Рис.1.14. Распределение твердости в поперечном сечении полки термоупрочненного углового профиля толщиной 10 мм из стали марки СтЗпс с наплавленными валиками. Наплавка автоматической сваркой проволокой Св-08ГА под флюсом АН 348А при тепловложении
1,23 (а) и 2,05 МДж/м (б)
первом случае малая протяжеппость разупрочпеппых зон, по-видимому, обусловливает высокий уровень контактного упрочнения мягких прослоек [8, 9]. Во втором случае малое влияние разупрочненных зон объясняется тем, что они расположены на некотором удалении от границы сплавления, вследствие чего возможное уменьшение сопротивления срезу компенсируется увеличением потенциальной поверхности разрушения.
Приведенные в табл. 1.30 данные статистической обработки результатов заводских приемосдаточных испытаний партии термоупрочненного проката угловых профилей №№ 7, 5; 9 и 10 стали марки СтЗпс (95 тыс.т) свидетельствуют о высоком уровне прочности и вязкости и о его стабильности.
Таблица 1.30. Данные приемо-сдаточных испытаний углового проката стали СтЗпс, упрочненного в потоке стана 450*
Профиль №
Число испытаний
Предел текучести Ст, МПа
Временное сопротивление разрыву Св, МПа
Ударная вязкость, кси, Дж/см при -70°С
Ударная вязкость при +20°С после
механического старения, Дж/см
7,5 9 10
По марке
278 142 28 506
484 452
53 35
544 563
50 32
111 175 156 173
34 41 32 38
185 175 174 182
Ъ1 32 22 32
* X - среднее значение; S - среднеквадратическое отклонение.
Бьша определена циклическая прочность сварных соединений при пульсирующем растяжении на базе 2-10 циклов при коэффициентах асимметрии 0,2 и 0,6. Установлено, что в диапазоне числа циклов 10 - 2 • 10 ограниченные пределы выносливости сварных соединений профилей из низколегированной стали марки 09Г2С и из термоупрочненной углеродистой марки СтЗпс практически одинаковы.
Термоупрочненный фасонный прокат сортамента стана 450 Западносибирского металлургического комбината из углеродистой стали марок СтЗпс и СтЗсп уровня прочности 390 рекомендован для применения в сварных строительных металлоконструкциях, в том числе ответственного назначения, эксплуатируемых при динамических и переменных нагрузках и при низких климатических температурах
(«северное исполнение»), вместо аналогичного проката горячекатаных низколегированных сталей марок 09Г2, 09Г2С, 10Г2С1, 14Г2 и 15ХСНД без пересчета сечений. Такая замена уменьшает расход дефицитных легирующих ферросплавов и дает снижение стоимости конструкции.
Предпринята обнадеживающая попытка получить с использованием технологии прерванной закалки и «самоотпуска» термоупрочненный листовой прокат углеродистой стали в потоке стана 3600 металлургического комбината «Азовсталь». Ускоренному охлаждению водой в устройстве с противотоком и кратковременному дополнительному отпуску (при 600 - 620 °С) в проходной печи подвергали листы толщиной 12 - 30 ММ. Достигнутый комплекс механических свойств в целом соответствовал уровню показателей для низколегированной стали марки 09Г2С-6 по ГОСТ 19282-73 (табл. 1.31). Однако в связи с частыми выпадами по прочностным характеристикам и ударной вязкости при отрицательных температурах, обусловленных, по-видимому, недостаточной интенсивностью охлаждения при закалке, эта технология нуждается в доработке.
Таблица 1.31. Типичные механические свойства листовой углеродистой стали марки СтЗсп, термически упрочненной в потоке стана 3600 (поперечные образцы)
Толщина листа, мм
Предел текучести От, МПа
Временное
сонро-тивление разрыву, Св, МПа
Относительное удлинение 55, %
Относительное сужение Ч/, %
Ударная вязкость кси, Дж/см2, при температуре, °С*
Температура хрупкости Т50, °С
56/57
22/27
48/52
48/49
46/47
23/28
43/48
27/31
100/124
81/87
По ТУ 14-
1-3521-83
>49
>29
слева от косой черты - минимальные, справа - средние значения трех испытании.
Горячая прокатка Охлаждение водой
Направленное изменение микроструктуры, основанное на различном сочетании горячей пластической деформации и регулируемого охлаждения (термомеханической обработки), позволяет существенно расширить рамки получаемой прочности, пластичности и хладостойкости конструкционной стали. Так, японская металлургическая фирма «Сумигомо» разработала и реализовала на практике режимы, получившие обозначение DAC и HST (рис. 1.15).
По первому из них сталь подвергается прокатке при пониженных температурах в аустенитной области до начала полиморфного превращения (выше точки Аг), после чего следует ускоренное регулируемое охлаждение водой. По второму режиму-контролируемая прокатка сопровождается охлаждением до температуры ниже завершения полиморфного превращения (ниже точки Ari). Затем производится нагрев лис-
-Ь20°С
HST-DAC Время
Рис.1.15. Два режима термомеханиче-ского упрочнения низколегированной стали ЯПОНСКОЙ фирмы «Сумитомо»
тов до температуры несколько выше критической точки Aci, после чего осуществляется прокатка в нижнем интервале аустенитной области и заключительное ускоренное охлаждение водой. Обработанная, в частности, такими способами 0,6-Ni-сталь (0,05% С, 0,12% Si, 1,3% Мп, 0,015% Р, 0,001% S, 0,63% N1 и 0,017% Nb, углеродный эквивалент 0,3 %) в листах толщиной 20 - 50 мм имеет предел текучести 400 МПа, временное сопротивление разрыву 580 МПа, относительное удлинение 34 %, ударную вязкость на остронадрезанных образцах при минус 80 °С 200 Дж/см и температуру хрупкости Т50 ниже минус 100 °С. Сталь рекомендуется для металлоконструкции глубоководных морских оснований, сооружаемых в ледовых (арктических) условиях.
Отечественными металлургическими заводами металлопрокат в состоянии после подобной термомеханической обработки пока не поставляется.
1.8. Стали специального назначения
1.8.1. Сталь с гарантированными механическими свойствами в направлении тол-пщны проката. Как уже указывалось в п. 1.1, проблема стали с гарантированными свойствами в направлении толщины проката (z - направление) тесно связана с сопротивлением вязкому разрушению. Оно выражается характеристиками предельной пластичности и вязкости, а также их анизотропией в прокате. При этом определяющая роль принадлежит загрязненности стали неметаллическими включениями. При пластическом деформировании включения инициируют образование в металле внутренних пустот, рост и слияние которых составляют сущность процесса вязкого разрушения. Наибольшее отрицательное влияние оказывают включения вытянутой формы и групповые включения, расположенные в строчки. В горячекатаных изделиях из хорошо раскисленной строительной стали они представлены в основном вытянутыми включениями сульфида марганца (MnS) и строчечными включениями глинозема (ai2o3), образующимися при раскислении и затвердевании стали.
Как отмечалось, анизотропия пластичности сильно ограничивает пригодность стали к любым операциям холодной формовки с большой вытяжкой (гибке, штамповке, глубокой вытяжке, завальцовке). Но особенно отрицательно она проявляется в образовании ламелярных (пластинчатых или слоистых) трещин при сварке. Они возникают в основном металле вблизи сварных швов под воздействием напряжений и термодеформационных циклов сварки. Наблюдение трещин на шлифах в поперечном сечении соединений вьшвляет их специфическое ступенчатое строение (см.рис. 1.3). Преобладают прямые участки, параллельные плоскости прокатки-террасы, которые чередуются с более короткими участками, перпендикулярными этой плоскости - сбросами или разрывами. При наблюдении в оптический микроскоп обнаруживается, что террасы совпадают с расположением вытянутых и строчечных неметаллических включений. Поверхность разрушения, вызванного ламелярными трещинами, визуально напоминает излом дерева, расщепленного вдоль волокна.
Установлено, что ламелярные трещины появляются в процессе сварки или непосредственно после ее окончания, когда температура металла опускается ниже 200 ° С. Наблюдались также случаи образования ламелярных трещин при термообработке сварных соединений для снятия напряжений. Особенно часто отмечаются случаи появления ламелярных трещин при сварке металлопроката низколегированной марганцовистой стали значительной толщины - 25 мм и более. Однако здесь нет строгой закономерности, так как известны случаи появления ламелярных трещин при сварке мягкой углеродистой стали и при сварке проката толщиной 3-5 мм. Ламелярные трещины наблюдались при сварке стали, поставляемой в
