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

Исследования института электросварки им. Е. О. Патона АН УССР показали, что выплавленная опытная сталь 18Г2АФпс весьма стойка против зарождения хрупких трещин и по сопро­ тивляемости распространению их равноценна стали марки 09Г2С. Свариваемость стали 18Г2АФпс удовлетворительна.

В целом ее -можно отнести к перспективным для широкого применения в сварных металлических конструкциях.

Следующая группа сталей с нитридным упрочнением не вошла в число рекомендованных СНиП П-В. 3—72 для применения в металлических конструкциях. Однако некоторые марки уже были использованы в конструкциях, а некоторые запланированы для применения, а поэтому и представляют практический интерес.

Сталь 15Г2АФ разработана Уральским институтом черных ме­ таллов, обладает механическими характеристиками, аналогич­ ными стали 16Г2АФ (класса С60/45). Производство ее освоено Нижнетагильским металлургическим заводом, где к 1970 г. было выплавлено более 4000 т. Из стали 15Г2АФ изготовлены трубы диаметром 1020 мм для газопроводов. После нормализации ме­ ханические свойства листового проката толщиной до 20 мм сле­

15Г2АФДпс является новой, она намечена к применению на Се­ верном мостовом переходе через реку Днепр в Киеве (см. § 23) и в дальнейшем может представлять практический интерес. Сталь относится к классу прочности С52/40 и выпускается в соответ­ ствии с ТУ 14—1—91—71. Химический состав стали 15Г2АФДпо по ковшевой пробе должен соответствовать нормам, указанным в табл. II. 7.

Сталь выпускается в нормализованном состоянии и после тер­ мообработки должна обладать следующими механическими свой­

Сталь 15Г2АФДпс должна допускать изгиб в холодном состо­ янии на 180° при оправке, равной двум толщинам листового про­ ката, без видимых трещин и надрывов.

Сталь 18Г2АФ предложенаЦНИИЧерметом и' может выплав­ ляться по техническим условиям ЧМТУ/ЦНИИЧМ 1235—69. От­ носится к классу прочности С60/45 и обладает техническими свой­ ствами, аналогичными сталям 16Г2АФ и 15Г2АФ.

Стали 16Г2АТ и 16Г2АЮ принадлежат также к сталям класса С60/45 с механическими характеристиками, аналогичными стали 16Г2АФ. В практике эти стали пока еще не применяются. Наибо­ лее перспективной, видимо, следует считать сталь 16Г2АЮ.

Стали 17ХГ2САФ и 17ХГ2САФР. ЦНИИЧерметом была пред­ ложена термически упрочненная сталь для сварных металли­ ческих конструкций марок 17ХГ2САФ и 17ХГ2САФР. Опытная

40

■партия изготовлена Коммунарским металлургическим заводом по техническим условиям ТУ 28—69. Указанные стали относятся также к сталям с нитридным упрочнением, однако по прочности несколько превышают стали 15Г2АФ и 16Г2АФ. Химический со­ став сталей представлен в табл. II. 10.

Гарантированные механические характеристики указанных ста­ лей должны быть не ниже следующих: опч — 70, сгт — 55 кг/мм2, 05>14% и а н при —40°С — 4 кгм/см2. Стали 17ХГ2САФ и 17ХГ2САФР удовлетворительно свариваются. Из опытной плавки были изготовлены сварные четырехстенчатые балки перекрытий механизированных крепей для угольных шахт. Исследование го­ тового листового проката показало, что фактическая прочность указанных сталей может быть несколько ниже нормативной. До массового применения в сварных конструкциях стали 17ХГ2САФ и 17ХГ2САФР должны быть всесторонне исследо­ ваны.

§ 8. Специально легированные термически упрочненные стали высокой прочности с пределом текучести 60 кг/мм2 и выше

(с бейнитной или мартенситной структурой)

Наиболее перспективными для применения в сварных метал­ лических конструкциях крупных инженерных сооружений и тя­ жело нагруженных несущих конструкций оборудования являются новые термически упрочненные специально легированные стали высокой прочности с пределом текучести 60—90 кг/мм2. Примене­ ние таких сталей позволяет коренным образом уменьшить затра­ ты металла и вес металлических конструкций, а также обеспе­ чить надежность эксплуатации и долговечность их службы.

Термически упрочненные стали с пределом текучести свыше 60 кг/мм2 помимо высокой прочности отличаются повышенной стойкостью против хрупкого разрушения, обладают высокими значениями ударной вязкости, весьма низким порогом хладно­ ломкости, большой пластичностью и вязкостью. Важное качество специально легированной термически упрочненной стали состоит в ее малой разупрочняемости под термическим воздействием сварки, что отличает ее от термически упрочненных малоугле­ родистых или рядовых низколегированных сталей, степень раз­ упрочнения которых высока. Так, по данным [16] при упрочне­ нии низколегированных сталей 15ГС, 14Г2 и 14ХГС до класса прочности С70/60 степень разупрочняемости составляет 27— 34,5%. Стали с пределом текучести свыше 60 кг!мм2, легирован­ ные на базе 0,15—0,5% молибдена +0,003 бора стойки против разупрочнения и. могут применяться в любых видах сварных стальных конструкций. Таким образом, получение высокопрочно­ го металла с 04= 60+90 кг/мм2 требуют специального комплекс­ ного легирования и проведения термической обработки — закал­ ки в воду от 930°С и высокого отпуска с температурой 630-—

41

42

670°С или нормализации. Структура сталей обычно бейнитная или мартенситная при малом содержании углерода. Такие стали, легированные хромом, ванадием, молибденом, кремнием и бором, наряду с высокой прочностью, обладают хорошей вязкостью и свариваемостью и практически под действием сварки не разупрочняются.

В Советском Союзе начат выпуск экономно легированных тер­ мически упрочненных сталей высокой прочности с гарантирован­ ным пределом текучести 60—75 кг/мм2. Большинство из приведен­ ных во.«Временных указаниях СН—347—66 (ныне отмененными в связи с новой редакцией СНиП П-В. 3—72) марок являются обычными низколегированными сталями феррито-перлитной

стали 15ГФ, 14Г2; класс С60Р — стали 14ХГС, 15Г2СФ и класс С75Р — сталь 14ГСФР). Наиболее перспективные из указанных сталей были описаны в предыдущем параграфе настоящей рабо­ ты (здесь обозначение классов принято по СН—347—66).

В настоящее время значительный интерес представляют специ­ ально легированные стали высокой прочности с пределом теку­ чести свыше 60 кг/мм2 и обладающие бейнитной или мартенсит­ ной структурой. Не все из приведенных СН—347—66 отечествен­ ных высокопрочных сталей с бейнитной структурой и пределом текучести от 60 кг/мм2 и выше еще достаточно исследованы и могут быть рекомендованы к широкому применению в сварных ме­ таллических конструкциях. С другой стороны, за последние годы появились новые марки высокопрочных сталей, уже применяемые в практике. Поэтому ниже будут рассмотрены только наиболее перспективные отечественные марки сталей высокой прочности, которые можно рекомендовать к практическому применению в сварных металлических конструкциях.

Стали 12Г2СМФ и 12ХГ2СМФ. Бейнитные стали 12Г2СМФ и 12ХГ2СМФ разработаны и исследованы в институте ЦНИИЧМ и ЦНИИПроектстальконструкция. Сталь 12Г2СМФ относится к классу прочности С70/60, 12ХГ2СМФ — к С85/75. Указанные ста­ ли выплавлялись несколько раз, в том числе опытная плавка стали 12Г2СМФ была осуществлена в 1969 г. на Орско-Халилов- ском металлургическом комбинате по техническим условиям ЧМТУ—1—644—69. Проведенные исследования показали, что сталь обладает высокими механическими свойствами, пластич­ ностью, имеет хорошую сопротивляемость хрупким разруше­ ниям. Так, у стали 12Г2СМФ ÖV= 654-80, сгпч =75-1-90 кг/мм2, 65=184-22%, а относительное сужение 59—73%. При испытании плоских образцов на холодный изгиб на 180° по ОСТ 1683 при диаметре оправки, равном двум толщинам образца, трещин и надрывов на растянутой поверхности не наблюдалось. Нижняя температура хрупкости у стали 12Г2СМФ расположена в интерва-

43

ле минус 80—110°С, условный порог хладноломкости (при а = 2 кгм/см2) — минус 70—110°С. При температуре —40°С удар­

ная вязкость составляет 4—10 кгм/см2. Сваривается сталь 12Г2СМФ хорошо, практически не разупрочняясь. Все сказанное позволяет предположить возможность широкого применения ста­ ли 12Г2СМФ в сварных металлических конструкциях.

Сталь 12ХГ2СМФ обладает более высокой прочностью, но разупрочняется больше. Очевидно, эта сталь перед широким исполь­ зованием в конструкциях должна быть дополнительно исследо­

вана.

Химический состав указанных сталей представлен в табл. II. 11, основные механические свойства в табл. II. 12.

Как видно, в указанных сталях содержание молибдена по сравнению с обычными бейнитными понижено до 0,16—0,25% (обычно 0,5%), что несколько уменьшает их стоимость.

СНиП ІІ-В.З—72 для применения в металлических конструк­ циях рекомендует сталь 12Г2СМФ в классе прочности С70/60 с поставкой по ЧМТУ 1—45—61 и ЧМТУ 1—644—69 толщиной 10—32 мм.

Сталь 14ГСМФР. В классе С70/60 для применения в металличе­ ских конструкциях СНиП П-В. 3—72 рекомендует термоупрочнен- ' ную сталь 14ГСМФР с поставкой по ЧМТУ 1—45—67 толщиной 4—40 мм. Это одна из более дешевых марок сталей в классе

15ХГ2СФР в горячекатанном состоянии близки стали 15Г2СФ.

і