Низколегированные стали, применяемые в настоящее время

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Низколегированные стали, применяемые в настоящее время

низколегированный марка сталь мостостроение

Сталь марки 09Г2 является одной из широко распространенных марок низколегированной стали, применяемой в современном вагоно- и мостостроении. Вариант этой марки с медью, известный од маркой 09Г2ДТ (или М), используется также в машиностроении и котлостроении. Гарантируемые механические свойства листовой стали при испытании образцов, вырезанных поперек направления прокатки, согласно техническим условиям №ЧМТУ 10183, следующие: <30 кГ/мм²; у_в>45 кГ/мм²; д₁₀<18%; ш>45%; а при температуре испытания -40°>3,0 кГм/см2. Загиб широкой пробы на фавке d=2a на угол до 120° не должен давать надрывов и трещин, а загиб на угол до 180° - поломок. Ширина проб должна быть 100 мм для листов толщиной 4-15 мм и 150 мм для листов толщиной 16-32 мм. В изломе образцов с надрезом, испытанных при 20°, должно быть не менее 65% волокна (для листов толщиной 10 мм и выше).

По данным С.С. Канфора, опыт производства и поставки стали 09Г2 для судостроения показал, что в листах толщиной 20 мм и выше эта сталь нуждается в термической обработке, поскольку испытание ударной вязкости при температуре-40° часто дает неудовлетворительцые результаты. Он отмечает также, что поверхность листов стали 09Г2 гораздо легче очищается от окалины, чем листы хромо - медесодержащей стали [25]. Однако это преимущество стали марки 09Г2 превращается в недостаток, если / рассматривать его как косвенное свидетельство меньшей коррозионной стойкости в сравнении с отмеченными марками стали.

Стали марок 09Г2ДТ (она же М) и МК являются улучшенными вариантами стали 09Г2. Сталь марки М успешно применялась для изготовления аппаратуры и сосудов, работающих «под давлением при температуре от-70 до+450°, элементов паровух котлов, нефтяного оборудования, а в последние годы также в качестве корпусной стали с пределом текучести >30 кГ/мм². Такое же применение имеет сталь марки МК, отличающаяся от марки М более высоким содержанием кремния: 0,8-1,1% в марке МК (10Г2СД) и 0,4-0,7% в марке М.

Всесторонние испытания стали марки МК, позволили рекомендовать ее для применения в судостроении с ау.> >35,0 кГ/мм² взамен стали марки СХЛ-1. Хорошая оценка стали марки М была дана также в работе ВНИИ железнодорожного транспорта и, в частности, Н.П. Щаповым, отметившим, что из исследованных низколегированных сталей лучшие результаты были получены для стали заводской марки М*, которая обладает более высокими значениями ударной вязкости, низкой температурой перехода в хрупкое состояние, меньшей склонностью к старению и меньшей чувствительностью к концентрации напряжений. Хорошая оценка свариваемости стали марок М и МК дана в заключениях ряда специализированных институтов и организаций. При этом, согласно исследованиям М.М. Крайчика, сталь марки М в соединениях, выполненных автоматической сваркой на обычных режимах. Проволокой из стали Св-08, обладает большей надежностью против хрупкого разрушения, чем сталь марки МК и 15ГС, что объясняется более высоким содержанием в двух последних кремния.

Для судостроения сталь марок М и МК поставляется согласно техническим условиям, приводимым в табл. 24, Согласно техническим условиям ЧМТУ 157, сталь марки 09Г2ДТ(М), выплавленная с применением улучшенной технологии раскисления стали алюминием и титаном, должна в состоянии поставки обеспечивать в листах следующие минимальные значения свойств (табл. 25).

Б.И. Беляев, В.А. Балдин и П.И. Соколовский предложили две новые марки стали: 10Г2СД и 10Г2С, являющиеся своеобразными «гибридами» марок стали 09Г2 и 15ГС. По данным этих исследователей, обе марки стали легко свариваются и обладают не только повышенными прочностными свойствами, но и пониженным порогом хладноломкости и поэтому они рекомендуются для ответственных металлоконструкций, работающих при низких температурах и испытывающих повышенные динамические нагрузки. Средние значения свойств этих сталей приведены в табл. 26.

Стали марок 14Г2 и 15ГС (14 ГС) имеют более высокое содержание углерода и потому несколько более чувствительны к условиям сварки. Обе эти марки приняты для изготовления металлоконструкций промышленных сооружений, а также применяются в автостроении: 14Г2 для штампуемых из листа поперечин буксирного узлагрузовых машин автомобилей ЗИЛ, а 15ГС для кузовов автосамосвалов МАЗ.

Механические свойства обеих марок стали в случае, если они не подвергаются сварке, могут быть повышены закалкой (сталь 14Г2-в воде, а сталь 15ГС - в масле) до следующих значений: сталь 14Г2 -у_т>60 кг/мм²; у_в>70 кг/мм; д>12%; ш>50%; сталь 15ГС у_т>70 кг/мм²; у_в>80 кг/мм2; д10%; ш>45%.

Сталь типа 14Г2 получила широкое распространение не только в СССР, но и в промышленности многих социалистических стран. В табл. 27 и 28 приводятся химический состав и механические свойства стали этого типа, согласно стандартам ГДР, Румынии, Китая и Польши.

Стали марок 19ХСНД (СХЛЧ) и 15 ХСНД (СХЛ1, НЛ2). Стали марок 19ХСНД и 15ХСНД являются одними из первых низколегированных марок повышенной прочности, производство их было начато еще в довоенныэ годы. Отработка состава и свойств обеих марок стали, предпринятые Н.А. Минкевичем, А.Е. Хлебниковым и др., была завершена затем в цехах и лабораториях заводов.

Характеристики прочности и пластичности обеспечиваются только при превращении аустенита в бейнитном интервале, возмож ном у данной стали лишь в узком интервале скоростей охлаждения». При замедленном охлаждений (порядка 97 мин.) происходит перлитное превращение и не достигается требуемая прочность, а при быстром охлаждений (4007 мин.) происходит мартенситное превращение и наряду с высокими значениями прочности получаются пониженные значения пластичности.

Будучи комплекснолегированными (хромом, никелем, кремнием медью), обе эти марки отвечают наивысшим требованиям ГОСТ 5058-57 по значению предела текучести (>35 кГ/мм2 для стали 15ХСНД и >40 кГ/мм2 для стали 19ХСНД). Сталь НЛ2 (15ХСНД) нашла широкое распространение не только в мостостроении, но и в промышленном строительстве. Так, например, из стали НЛ2 были изготовлены металлоконструкции гидротехнических сооружений для Куйбышевской ГЭС, перекрытия больших промышленных зданий, рудные краны-перегружатели и пр. Из этой же стали была сооружена бетоновозная эстакада Братской ГЭС. Сталь 10ХСНД(СХЛ4) нашла широкое распространение в судостроении. Учитывая наличие в составе этих марок стали меди, назначение их на строительные конструкции ответственного назначения допускается только по специальному разрешению.

Арматурные стали марок 18Г2С, 25Г2С и 30ХГ2С широко применяются при изготовлении сварных арматурных каркасов железобетонных сооружений: промышленных, гражданских и гидротехнических. В большинстве случаев к железобетонным конструкциям предъявляются требования в основном статической прочности, что и позволило пойти по пути применения сталей высокой прочности с более высоким содержанием углерода. Этому благоприятствовало также то, что сварка арматурных сталей производится в стык. Поставляются эти стали в виде проката периодического профиля. Вместе с тем, эти марки стали имеют существенные недостатки. Так, сталь марки 30ХГ2С характеризуется значительной неоднородностью механических свойств, а в сечениях более 20 мм частыми выпадами в значениях прочности и пластичности. Изучение причин неоднородности и нестабильности свойств стали 30Х2ГС, выполненное в ЦНИИЧМ, показало, что требуемые характеристики прочности и пластичности обеспечиваются только при превращении аустенита в бейнитном интервале, возможном в данной стали только в узком интервале скоростей охлаждения. При замедлении превращения (около 9 ⁰/мин) происходит перлитное превращение и не достигается требуемая прочность, а при быстром охлаждении (400⁰/мин) происходит мартенситное превращение и наряду с повышенными прочностными свойствами получают понижение свойств пластичности. В связи с тем, что неоднородность и нестабильность свойств стали 30Х2ГС вызывается особенностями превращения переохлажденного аустенита, А.П. Гуляев и его сотрудники предложили новую марку стали 65ГС следующего состава: С=0,6-0,7%; Мп-, =1,04-1,3%; Si = l, 04-1,3%.

Сталь 65ГС менее чувствительна к концентрации напряжений, чем сталь 30ХГ2С. Предложенная ими сталь марки 65ГС по своему составу вполне отвечает арматурной стали марки Ст. 65SiMn5, принятой в практике германии и имеющей следующий марочный состав: С=0,58-; - 0,67%; Мп= = 1,0-1,2%; Si =0,9-1,2%. Эта марка стали поставляется по трем категориям прочности и в том числе: у_т>60 кг/мм2 и >70 кг/мм2 и у_в=90-115 кг/мм2 и 105-140 кг/мм2 соответственно.

в последнее время взамен стали марки 25Г2С были предложены новые марки 35ГС и 28ГС2.

Пути дальнейшего совершенствования низколегированных сталей

У низколегированных строительных сталей повьшенной и высокой прочности большое будущее. Наряду с количественным ростом потребления низколегированных сталей к ним будут предъявляться все возрастающие требования по всем оказателям механических свойств и на все увеличивающихся сечениях проката. Отсюда вытекает задача своевременно подготовиться к удовлетворению требований будущего, правильно наметить пути повышения свойств низколегированных сталей. Не претендуя на исчерпывающую полноту определения этих путей, можно редставить их в следующем:

а) в термическом упрочнении ныне существующих марок сталейли их модификаций;

б) в создании новых марок сталей на бейнитной (или мартен - ;ітной) основе, легированных Мп, Сг, Мо (или W), В и V;

в) в применении дисперсионно твердеющих сталей;

г) в совмещении операции прокатки низколегированной стали с ее термической обработкой, т.е. в применении термомеханичекой обработки;,

д) в упрочнени сталей холодным деформированием.

Вероятно применение комбинированных методов, например, холодного деформирования (или термомеханической обработки) к сталям принципиально новых композиций. Некоторые из этих методов уже реализуются в промышленности. Так, например, упрочнение стали наклепом частично уже используется в экспандированных трубах для магистральных рубопроводов, а также в производстве предварительно напряженого железобетона.

Не требует особых доказательств высокая эффективность применения к низколегированным сталям и даже к простой углеродистой стали марки Ст. 3 термической обработки, особенно при назначении проката на изделия, не подвергающиеся сварке и поэтому не испытывающие разупрочнения в зоне сварного шва. Для удовлетворения потребности в термоупрочненных сталях, подвергаемых сварке, возникает задача изыскания новых композиций стали и новых процессов ее сварки, обеспечивающих минимальное разупрочнение (или наоборот дополнительное упрочнение в зонах термического влияния сварного шва. Вероятно, что дисперсионно твердеющие стали могут оказаться наиболее под ходящими.

Высокопрочные сложнолегированные строительные стали, в том числе стали с бейнитной структурой широко используются в практике США, Англии и Италии. Из числа таких сталей следует специально остановиться на сталях типа Fortiweld, характерной особенностью которых является относительно высокая их легированность хромом и марганцем, в отдельных марках-никелем при низком содержании углерода и обязательном микролегировании бором. В зависимости от сечения и требований, предъявляемых к прочностным свойствам, имеется несколько марок этого класса сталей, отличающихся друг от друга степенью легированности. Оптимальной термидеской обработкой этих сталей является или нормализация при 930-980°, или субкритический отжиг при температуре 700°. Стали эти «характеризуются отсутствием трещин при сварке металла различной толщины и разнообразными типами электродов. Только при сварке из этой стали особо ответственных деталей больших сечений с острыми углами переходов применяются меры предосторожности: предварительный подогрев, специальные электроды и пр. Сталь типа Fortiweld применяется для деталей газовых турбин, мостов, кранов, сосудов высокого давления, топливных баков и многих других конструкций.

О некоторых особенностях применения низколегированных сталей

Высокая или повышенная прочность любой легированной стали в образцах еще не гарантирует соответственного повышения прочности изготовленкых из нее конструкций, поскольку их работоспособность иногда определяется не статической прочностью п даже не хладнопрочностью, а вибрационной прочностью, масштабным фактором, величиной внутренних напряжений, возникающих при сварке, наличием и характером концентраторов напряжений. Подробное рассмотрение этих вопросов далеко выходит за рамки настоящей работы.

Вибрационная прочность. Общим недостатком низколегированных сталей является повышенная их чувствительность к концентрации_напряжений. Это сближает значения реальной выносливoсти этих сталей с простой углеродистой. Особенно отчетливо это наблюдается в сварных__конструкциях. Для «изыскания мер повышения вибрационной прочности низколегированных сталей было проведено много исследований, в результате которых разработаны некоторые рекомендации и мероприятия. Эти мероприятия сводятся к обеспечению плавного перехода шва к основному металлу в процессе сварки, к механической обработке швов после сварки, к устранению растягивающих напряжений, возникающих в шве или околошовной зоне путем применения поверхностных методов упрочнения: дробеструйного наклепа, чеканки и пр.

В литературе отмечается, что созданием плавного очертания шва в процессе сварки или механической обработки после сварки можно повысить вибрационную прочность сварного соединения до уровня основного металла. Однако и в этом случае отношение вибрационной прочности низкoлeгиpoвaннoй стали к простой углеродистой остается ниже отношения их пределов текучести

Таким образом, применение низколегированных строительных сталей является оправданным именно для конструкций или для ее элементов. Не подвергаемых в условиях эксплуатации значительным циклическим нагрузкам.

С увеличением жесткости напряженного состояния сварного соединения усталостная прочность его для низколегированной стали может быть ниже, чем при использовании углеродистой стали, и отсюда целесообразность применения в особо ответственных сооружениях (для корпусов кораблей и пр.) не прочнозамкнутых сваркой контуров, а прерывистых, барьерноклепаных, разрезных.

Важность конструкционных решений в проблеме прочности сварных соединений может быть продемонстрирована на опыте эксплуатации судов тала «Либерти» и «Виктори». Для судов этих двух типов применялась примерно одна и та же сталь, но в судах типа «Либерти» за период эксплуатации в 2000 пароходо-лет было отмечено 224 случая растрескивания, в то время как на судах типа «Зиктори» - всего ОДИН случай. Причина столь различной службы судов в основном состояла в том, что на судах типа «Либерти» в конструкции люковых вырезов имелись острые углы, тогда как на судах типа «Виктори» они отсутствовали.

Изучая условия проявления вредного влияния остаточных напряжений на выносливость сварных конструкций, К.П. Большаков пришел к выводу о высокой эффективности применения для некоторых конструктивных узлов местной механической обработки. Такая обработка, устраняя наличие местной концентрации рабочих напряжений, одновременно устраняет и вредное влияние местной концентрации рабочих напряжений, одновременно устраняет влияние «местной» концентрации остаточных напряжений

Модуль упругости. Модуль упругости низколегированных сталей практически не отличается от модуля упругости углеродистой стали. Эта особенность заставляет снижать вес соответствующих конструкций в несколько меньшей степени. Чем того можно было бы ожидать, исходя из возрастания прочности низколегированной стали по сравнению с прочтой углеродистой. Кроме того для получения необходимой жесткости и устойчивости облегченных сужений рекомендуется применение разветвленных, трубчатых конструкций, а также приварка ребер жесткости. Последний прием упрочнения может применяться, однако, далеко не всегда. Так, например, приварка ребер жесткости к растянутым поясам двухтавровых балок не повышает, а снижает их выносливость.

Размещено на Allbest.ru