Файл: Жербин М.М. Высокопрочные строительные стали (характеристики, область применения, расчет и проектирование).pdf

Разработана Уральским научно-исследовательским институтом черных металлов совместно с Центральным ‘научно-исследова­ тельским институтом строительных конструкции (ЦНИИСК), УралпромстройНИИпроектом и Нижнетагильским металлурги­ ческим комбинатом. В настоящее время она является единствен­ ной сталью класса С52/40, не имеющей в своем составе 'высокодефицитных добавок. В горячекатаном состоянии при толщине до 32 мм, согласно техническим условиям 14—1—64—71, имеет предел текучести 40 кг/мм2, предел прочности — 56 кг/мм2, отно­

ниям. Так, предел выносливости листового проката из этой стали толщиной 32лш составляет *о-і >31,0 кг/мм2, при коэффициенте асимметрии р = 0,14 OO , H = 34,0—36,0 кг/мм2**. Сваривается сталь 15Г2СФ хорошо. При ручной сварке рекомендуются электроды с фторігстокальцневым покрытием и сердечником из электродной проволоки Св-10НМ; автоматической — флюс АН-348А и прово­ лока Св-08ХМФ; при полуавтоматической в среде углекислого газа — проволока С-В-08Г2С и режим сварки, обеспечивающей тепловложения 3400—5500 кал/см. Фактические механические

Сталь -15Г2СФ можно рекомендовать для широкого примене­ ния в сварных металлических конструкциях.

Сталь 15Г2СМФР — сложнолегированная и может поставлять­ ся как в горячекатаином (класс С70/60), так и в термообрабо­ танном (класс С85/75) состоянии. Подробные данные по этой стали приводятся в § 9 главы II.

*Данные УралНИИЧМ.

**Данные УралпромстройНИИпроекта и ЦНИИСКа им. Кучеренко.

27

Г л а в а II

ВЫСОКОПРОЧНЫЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ СТАЛИ ДЛЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИИ, ПОСТАВЛЯЕМЫЕ

ВТЕРМИЧЕСКИ ОБРАБОТАННОМ СОСТОЯНИИ

§4. Термическое упрочнение — способ повышения прочности строительных сталей

Повышение прочности строительных сталей путем обычного ле­ гирования ограничивается возможностью получения металла с максимальным пределом текучести около 40 кг/мм2. Однако современное развитие и масштабы изготовления сварных метал­ лических конструкций требует нахождения путей создания ста­ лей высокой прочности с пределом текучести 45—90 кг!мм7-. Хо­ рошо свариваемые стали высокой прочности в основном молено получить только путем термической обработки металла. В зару­ бежной практике имеются термически упрочненные строительные стали с пределом текучести до 100—ПО, а также сверхпрочные стали с пределом текучести до 175 кг/мм2. В машиностроении получены опытные стали с пределом прочности 250—350 кг/мм2.

Производство сталей высокой прочности для сварных метал­ лических конструкций в настоящее время сводится к получению металла с измельченной структурой путем термической обработ­ ки при минимальном легировании. Высокопрочный металл изго­ товляют различными путями. Так, низколегированные стали феррито-перлитной структуры существующих марок, обычно по­ ставляемые в горячекатанном состоянии, могут быть термически обработаны на более высокую прочность. Последняя пока огра­ ничивается классом С60/45.

В известных пределах путем термической обработки возможно повысить также прочность малоуглеродистой стали СтЗ. Но хо­ рошо свариваемый металл высокой прочности с пределом теку­ чести 60—90 кг/мм2 можно изготовить только путем специального легирования с соответствующей термической обоработкой. Такие стали обычно обладают бейнитной или мартенситной структурой и требуют дополнительного легирования молибденом, бором, ва­ надием и другими элементами, обеспечивающими прокаливаемость стали в толстых сечениях и необходимые высокие механи­ ческие характеристики после термической обработки.

Термической обработкой проката для получения мелкозерни­ стой структуры может быть закалка в воде и последующий от­ пуск (а также нормализация). Наиболее употребительным явля­ ется высокий отпуск, хотя может быть применен средний и даже низкий отпуск. Таким образом, одну и ту же сталь можно тер­ мически упрочнить на различную прочность за счет изменения

28

температуры отпуска: чем выше отпуск, тем прочность стали будет ниже, но пластические свойства лучше, и чем отпуск ниже, тем прочность стали выше, а пластические свойства хуже.

Наилучшие результаты получаются при высоком отпуске (т. е. при температуре 630—670°С), при котором сталь получает­ ся высокопрочной при достаточных пластических свойствах и удовлетворительном относительном удлинении..Весьма важно по­ лучение высокопрочного металла, не разупрочняемого под тер­ мическим влиянием сварки, что достигается специальным легированием карбидообразующими элементами. Степень разупрочняемости после сварки, у различных термически обработан­ ных сталей разная.

Вцелом термически.обработанный прокат после закалки и вы­ сокого отпуска, кроме достижения весьма высоких прочностных свойств, обладает достаточной пластичностью, удовлетворитель­ ной свариваемостью, весьма низким порогом хладноломкости. Чувствительность такой термически упрочненной стали к хрупко­ му разрушению и старению значительно снижена. Таким образом, соответствующее легирование и термическая обработка дают возможность получить высокопрочный и высококачественный ме­ талл, пригодный для широкого применения в сварных метал­ лических конструкциях [11, 12].

Впоследние годы высокопрочный металл также получают при введении в жидкую сталь азота и нитридообразующих элемен­ тов: алюминия, ванадия, титана, циркония и берилия. В этом случае азот из вредной примеси превращается в легирующий элемент. Такое субмикроскопическое включение нитридов сильно измельчает структуру стали и повышает ее механические свой­ ства. В .нашей стране созданы марки сталей повышенной проч­ ности с нитридным упрочнением, имеющие пределы текучести <тх =404-45 кг/мм2. В Японии применяется нитридное упрочнение при выплавке высокопрочной стали типа Welten-IOON с пре­ делом текучести оу = 90 кг!мм2.

§ 5. Термическое упрочнение углеродистой стали СтЗ

Путем термического упрочнения можно улучшить качество и повысить прочность углеродистой стали СтЗ. В связи с этим рядом авторов и организаций (ЦНИИЧМ, ЦНИИПроектстальконструкция, Днепропетровский институт черной металлургии, ДИСИ и др.) были проведены и в настоящее время продолжают­ ся исследования с целью изучения свойств и свариваемости тер­ мически упрочненной стали СтЗ, а также выбора оптимального режима ее термической обработки [3, 4].

Наиболее оптимальной температурой закалки является 900— 930°С. Для повышения пластических свойств металла после за­ калки необходим отпуск при температуре 500—600°С. Структура СтЗ после закалки феррито-перлитная. Наиболее реальные меха­

29

нические характеристики такой стали: зт =304-32 кг/м2 оп.і = 444- 4-48 кг/мм2; ö3= 184-22%; они во многом зависят от содержания в стали углерода, которое должно быть меньшим, технологии тер­

увеличении-прочности стали.

Термически упрочненная листовая сталь СтЗ поставляется по ГОСТ 14637—69 и обозначается по нем в зависимости от способа

П р и м е ч а н и е : Обозначения классов прежние.

30