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 ч.
Как видно из табл. 1.28, в отечественной практике при термическом упрочнении с использованием специального нагрева для углеродистой и низколегированной сталей реализуются весьма умеренные уровни прочности, что, по-видимому, можно объяснить стремлением к получению достаточно хладостойкого металлопроката с малой 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
Марка упрочняемой стали
Толщина проката, мм
Временное сопротивление разрыву Св , МПа
Предел текучести Ст, МПа
Относительное удлинение 65, %
Ударная вязкость кси при температуре, Дж/см
ГОСТ
-40°С
-70°С
не менее
ВСтЗсн*
От 10 ДО 25 вкл.
14637-79
ВСтЗнс
От 25 ДО 40 вкл.
14Г2
От 10 ДО 32 вкл.
19282-88
10Г2С1(Д)
От 10 ДО 40 вкл.
19282-88
09Г2С(Д)
От 10 ДО 32 вкл.
19282-88
От 32 ДО 60 вкл.
15Г2СФ(Д)
От 10 ДО 32 вкл.
19282-88
* После термоунрочнения углеродистая сталь обозначается марками ВСтТсн, ВСтТнс, ВСтТкп в зависимости от степени раскисления.
Примечание. 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 бейниг. 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-перлигной микроструктуры. Схематически этот процесс поясняют данные рис. 1.11.
0,2 0,30,4 0,5 1
2 3 4 5
10 20 304050 100 200 300 400 500 1000 t, с
Рис. 1.11. Термокинетическая диаграмма превращения аустенита стали марки СтЗпс 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 № 7,5 до № 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 СтЗпс и СтЗсп, 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,
Испьггание
Временное
Относи-
Дж/см при температуре °С
на изгиб в
Уровень
сопроти-
Предел
тельное
холодном
предела
вление
текучести
удлине-
после
состоянии
текучести!
разрыву.
Ст, МПа
ние 65,
углеро-
низколе-
механи-
на 180° при
дистой стали
гированной стали
ческого старения
диаметре оправки.
не менее
равном
34,5
34,5
1 Прокат с уровнем предела текучести 390 изготовляется из стали марок СтЗпс и СтЗсп; 440 и 490 -из стали марок СтЗпс, СтЗсп, СтЗГсп, СтЗГпс, 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 СтЗпс. Одна из особенностей -неравномерность распределения микроструктуры и твердости по толщине. Травление поперечных шлифов вьгавляет закаленный слой у поверхности толщиной
1,5-3 мм с твердостью 190-220 HV (рис. 1.12). Твердость центральных слоев (130-150 HV) близка к твердости стали в горячекатаном состоянии.
ITV 200 180, 160 140
Рис. 1.12. Типичное распределение твердости но толщине термоунрочненного проката разных угловых профилей из стали марки СтЗнс а - 75x75x6 мм; 6- 100x100x10 мм; в - 100x100x12 мм; штриховая линия - средний уровень твердости
В связи с неоднородностью но толщине полное представление об «агрегатной» прочности материала может бьггь получено только при испыганий образцов натурной толщины. При ЭТОМ для стали характерна диаграмма растяжения с развитой площадкой текучести (рис. 1.13). Причем чувствительные экстензометры выявляют небольшую пластическую деформацию еще до достижения верхнего предела текучести при напряжении около 0,8 его величины (см.рис.1.13).
Испытания на динамический изгиб выявляют весьма высокий уровень вязкости и хладостойкости термоупрочненного проката. Профили с более тонкой полкой имеют соответственно более высокую хладостойкость, о чем МОЖНО судить по следующим данным о положении температуры хрупкости Г50 по критерию 50 % волокна в изломе (слева и справа от косой черты - данные для образцов с полукруглым надрезом типа 1 и для остронадрезанных образцов типа 11 по ГОСТ 9454-78* соответственно): Толщина, ММ Г50, °С
Рис. 1.13. Характерные диаграммы растяжения плоских (нолнотолщинных) образцов термоунрочненного фасонного проката из стали марки СтЗнс (а) и их начальные участки в увеличенном масштабе деформаций (б)
Под влиянием термических циклов ручной и автоматической элекгродуговой сварки в закаленных наружных слоях проката наблюдается локальное разупрочнение (рис. 1.14). Оно вызвано одновременно протекающими процессами высокого отпуска и фазовой перекристаллизации. Повышение тепловложения сварки сопровождается расширением разупрочненных зон и некоторым уменьшением минимальной твердости. Все же протяженность разупрочненных участков невелика и находится в пределах 2-4 мм. Локальное разупрочнение не снижает агрегатной прочности сварных соединений, которая находится на уровне прочности основного металла. Это справедливо как для соединений с поперечными стыковыми швами, так и для нахлесточных соединений с продольными фланговыми швами. В
