Файл: Жербин М.М. Высокопрочные строительные стали (характеристики, область применения, расчет и проектирование).pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 23.06.2024
Просмотров: 109
Скачиваний: 0
Так как в настоящее время отпала надобность при заказе стали специально оговаривать способ ее получения, то в новой редак ции СНиП П-В. 3—72 такая термически упрочненная сталь СтЗ обозначается СтТ и относится к классу прочности С44/29. Ранее термически упрочненная сталь СтЗТ выпускалась по ГОСТ 9458— 60 и ЧМТУ/ЦИИИЧМ 483—61. Механические свойства и хими ческий состав листов из стали марки СтТ (МСтТ и КСтТ) указа ны в табл. II. 2 и II. 3.
Т а б л и ц а II. 2
К'М,СМг
Толщина |
Ѵі , „V мМ> ат, кг:мм* 5й, проц. прн темпе |
листа, ли» |
|
|
ратуре |
|
-4 0 е С |
после ме Испытание на нзгнб ханическо в холодном состоянииго старе на 180°
ния
10 -25 |
44 |
30 |
16 |
3,0 |
d = 3 |
а |
26—40 |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
П р и м е ч а н и е : |
1. Нормы |
ударной |
вязкости для листов толщиной 26— |
40 мм устанавливаются особо в зависимости от назначения изготавливаемой
стали.
2. а, d — соответственно толщина листа и диаметр оправки. |
|
|
||||
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
II. 3 |
|
|
Содержание элементов, проц. |
|
|
|
||
|
|
Si |
|
|
|
|
Mn |
кипящая |
полуспокои- |
спокойная |
|
|
|
|
сталь |
пая сталь |
сталь |
|
|
|
0,09—0,22 0 ,4 0 -0 ,6 5 |
Не более |
0 ,0 5 -0 ,1 5 |
0,12—0,30 |
Не более Не |
более |
|
|
0,07 |
|
|
0,045 |
0,055 |
Сталь МСтЗТ применялась в ряде 'несущих металлических кон струкций, в том числе .на Норильской ГЭС-2, Солигорском ка лийном комбинате, а также других объектах.
В целом, несмотря «а повышение механических свойств стали СтТ и ее дешевизну (затраты на термообработку не превышают 10 руб. за 1 г), все же, по-видимому, перспективнее является термическое упрочнение более качественного металла (например,, низколегированных сталей).
§ 6. Термически упрочненные рядовые низколегированные стали с пределом текучести до 50 к г / м м 2
Стремление к повышению прочности сталей для сварных ме таллических конструкций вызвало интерес к термическому упроч нению существующих марок низколегированных сталей. Иссле дования показали, что наиболее эффективной является термиче-
31
ская обработка типа улучшения, состоящая из закалки в воде и высокого отпуска.
После закалки (при температуре 930°С) низколегированные стали приобретают весьма высокие прочностные характеристи ки: стпч =80—100 кг/мм2; <тг =60—80 кг/мм2. Однако пластичность стали резко падает и относительное удлинение составляет 65=
|
|
т |
500 600 W 0 |
Температура отпуска, |
Температура отпуска, |
Температура отпуска, |
|
град С |
град С |
|
град С |
О |
Ö |
|
6 |
Рис. II. 2. Механические характеристики низколегированных ста лей марок 09Г2 и 14Г2:
а — за в и си м о ст ь м ех ан и ч ески х х ар а к т е р и с т и к стал и
о тп у ск а |
п р и те м п е р а т у р е за к а л к и 900° С; б — то |
ж е |
си м о сть |
м ех ан и ч ески х х ар а к т е р и с т и к ст ал и 14Г2 |
о т |
09Г2 |
от те м п |
ер а т у р ы |
при |
950° С ; в |
— з а в и |
т е м п ер а т у р ы о тп у ск а;
= 4—6 %. В- таком виде сталь непригодна для металлических конструкций и нуждается в высоком отпуске, повышающем пла стичность и улучшающем свариваемость стали. При этом проч ность снижается незначительно и в большой степени за счет предела прочности. Общие прочностные характеристики терми чески упрочненной низколегированной стали во многом зависят от температуры отпуска (рис. II, 2) . Увеличение содержания угле рода повышает прочность закаленной и отпущенной стали, но снижает ее пластичность.
Ниже рассматриваются наиболее перспективные для термиче ского упрочнения марки низколегированных сталей.
Термически упрочненные стали 09Г2, 14Г2, и 10Г2СІ. Терми ческой обработкой можно повысить прочностные свойства сталей 09Г2, 14Г2, 10Г2СІ до класса С52/40, доведя минимальный от до
40, а апч |
до 55 кг/мм2 при минимальном 65, равном |
18%. Опти |
|
мальная |
температура закалки 900°С, |
отпуска — 620—650°С. |
|
Путем изменения режима термической |
обработки |
возможно |
32
дальнейшее увеличение прочностных характеристик указанных низколегированных сталей с одновременным снижением пластич ности. Однако предел текучести, равный 40 кг!мм2, по-видимому, является предельным для термического упрочнения сталей 09Г2, 14Г2, 10Г2СІ, так как при дальнейшем увеличении прочности этих марок за счет закалки на высокую прочность и среднего
отпуска |
получение |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
металла неразупроч- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
няемого |
под |
дейст |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
вием сварки, |
вслед |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
ствие |
отсутствия |
в |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
его составе карбидо |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
образующих элемен |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
тов, становится |
|
не |
|
|
|
|
т |
500 |
600 |
700 |
|||
возможным, и поэто |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
му упомянутые |
ста |
50 |
|
|
|
|
|
|
|
||||
ли при а > 40 кг/мм2 |
40 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
малопригодны |
|
для |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
изготовления |
|
свар |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
ных |
металлоконст |
20 |
|
|
|
|
|
|
|
||||
рукций. |
|
|
|
$ |
'"Ч |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
10 |
|
|
|
|
|
||||
В |
рассматривае |
|
|
|
|
|
|||||||
500 |
600 |
700 |
|
|
|
|
|||||||
мой группе наиболее |
4 00 |
|
|
|
|
||||||||
Температура отписка, |
|
|
|
|
|||||||||
перспективной |
мар |
|
гр а д е |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
а |
|
|
ö |
|
|
||||||
кой |
для |
термичес |
|
|
|
|
|
|
|||||
кого упрочнения |
яв |
Рис. II. 3. Механические характеристики терми |
|||||||||||
ляется сталь 10Г2СІ, |
чески |
упрочненной |
стали |
марки |
10Г2С1. |
||||||||
которая может быть |
а — зав и си м о ст ь м ех ан и ч е ск и х х ар а к т е р и с т и к о т |
т е м |
|||||||||||
п ер а ту р ы |
о тп у ск а п р и те м п е р а т у р е за к а л к и 900°С; |
б — |
|||||||||||
отнесена |
к |
классу |
то |
ж е при 950°С; |
I - |
2 -огт. |
|
|
|||||
С52/40. |
Механичес |
|
|
|
|
|
|
|
|
кие характеристики и ударная вязкость такой термически обра ботанной стали значительно выше горячекатаной (рис. II. 3). Термоупрочненная сталь 10Г2СІ с бт равным 40 кг/мм2 рекомен дована к применению в металлических конструкциях. Сварива ется сталь 10Г2СІ удовлетворительно. ,
Термически упрочненная сталь 15ХСНД. Для стали 15ХСНД после закалки и высокого отпуска можно, получить достаточно стабильные механические характеристики класса С60/45 в про кате больших толщин, а также низкую температуру порога хладноломкости, находящегося ниже —60°. При этом значитель но уменьшается чувствительность стали к механическому старе нию. После закалки листовая сталь 15ХСНД имеет очень высо кую прочность : öV, = 105—120; от =90 кг/мм2, при этом 05= 2,5 %. В таком виде использование стали 15ХСНД в конструкциях явля ется абсолютно невозможным. После высокого отпуска сталь 15ХСНД приобретает механические характеристики, соответству ющие классу С60/45, а именно: 0 ПЧ= 6О; сгт =45—50 кг/мм2\ Ö5> 14% и ап при —60°С>3 кгм/см2. С повышением температу-
3—1599 33
ры отпуска ан резко возрастает и при отпуске в 650°С составляет 7 кгм/см2 (при температуре испытания —60°С). Разупрочнение стали в классе С60/45 незначительное. Можно получить более прочную термически упрочненную сталь 15ХСНД с оу =60 кг!мм2 и выше, однако при этом разупрочняемость под термическим воз действием сварки будет большая. Поэтому класс прочности
|
|
60 |
00 |
20 |
0 |
20 |
00 |
60 |
|
|
О |
|
Температі/ра,град С |
|
|
||
|
|
|
|
6 |
|
|
|
|
Рис. II. 4. |
Механические характеристики |
термически упрочненной |
||||||
|
|
стали марки 15ХСНД: |
|
|
|
|
|
|
а — зав и с и м о ст ь п р оч н остн ы х х а р а к те р и с ти к от |
те м п ер а т у р ы |
отп у ска |
( / — |
|||||
а |
; 2 — о ^ ); б — за в и си м о ст ь д е ф о р м а т н в н ы х х ар а к т е р и с т и к о т те м п е р а т у |
|||||||
ры |
о тп у ск а; |
в — у д а р н а я в я зк о сть при р азл и ч н ы х |
т е м п е р а т у р а х отп у ска |
(3 —400°С; 4 —500°С; 5 — 600°С; 6 —650°С).
С60/45 и ограничивает практическое применение указанной стали для сварных металлических конструкций (рис. II. 4) *. Терми чески упрочненная сталь 15ХСНД класса С60/45 может быть ши роко применена в сварных металлических конструкциях.
Термически упрочненная сталь 15ГФ. Аналогичные механиче ские характеристики и свойства металла могут быть получены при термическом упрочнении ванадиевой стали 15ГФ, которая в термоупрочненном состоянии поставляется по ЧМТУ/ЦНИИЧМ 1423—65. В работе [9] рекомендуется оптимальный режим тер-
* Кафедра термической обработки металлов Днепропетровского металлур гического института.
• 34
мообработки стали 15ГФ: закалка от 930—940°С в воде и высокий отпуск при 630—650°С, при котором сталь приобретает следующие механические свойства: сгт> 50 кг/мм2, сгпч> -65 кг/мм2, 65> 14% и при —60°С а„= 7 кгм/см2 (рис. .II. 5). Фактические механиче ские свойства листов из термически упрочненной стали 15ГФ при толщине 14 и 16 мм и различном отпуске даны в табл. II. 4. Тер мически упрочненная сталь 15ГФ обла
дает хорошей свариваемостью, |
однако |
|
кгм /см г |
||||
может разупрочняться до 10%. |
|
|
|
|
|||
Вышесказанное показывает, |
что путем |
|
|
||||
термической обработки'стали |
15ГФ мож |
|
|
||||
но получить высококачественный и отно |
|
|
|||||
сительно дешевый металл |
для |
сварных |
|
|
|||
стальных конструкций сооружений и обо |
- 6 0 -4 0 |
- 7 0 |
|||||
рудования, не содержащий в своем соста |
Температура, град С |
||||||
ве дорогостоящих и дефицитных |
леги |
Рис. II. 5. Ударная вяз |
|||||
рующих элементов. Таким образом, хо |
|||||||
кость |
термоупрочненной |
||||||
тя термоупрочненная сталь |
15ГФ |
пока |
стали 15ХГФ. |
еще не внесена СНиП П-В. 3—72 в число рекомендуемых для применения, можно предположить, что пос
ле соответствующего промышленного опробования она сможет оказаться пригодной для широкого круга сварных металлических конструкций.
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
II. 4 |
|
Х им ический |
|
|
|
ат, кг/м м 1 |
|
кгм [см 3, |
п р и |
т е м |
состао (осн ов |
Т е м п ер ату р а |
о т |
°ПЧ’ |
г10, проц. |
п ературе* |
г р а д |
С |
|
ны е элем ен ты ), |
п у ска, г р а д |
С |
|
|
|
|||
прэи. |
|
|
к г/м м г |
|
|
+20 |
|
|
|
|
|
|
|
- 4 0 |
|||
|
|
|
|
|
|
|||
С - 0 ,1 7 ; |
■Горячекатан- |
54,2 |
38,4 |
|
|
5,6 |
||
Мп — 1,05; |
ное состояние |
2 0 ,1 |
1 0 , 0 |
|||||
V — 0,06; |
480—500 |
|
76,0 |
68,8 |
1 1 , 0 |
11,3 |
9,0 |
|
|
630—650 |
|
66 Д |
65,5 |
13,4 |
13,3 |
9,3 |
|
|
660—680 |
|
53,5 |
44,8- |
21,5 |
19,2 |
12,3 |
Термически упрочненная сталь 15Г2СФ. Сталь 15Г2СФ, .про шедшая термическое упрочнение, поставляется по ТУ 14—1— 64—71. По данным [9] закалка от 920—940°С и последующий отпуск при 650—660°С обеспечивают ей предел прочности не ни же 63, предел текучести не менее 51 кг/мм2, относительное удли нение б5>19% и ударную вязкость при —60°С 4 кгм/см2. Прак тически термически упрочненная сталь 15Г2СФ при сварке не разупрочняется. Нормализация -в меньшей степени улучшает ка чества указанной стали. Механические свойства листового тер мообработанного проката из стали 15Г2СФ мартеновской вы-" плавки представлены в табл. II. 5.
Однако, несмотря на реальную возможность получения предела текучести свыше 50 кг/мм2, СНиП П-В. 3—72 рекомен-
з* |
35 |