктуры, появилась в связи с применением па металлургических заводах новых термодеформациоппых режимов горячей прокатки и освоением термической обработки готового проката. Разработаны три основных способа упрочнения с одновременным измельчением микроструктуры: горячая обработка давлением с большими обжатиями при пониженных температурах - контролируемая прокатка; термическая обработка с ускоренным охлаждением от высоких температур - закалка, часто с последующим отпуском; специальное микролегировапие в сочетании с термической обработкой - карбопигридпое упрочнение. Известны также комбинации этих основных способов. В пашей стране для производства высокопрочной стали нашли применение все три способа. Однако наибольшее распространение получил способ карбопигрид-пого упрочнения [29, 30]. В этом способе, основанном па введении в сталь небольших добавок сильных карбидо- и пигридообразующих элементов с обязательной термической обработкой, упрочнение за счет образования дисперсных выделений карбопитридов удачно совмещается с сильным измельчением зерна стали, что позволяет при значительном возрастании механической прочности сохранить и даже существеппо повысить сопротивление хрупкому разрушению. Способ экономичен и не ухудшает свариваемости, так как повышение прочности и хладостойкости достигается при весьма ограниченных добавках карбидо- и пигридообразующих элементов, в сумме не превышающих 0,2 % по массе. Согласно результатам некоторых работ для упрочнения низколегированной феррито-перлигпой строительной стали могут быть использованы карбиды и нитриды ряда элементов: алюминия, ванадия, ниобия, тантала, берилия, лантана, молибдена и вольфрама. Однако из экономических и технологических соображений в России для этой цели бьши использованы карбопигриды ванадия и нитриды алюминия. При этом небольшие добавки карбидо- и пигридообразующих элементов: ванадия, алюминия и азота вводятся при выплавке в рядовую пизколегироваппую сталь типа 14Г2, содержащую до 1,2-1,7 % марганца. Готовый прокат подвергают термической обработке - нормализации, включающей нагрев до 890-950 °С, при котором в стали формируются дисперсные частицы карбопитридов диамет- ром 10 2-10 1 мкм, сдерживающие рост зерна при нагреве и резко измельчающие микроструктуру. Карбопигридпое упрочнение, обеспечивая особо мелкозернистую микроструктуру со средним диаметром зерна феррита 5-12 мкм (10-12 баллов) по шкале ГОСТ 5639-82*, мало зависящую от толщины проката (рис. 1.4), позволяет получать сталь с высоким пределом текучести > 400-450 МПа и низкой температурой хрупкости (рис. 1.5 и 1.6) [30]. 50 40 20 10
10 20 30 40 Толщина, мм Рис. 1.4. Зависимость величины зерна феррита от толщины листов строительной стали разных марок 1 - СтЗкп; 2 - СтЗсп; 3 - 09Г2С и 10Г2С1; 4 - 16Г2АФ завода Азовсталъ из литых слябов НЛМЗ (светлые точки) и катанных слябов КМЗ (темные точки); 5 - 16Г2АФ производства ОХМК 600 1 400 О I 300 I 200
10 12 14 16 d -1/2 -1/2 , MM Рис. 1.5. Зависимость предела текучести от величины зерна феррита толстолистовой стали разных марок 1 - СтЗкн; 2 - СтЗнс; 3 - СтЗсн; 4 - 09Г2С и 10Г2С1; 5 - 16Г2АФ из литых слябов НЛМЗ; 6 - 16Г2АФ из катанных слябов КМЗ; 7 - 16Г2АФ производства ОХМК  1,4 1,6 2,2 2,4 Рис.1.6. Зависимости темнературы хрупкости Tso от величины зерна феррита толстолистовой стали разных марок (обозначения те же, что и на рис.1.5.) В табл. 1.20 приводится химический состав, а в табл. 1.21 механические свойства ПО ГОСТ 19282-73* для трех марок отечественной листовой высокопрочной ферриго-перлитной стали с карбонигридным упрочнением, используемой в металлоконструкциях. Таблица 1.20. Химический состав ферриго-перлигных сталей с карбонигридным упрочнением
1 Массовая доля фосфора в стали должна быть не более 0,035%, серы - не более 0,04%; но требованию нотребителя массовая доля фосфора должна бьггь не более 0,03%, серы - не более 0,035%. 2 Стали, для которых марка условно обозначена с буквой Д в скобках, но требованию нотребителя донолнительно легируются медью; в этом случае буква Д вводится в марочное обозначение. 3 В готовом прокате допускаются отклонения но химическому составу, указанные в табл. 1.17 Таблица 1.21. Механические свойства ферриго-перлитных сталей с карбопигридпым упрочнением в листовом прокате
Примечание. По требованию потребителя значения временного сопротивления разрыву не должны превышать 690 МПа для стали марок 14Г2АФ(Д) и 15Г2АФДПС и 780 МПа для стали марки 16Г2АФ(Д). Высокопрочные стали с карбонитридным упрочнением по ГОСТ 19282-73* так же, как и низколегированные стали повышенной прочности, в зависимости от требований по ударной вязкости поставляются 15-и категорий, из которых для строительных металлоконструкций используются четыре: 6-я, 12-я, 9-я и 15-я. Для сталей 6-й и 12-й категорий ударная вязкость гарантируется при минус 40 °С, а для сталей 9-й и 15-й категорий - при минус 70 °С. Кроме того, для сталей 12-й и 15-й категорий гарантируется еще и ударная вязкость после механического старения. По ГОСТ 27772-88* для строительных стальных конструкций также предусмотрена поставка стали трех вариантов с карбонигридным упрочнением с наименованием С390, С390К и С440. Сталь с наименованием С390 и С440 поставляется в листах ТОЛЩИНОЙ 4-50 мм, с наименованием С390К - в листах толщиной 4-30 мм. Нормы химического состава и механических свойств сталей С390, С390К и С440 близко соответствуют нормам ГОСТ 19282-73* (см. табл. 1.22 и 1.23) для аналогичных сталей марок 14Г2АФ, 15Г2АФДпс и 16Г2АФ категории 9. Низколегированную сталь с карбонигридным упрочнением, как и другие варианты стали с феррито-перлигной микроструктурой, можно подвергать горячей вальцовке, штамповке и т.д. Нри этом температурный режим горячего деформирования (температура нагрева и скорость охлаждения) должен по-возможности соответствовать принятому режиму нормализации! g этом случае удается совместить горячее деформирование с заключительной термической обработкой. Нревышение температуры нагрева, принятой для нормализации, или увеличение скорости охлаждения повышает прочность, но снижает пластичность, вязкость и хладостойкость вследствие образования неблагоприятной микроструктуры. Нри изготовлении конструкций или в процессе эксплуатации сталь может подвергаться длительным или кратковременным нагревам в субкритической температурной области. Дополнительный отпуск при 550-650 °С в течение 3-5 ч нормализованной стали типа 16Г2АФ практически не влияет ни на прочность, ни на ударную вязкость при комнатной и пониженной температурах. Вьщержка до 1000 ч при 400-500 °С также мало влияет на ее механические свойства, что объясняется большой стабильностью ферриго-перлитной микроструктуры. Нри соответствующем подборе присадочных материалов, флюсов и электродных покрытий и соблюдении основных технологических требований сварку стали марок 14Г2АФ(Д), 16Г2АФ и 15Г2АФДпс можно производить любыми способами, принятыми при изготовлении и монтаже строительных металлоконструкций. Нри умеренном содержании углерода и легирующих элементов в стали твердость в око-лошовной зоне даже при значительных скоростях охлаждения (> 50 °С/с) не превышает 300 HV и ударная вязкость сохраняется высокой в широком диапазоне режимов (рис. 1.7) [7]. Увеличение содержания углерода и марганца до уровня, близкого к верхнему пределу марочного состава, усиливает зависимость максимальной твердости и ударной вязкости в околошовной зоне от скорости охлаждения, однако и здесь максимальная твердость не превышает 350 HV. Оптимальные механические свойства достигаются при скорости охлаждения 10-20 град/с. Приемлемыми следует считать режимы, обеспечивающие мгновенную скорость охлаждения металла ОКОЛОШОВНОЙ ЗОНЫ при 600 °С не менее 3-5 град/с и не более 30 град/с. Сталь марок 14Г2АФ(Д), 15Г2АФДпс и 16Г2АФ при соответствующем технико-экономическом обосновании пригодна для конструкций, эксплуатируемых как в обычных условиях, так и для наиболее ответственных конструкций, подвергающихся переменному и динамическому нагружению, в том числе при низкой кли- 1 Все же количество таких нагревов должно бьггь ограниченным и не нревышать двух-четырех во избежание ноявления локальных участков с круннозернистой микроструктурой. 1 2 3 4 5 6 7 ... 57 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
 |
 |