Соколовский П.И. Арматурные стали

Подождите немного. Документ загружается.

Разработанный

метод

определения

склонности

стали

хруп

ким

разрушениям

на

стандартных

обраэцах

надрезом

типа

Менаже

не

позволяет

все

же

точно

установить,

будет

ли

полу

ченная

критическая

температура

хрупкости

соотвегстеовать

ус

ловиям

разрушения

арматурных

стержней,

так

как

применяе

мых

стандартных

образцах

отсутсгвует

соответствие

размерам

условиям

работы

элемента,

находящегося

реальной

КОНСТ

рукции,

Образцы

имеют

условный

надрез,

не

отвечающий

кон

центраторам

напряжений,

имеющимся

конструкциях,

этой

целью

был

предложен

нестандартный

образец

котором

со

хранены

профиль

арматурного

стержня

присущие

ему

особен

ности,

влияющие

на

его

работу

при

динамичесюих

нагрузках.

го'

Р'И'с.

34.

Образец

ЦНlИГLС

Радиус

надреза

установлен

экспериментальным

ПУ1'ем.

глу

бина

надреза

выбрана

такой,

чтобы

при

развиваемой

макси

мальной

энергии

удара при

испытании

на

копрах

мощностью

кгм,

образец

разрушился.

Для'

сохранения

поверхностного

слоя

образце

вместо

кругового

надреза

установлены

лва

сим

метричных

боковых

надреза,

расположенных

при

испытании

на

изгиб

плоскости

удара

(рис.

34).

Следовательно,

для

опре

деления

аавиоимости

величины

ударной

вязкосги

арматурной

стали

от

температуры

приняты

два

типаобразцов:

один

стан

дартный

надрезом

типа

Менаже,

ПОЗ1ВОЛЯЮЩИЙ

установить

сравнительную

склонность

различных

арматурных

сталей

хрупкому

разрушению,

другой

типа

ЦНИПС,

более

прибли

жающийся

натурным

арматурным

стержням.

'При

сравнении

различных

арматурных

сталей

по

их

СОПР1О

гивляемости

хрупкому

разрушению

был

разобран

ряд

факторов:

способ

выплавки

степень

раскисления

стали.

место

от

бора

пробы

по

горизонтам

слитка;

химический

состав;

со

стояние

стали;

сварка

«ожоги».

Образец

ЦНИИПС

предложен

Кочетовым

А.

и.

Фроловым

с.

А.

Фзр

'о

0,8

с.

А.

Автореферат

«Прочностъ

сварных

соединений

армату

ры

~ИЗ

бессемеровской

стали»,

М,ВТУ,

М.,

1956.

130

ВЛИЯНИЕ

СПОСО&А

ВЫПnАВКИ

ет

АnИ

СТЕПЕНИ

РАСКИСЛЕНИЯ

НА

СКЛОННОСТЬ

СТАЛИ

хрупкому

РАЗРУШЕНИЮ

Способ

выплавки

стали

ааметнымобразом

влияет

на

ее

МР

ханические

свойства;

особенно

резко

это

проявляется

при

опре

делении

ударной

вязкости.

Установлено,

что

стержни

из

бессе

меровской

стали

35ГС

обладают

повышенной

склонностью

хрупким

разрушениям

по

сравнению

со

стержнями

из

этой

ста

ли

мартеновского

производства

(рис.

35,

а,

б).

Большая

склонность

бессемеровской

стали

ХРУПКИМ

раз

рушениям

объясняется

наличием

ней

повышенного

содержа

ния

азота,

серы

фосфора.

Еще

больше

влияет

на

склонность

хрупкому

разрушению

степень

раскисления

стали.

Сравнение

зависимости

ударной

вязкости

стержней

из

стали

марки

Ст.5

спокойной

иСт.

полуспокойной

от

температуры

показало,

что

спокойная

сталь

марки

Ст.5

большей

степенью

раскисления

менее

склонна

хрупкому

разрушению

(рис.

36,

а,

б).

По-види

м-ому,

повышенная

хрупкость

полуспокойной

стали

может

быть

объяснена

наличием

слитке

усадочной

рыхлости,

З'

также

мик

ронесплошностей,

Значительную

роль

при

установлении

склонности

стали

хрупкому

разрушению

занимает

место

отбора

пробы

из

слитка,

Температура

порога

хладноломкости

стержней

из

'головной

ча

сти

слитка

обычно

на

10-20°

ниже,

чем

стержней

из

сред

ней

донной

части

слитка.

При

этом

место

расположения

стерж

ней

слитке

больше

сказыеается

на

пониженин

ударной

вязко

сти

стали

бессемеровского

проиэводства,

или

меньшей

сте

пенью

раскисленности

(полуспокойная

сталь).

полуспокойной

стали

марки

Ст.5

величина

уда'РНОЙ

вязкости

по

высоте

слитка

неоднородна;

резкое

снижение

ударной

вязкости

пониженнем

температуры

наблюдается

части

слитка,

расположенной

на

расстоянии

15-300/0

от

головной,

т.

е.

месте

расположения

усадочной

рыхлости.

ВЛИЯНИЕ

ХИМИЧЕСКОГО

СОСТАВА

НА

СКЛОННОСТЬ

СТАЛИ

ХРУПКОМУ

РАЗРУШЕНИЮ

Рассмотрим

влияние

отдельных

химических

элементов

на

склонность

г-орячекатаной

арматурной

стали

хрупкому

разру

шению.

Увеличение

содержания

углерода

стали

повышает

кри

тическую

.температуру

хрупкости

ряде

исследований

{78-80

др.]

показано,

что

углерод

большей

степени

по

сравнению

другими

элементами

понижает

ударную

вязкость

при

данной

гемпературе

испытания.

Отрнцагельиое

действие

повышенного

содержания

углерода

на

склонность.

стали

хрупкому

разру

шению

приведено

на

рис.

37.

Понижение

ударной

вязкости

'С

9* 131

•

/~.

•

~,.

•

8fe

ft~

•

'811I

jjI

:И~

·~It

е.

•

I"'W

tI •

•

21-------4

.......

--4----J---~

1t--------<

......

----+----+--~

1----.----4

-----:l

......

71-------+-----+----4---4

8...----+----+------+---~

12.....----r-~~--.--------

gl----+-----+----+---~

101-----+-----+----+-----1

t-----+---

----+--~

..,

,1------4I~---+-----+---~

......t._

___L.

____'

t;j~

-;0

-1/0

-10 +20 -60 -40 -20 "20

TeNnepainvpu,

ос

Рис.

35.

Склонность

стали

,35rIC

хрупкому

разрушению:

мартеновского

проиэводства:

беосемеровского

проиэводства

увеличением

содержания

углерода

стали

особенно

велико

при

низких

температурах.

Величина

ударной

вязкости

стали

35ГС

различным

содержанием

углерода,

но

'с

одинаковым

'содер

жанием

марганца

кремния,

приведенная

на

рис.

38,

иллюстри

рует

влияние

повышенного

содержания

углерода

на

снижение

величины

ударной

вязкости

повышение

температуры

хрупко

сти.

Влияние

содержания

углерода

на

критическую

температуру

132

98,1%

"",,_--1

.,J'

1/'

(

90%

..i.J

r--

....

1"-

•

· .

7 ..

...

у'

,,~%

-'"

J,..~

~~~

./'

,r-~

51,З%

F--~

t/'

J.I

2;'9%

у--'-'-

",,'1

А"

!7""

2$70

,,'

....

• J

~""'I

~~~

СПОНОUНОII.

-IloЛV

ПUНОUНО!l

О)

,,:

,..

Ig%

• ..t

г>

~""

...

.у,

~':

.....

-r

J/0

-$0 -1/0-J(} -20 -/0

+20

-БО

-1I{l -30-20 -/0

+20

-60

-1ItJ

-J(/ -20 -10

~20

Темпероmvро,

ос

Рис.

36.

Склонность

спокойной

полуопокойной

стали

Ст.5

хрупкому

раарушению:

мартеновского

пронзводства;

конвертерного

производства

(% -

расстояние

по

высоте

слитка)

Рис.

38.

Влияние

содерж

ания

угле

рода

на

понижение

ударной

вязко

сти стали

35ГС

гг

0.01

ан

0,11

/,.,.

111

tJ,qII--~

~o.51

o.~1

-1,11

-129

-71 -/7,8·17,8

·9З

+''I9+20Q+tGO

Геилероm'lра.

ОС

Рис.

37.

Влияние

содержания

угле

рода

на

хладноломкость

стали

(цифры

на

кривых

содержание

углерода,

О/о)

g8.8

.11.1

27.7

2Z1

~G.G1

'1.1

с)

f,Jf

хрупкости

легко

проследить

на

группе

кремнемарганцевой

арма

турной

стали

18Г2С,

25Г2С,

35Г,С

65Г,С,

предстаеляющей

ряд

сталей

повышающимся

содержанием

углерода

сравнительно

небольшим

различием

.по

содержанию

марганца

кремния.

Увеличение

содержания

углерода

вызывает

также

повыше

ние

температуры

хрупкости

(рис.

39).

Содержание

марганца

(В

'If

----.......-----,--~----,.

":s...

~+__-+-----1___t'"

~~---+--~F_-_;_---,

I--~~~-t__-_:;_---L

,,~C_-+-----f_+____:__.+__----r

94J--+--r--~;ic-----t--~

~~-I-""-"'=:--+----т------W

l~-+---..A.--+----r--"

_,L-'O

-_m..L-_-

L-

--J

L.-

--J

L.--

Теиnер

ос

определенных

пределах),

по

некоторым

данным,

до

О/О

[81],

по

другим,

до

1,50/0

[82].

понижает

температуру

перехода

хруп

кое

состояние.

Однако

дальнейшее

увеличение

содержания

угле

рода

может

'вызвать

противоположное

действие.

По-видимому,

вследствие

этого

стержней

из

стали

25Г2С

температура

пере

хода

хрупкое

состояние

близка

температуре

хрупкости

ста

ли

35r

rC,

несмотря

на

большее

содержанне

углерода

послед-

ней.

Благотворное

влияние

марганца

(при

содержании

1,5

О/о)

на

понижение

склонности

стали

хрупкому

разрушению

объясняется

уменьшением

величины

зерна

стали.

Кремний

весьма

энергично

усиливает

склонность

стали

хрупкому

разрушению.

Увеличение

содержания

кремния,

подоб

но

углероду,ПРИВОДИТК

расширению

зоны

критического

интер

вала

хрупкости,

повышению

его

верхней

границы,

также

снижению

значений

ударной

вязкости

области

полного

вязкого

разрушения

[83].

то

же

время,

по

данным

[84],

сталь

28ГС2

содержанием

1,0-1,3

о/о

имеет

температуру

порога

хладно

ломкости

-600

С,

-700

С,

что

не

согласуется

данными

других

исследований.

По-видимому,

содержание

кремния

арматурной

стали

не

должно

превышать

0,8-1,00/0.

Влияние

хрома

на

склонность

стали

хрупким

разрушениям:

по

данным

различных

исследований,

довольно

неопределенно.

134

Установлено,

что

оно

может

изменяться

зависимости

от

хими

ческого

состава.

По-видимому,

сочетание

повышенного

содер

жания

хрома,

марганца

кремния

при

содержании

около

0,30/0

+20

-Gf}

+20

-40 -20

Темпероmqра,

ос

Рис,

41.

Зависимость

величины

ударной

'вязкости

ОПЫ.'Гных

сталей

д,

класса

A-IV

от

температуры

неблагоприятно

влияет

на

склонность

стали

хрупко

му

разрушению.

Так,

напри

мер,

стали

30ХГ2С

наблю

дается

высокая

температура

r-----+---~----+--___I~

порог.

хл

адноломкости

(рис.

40)

Группа

сталей

одинако

вого

со

'сталью

30ХГ2С

класса

прочности

горяче

)(

катаном

виде

имеет

мень

r----~--__ас)_______:::::;;;;IiII"'r~--"""'"'"=""

.....

шую

склонность

хрупкому

разрушению

(рис.

41).

Присутств.ие

'в

'стали

по

вышенного

по

сравнению

+20

допустимым

содержания

се

ры,

фосфора,

кислорода

азота

приводит

повыше

нию

хрупкости.

Этим,

по

видимому,

объясняется

рез-

135

1'1

....

'(}

.....

...

~'c

с),:

-110

-?О

rе,цлероmvро,

ос

Рис.

40.

Склонность

стали

30ХГ2С

хрупкому

разрушению:

диаметр

мм;

О -

диаметр

мм;

• -

диаметр

мм

-40 -20 О

Тt'млсроmgро,

·С

Рис.

39.

Влияние

содержания

'УГ

лерода

на

температуру

хрупкости

сталей

18Г2С,

25Г2С,

35ГС

'и

65ГС

c.v

..-ztJ

-/1»

-111

-6lJ

-!Оw/ltJ

-М

•

IIHfltIJIJl11fIIНl,

·е

+~fI~C;'

-/Ш

-10 -60

-10

C/llflll65fC

\,,-'

...

7.,

:-."'"

+lIJ

L....

1tJno1l6

5ГСТ

L..-

L.....-

t:/

•

......

~~r..

·.}

••

ICmОЛ66ХГС

111

l./

1/.

-1

•

ее

11'

111

...

»»

.' i

ti 8

~i1

O~~_

-./IКJ

-80.

..во

-/К}

-1IJ

Рас.

42.

Зависимость

величины

ударной

ВЯ3КОоСТ1и

бессемеровокой

стали

мерок

БХГ1С,

БГ'СТ

БГС

от

температуры

Gsrc

J5rC

5Сm5

ДKIКJCCIJ

A-IV

NCm,(I)

Нсm5(//)

iii""

г>

(

)

/4~

/\;/

~V'

..",J.

х/

ь>:

"ГГ7

./"j

/.)(

-",--

~';I'

Y.P~

,.~

. (

,«

.-е

/':1

-.-.......-.

коепонижение

ударной

·вязкости.

беесемеровской

стали.

Еше

большее'

снижение.

ударной

вязкости

благодаря

повышенному

с-одержанию

фосфора,

азота

'кислорода'

наблюдается

тома

совскойстали.

Неёлагоприятное

действие

фосфора

может

быть

нейтрализовано

полноценным

раскислением

стали

алюми

нием

[85].

Опытная'

бессемеровекая

'сталь

марок

БХГС',

БГСТ

ВГС

{86],'

хорошо

раскисленная

алюминием

и.

титаном,

имеет

весьма

'низкую

температуру

порога

хладноломкости'

(рис.

42,

б,

в),;

отрицательное

действие

азота

фосфора

этих

сталях

было

нейтрализовано

раскислением

~люминием

титаном.

А,1ii.и!

,21

2/1

,11

'1/

1.1

,о

-70 .. -60 -50

-1/0

-JO -20 -/0

+/0

+lo·e

Рис.

43.

Склонность

арматурных

сталей

хрупкому

разрушению,

установленная

на

образцах

типа

ЦНИ,ПС

Следовательно,

влияние

фосфора

некоторых

других

эле

ментов,

присутствующих

стали

ограниченных

количествах,

может

быть

ослаблено

полным

раскислением

стали;

лучшими

раскислителями

этом

случае

являются

алюминий

титан.

Склонностъ

стали

хрупкости,

установленная

на

образцах

типа

ЦНИПС

(рис.

43),

имеет

несколько

иной

характер

по

срав

нению

результатами,

полученными

при

испыгании

стандарт

ных

образцов.

Наименьшая

склонность

хрупкости

обнаружена

бессеме-

137

РОВ1СКОЙ

стали

СТ.

Это

объясняется

меньшим

содержанием

углерода

по

сравнению

мартеновской

сталью

Ст.5

при

одина

КОВОЙ

прочности,

а'

также

наличием

ликвации

примесей

ВО

вну

тренней

зоне

стержня.

При

этом

наружная

зона

стержня

отно

сительно

свободна

от

ликвации

[87, 88],

надрез

образца

ЦНИПС

расположен

отношении

ликвации

более

благоприятно

по

сравнению

со

стандартным

образцом.

Следующей

по

склон

ности

хрупкому

разрушению

является

мартеновская

сталь

Ст.5,

склонность

хрупкости

которой

увеличивается

по

мере

повыше

ния

содержания

углерода.

следует

сталь

ЗБГС

65ГС,

обладающая

наибольшей

склонностью

хрупкости.

Необходимо

отметить,

что

температура

порога

хладнолом

кости

иопытанных

сталей

на

образцах

ЦНИПС

.понижена

по

сравнению

установленной

на

стандартных

образцах.

ВЛИЯНИЕ

ВИДА

О&РА&ОТКИ

НА

СКЛОННОСТЬ

СТАЛИ

ХРУПКОМУ

,РАЗРУШЕНИЮ

Различная

склоннсстъ

стали

хрупкому

разрушению

зави

сит

от

ее

состояния

горячекатаного,

холодноупрочненного

ИЛJl

термически

обработанного.

настоящее

.время

наибольшее

количество

арматурной

ста

ли

при/меняется

горячекаганом

виде;

эначигельно

меньшем

количестве

используется

холодноупрочненная

начинает

при

меняться

термически

обработанная

сталь.

Поэтому

СКЛОННОСl

стали

хрупкому

разрушению

холодноупрочненном

терми

чески

обработанном

состоянии

будет

оцениваться

по

сравнению

горячскатаной

сталью.

Влияние

наклепа

последующего

старения

на

хладнолом

кость

исследовалось

на

стали

Ст.5,

3БГС

St52,

холодноупроч

ненной

до

остаточной

деформации

3,,5;

4,5

5,50/0.

Влияние

на

клепа

на

хладноломкость

стали

покааана

на

рис.

(испытания

проводились

на

образцах

типа

Менаже

I~НИПС).

При

исследовании

влияния

наклепа

на

хладноломкость

Ста

ли

установлено,

'что

критическая

температура

хрупкости

смеша

ется

сторону

высоких

температур.

увеличением

'степени

на

клепа

температура

хрупкости

повышается

(рис.

44).

Так,

на

пример,

стали

Ст.5,

упрочненной

'вытяжкой

до

остаточной

де

формации

5,5

О/О,

температура

порога

хладноломкости

повыси

лась

минус

до

с.

стали

35ГС

остаточная

дефюрмация

3,50/0

повышает

темпе

ратуру

порога

хладноломкости

на

200

4,5

О/О

на

300

С.

Термическая

обработка

арматурных

стержней

из

стали

Ст.Б

опытных

сталей

'и

класса

A-IV

состояла

'в

нормализации,

стали

Ст.5,

2БГ2С,

35ГС

30ХГ2С

закалке

'после

нагрева

печи

отпуска,

стали

Ст.5

ЗБГС

аакалке

отпуске

при

индукционном

нагреве,

138

Термическая

обработка

положительно

влияет

на

ударную

вязкость

критическую

температуру

хрупкости,

изменяя

форму

.распрелеленив

структурных

составляющих

с-расгворе.

ряде

работ

[89, 90

др.]

установлено,

что

основным

факто

ром,

'воз.деЙ1Сrnвующим

на

хладноломкость

стали,

является

ве

личина

зерна.

Увеличение

размера

з-ерна

шри

перегреве

являет

ся

одним

из

параметров,

предопределяющих

повышенную

склон

ность

горячекаганой

углеролистой

ниэколегированной

стали

хрупкости.

Исследование

[91]

надрезанных

образцов

стали

00·

.держанием

углерода

0,23010

показало.

что

результате

увеличе

ния

'величины

зерня

цва

раза

(от

до

МК),

'вызванного

перегревом,

критическая

тем:пература

хрупкости

сместилась

область

положительных

температур

на

400

с.

другой

rработе

+20-60 -40 -20

+20

-60 -40 -20

Темлероm!lРО,

ос

+20

зе-зг

,,'

Iy~

)0""--

(

»"

ь-:

tJII

...J

~)..oo~_4

.....

,-'

ь-

........

cu....

г>

to...

-'.....;

с>

/ >

с/

;IJ--_--,.-----,,....---,

8~-I___~......-~~--tI

.в~____...I~__t9'=----If--~

I----r--....--

......----I~--f'

2,8f---E::=;&;;II---=~---1

L..---.JL..----JL...-----I_---'

"18

IВ

-ВО

-40 -20

Рис,

44.

Влияние

наклепа

'на

хладноломкость

стали:

• -

горячекатаная:

2 -

после

упрочнения

растяжением

на

5,5%

(Ст.

5),

.на

3,5%

(З5ГС),

St52; 3 -

на

4,5%

(ЗSГС)

(92]

при

исследовании

аналогичной

стали

(0,21

010

с)

наблюда

лось

несколько

меньшее,

но

'все

же

значительное

смещение

кри

тической

температуры

хрупкости

(на

300

С).

Иопыгание

на

ударный

изгиб

этом

исследовании

производилось

на

образцах

Менаже

'с

надрезом.

Нормализация

стали

благодаря

уменьшению

величины

дей

ствительного

зерна

повышает

ударную

вязкость

снижает

температуру

порога

хладноломкости

(рис.

45).

Например,

по

.луспокойная

сталь

Ст.5

/в

горячакаганом

'виде

имеет

температу-

ру

порога

хладноломкости

от

-10

до

-200

с;

ПОС1л·е

нормали-

139