полуспокойной стали уступает прокату спокойной стали, занимая между ним и прокатом кипящей стали промежуточное положение.
Способ разливки также влияет на качество готового проката. Имеются разные способы разливки на слитки в изложницы. Однако их различие (связанное с решением тех или иных технологических задач) не вносит принципиальных изменений в структуру и свойства готового проката.
Значительно большие изменения возникают при переходе на новый прогрессивный способ получения слитков на машинах непрерывного литья заготовок [24]. Новый способ имеет большое народнохозяйственное значение, так как позволяет избежать прокатки слитков на обжимных, заготовительных станах; при этом резко увеличивается выход годного проката из слитков, уменьшаются энергетические и материальные затраты производства. Вместе с тем специфическая структура слитка, отражающая условия формирования непрерывнолигой заготовки в полом водоохлаждаемом кристаллизаторе при непрерывном вытягивании, является причиной возможного возникновения специфических дефектов. Главные из них -осевая рыхлость, осевая химическая неоднородность, осевые трещины. В поперечном сечении листовой заготовки (сляба) эти дефекты располагаются в зоне, имеющей вид прямолинейной полосы, проходящей по центру сечения параллельно большим граням слитка.
В готовом прокате осевая химическая неоднородность проявляется в виде сильно обогащенного углеродом, серой и фосфором (иногда и марганцем) центрального слоя толщиной 0,5-3 мм в срединной плоскости листа. Этот слой служит местом образования неблагоприятной микроструктуры, снижает пластичность и прочность при растяжении в направлении толщины; в нем концентрируются неметаллические включения и нарушения сплошности. Часто нарушения сплошности в виде трещин слоистого разрушения в зоне осевой ликвации листов из непре-рывнолигых заготовок образуются у потребителя при сварке, огневой резке, рубке на ножницах, штамповке и гибке.
Согласно многочисленным (главным образом зарубежным) исследованиям исключить или уменьшить осевую химическую неоднородность и вероятность образования связанных с ней дефектов удается комплексом мероприятий, включающим повышение чистоты стали по неметаллическим включениям, например вне-печной обработкой, снижением температуры литья, точным регулированием зазора между роликами, вытягивающими заготовку из кристаллизатора, применением устройств для электромагнитного перемешивания затвердевающего расплава в слитке и др. К сожалению, в нашей стране этой проблеме пока не уделяется необходимого внимания.
В настоящее время разливка на машинах непрерывного литья заготовок производится главным образом для спокойных сталей, реже - для полуспокойных. Разливка ЭТИМ способом кипящих сталей затруднена образованием в слитках крупных газовых пор.
Химический состав стали - главная ее характеристика. Химический состав стали определяет ее марку. При этом содержание химических элементов для данной марки стали задается не дискретно, а некоторым интервалом, в пределах которого изменение химического состава не должно сопровождаться выведением свойств за границы гарантируемых уровней. Ширина интервала связана с возможностью сталеплавильного производства соблюдать заданную композицию.
Стали, в которых отсутствуют специальные добавки легирующих элементов или имеется лишь небольшое их количество, обусловленное технологией выплавки, называются углеродистыми. По содержанию углерода различают стали низкоуглеродистые (до 0,25 % С), среднеуглеродистые (0,3-0,6 % С) и высокоуглеродистые
(свыше 0,6 % С). Для сварных строительных металлоконструкции используют преимущественно стали с низким содержанием углерода. Они поставляются по ГОСТ 380-88*, ГОСТ 14637-89* и ГОСТ 27772-88*. В некоторых случаях используется углеродистая сталь по ГОСТ 1050-88*, главным образом, в виде труб.
Стали, в которые специально вводятся добавки легирующих элементов для обеспечения требуемых свойств, называются легированными. Они могут содержать один, два, три и более легирующих элемента. Так, различают марганцовистую, хромистую, кремнемарганцовистую, хромоникельмолибденовую и другие легированные стали.
Легированные стали с небольшим содержанием легирующих элементов, обычно в сумме не превышающим 2-3 % по массе, и с низким содержанием углерода, используемые в строительстве, машиностроении, судостроении для изготовления сварных металлоконструкций, вьщелены в особую группу, их называют низколегированными. Потребитель применяет эти стали, как правило, в состоянии поставки, т.е. без дополнительной термической обработки. Прокат низколегированных сталей для строительных металлоконструкций поставляется по ГОСТ 19281-89* (сортовой и фасонный), ГОСТ 19282-73* (листы и широкие полосы), ГОСТ 6713-91, ГОСТ 27772-88* и ряду технических условий.
Стали с общим содержанием легирующих элементов более 10 % по массе при содержании одного из элементов не менее 8 % называются высоколегированными. Они являются носителями особых свойств: коррозионной стойкости, жаростойкости, жаропрочности, хладостойкости при низких отрицательных (криогенных) температурах и др. Пх используют в строительных металлоконструкциях только для специальных целей. Эти стали поставляются по ГОСТ 5632-72* и специальным техническим условиям.
Состояние поставки является важным показателем качества, так как обычно в строительных конструкциях металлопрокат используется в том виде, в котором он выпускается металлургическими заводами. В большинстве случаев металлопрокат поставляется непосредственно после обычной горячей прокатки. В этом состоянии он редко обладает оптимальным сочетанием свойств. Возможна также поставка стали в термически обработанном состоянии, причем различают два основных вида термической обработки проката: нормализацию и термическое улучшение.
Нормализация - нагрев, до 890-950 °С с последующим охлаждением на воздухе измельчает микроструктуру и делает ее более однородной, повышает вязкость и пластичность. Термическое улучшение включает закалку - резкое охлаждение проката в воде или водяным душем после нагрева до 890-950 °С и отпуск - нагрев и вьщержка при 550-700 °С. Термическое улучшение существенно измельчает микроструктуру стали, повышает прочность и хладостойкость. Различают термическое улучшение с закалкой после специального нагрева (в камерной и методической печах) и с закалкой с использованием тепла прокатного нагрева.
В последнее время находит применение производство проката, при котором измельчение микроструктуры, повышение прочности и хладостойкости достигается непосредственно в процессе горячей деформации надлежащим выбором темпера-турно-деформационных режимов, уменьшением температуры конца прокатки и увеличением обжатий при этих пониженных температурах. Такой процесс носит название контролируемой прокатки [25].
Еще более благоприятный комплекс свойств прочности и хладостойкости удается получить с помощью технологии, в которой контролируемая прокатка сочетается с ускоренным охлаждением, близким к охлаждению при закалке при термическом улучшении. Этот технологический процесс называют термомеханической обработкой или высокотемпературной термомеханической обработкой.
Классы прочности и категория качества по хладостойкости. Как уже указывалось, в целях унификации применяемые в строительных металлоконструкциях стали по гарантированным значениям предела текучести и временного сопротивления разрыву разделены на семь основных уровней (классов) прочности (табл. 1.4) [2]. Сталь класса С 225 (о,, > 225 МПа) условно принято называть сталью нормальной прочности, трех следующих классов (От>285, > 325, > 390 МПа) - сталью повышенной прочности и остальных трех классов (От>440, > 590, >735 МПа) - сталью высокой прочности.
Таблица 1.4. Классы прочности и группы качества по хладостойкости проката
строительных сталей [2]
Условный
класс прочности
Прежнее обозначение
Механические свойства при растяжении
Температура, при которой гарантируется ударная вязкость КСи не менее 0,3 Мдж/м, для групп качества по хладостойкости
предел текучести, МПа
временное сопротивление, МПа
относительное удлинение,
не менее
С225
С38/23
Не гарантируется
С285
С44/29
С325
С46/33
С390
С52/40
С440
С60/45
С590
С70/60
С735
С85/75
Обычно первому классу прочности соответствует прокат углеродистой стали обыкновенного качества в горячекатаном состоянии, последующим классам прочности от второго до пятого - прокат низколегированной стали в горячекатаном или нормализованном состоянии, шестому и седьмому классам прочности - прокат ЭКОНОМНО легированной стали, поставляемой, как правило, в термоулучшен-ном состоянии. Однако возможно также получение проката второго и третьего классов путем термического и термомеханического упрочнения или контролируемой прокатки.
Наряду с требованием гарантированной прочности к строительным сталям предъявляется требование гарантированного сопротивления хрупкому разрушению (хладостойкости). Оно регламентируется показателями ударной вязкости при отрицательной температуре и при температуре плюс 20 °С после механического старения. Все строительные стали по хладостойкости условно можно разделить на три группы:
I - без гарантированной хладостойкости;
II - с гарантированной хладостойкостью для металлоконструкций, эксплуатируемых в обычных температурных условиях (расчетная температура не ниже минус 40 °С);
III - с гарантированной хладостойкостью, но для конструкций, эксплуатируемых при расчетной температуре ниже минус 40 °С («северное исполнение»).
В табл. 1.4 приведена температура испыганий, при которой должна быть гарантирована ударная вязкость стали каждой группы качества по хладостойкости. Ука-
