Соколовский П.И. Арматурные стали
Подождите немного. Документ загружается.
7
иблица
зо
Пределы
выносливости
стержневой
арматуры
и
сварных
стыков
Диаметр
Коэффи-
Предел
Марка
ЦJfент
вынесли-
стали
стержня
Состояние
стали
Метод
испытан
ия
ассиметрии
вости
O-W
.мм
цикла
р
К2/мм
2
Ст.5
14
Горячекатаная
Осевое
напряжение
0,25
20,3
Ст.
5
28
»
То
же
0,25
21,9
25Г2С
22
»
»
»
0,25
23,85
35ГС
14
»
»
»
0,2
21,3
30ХГ2С
28
»
» »
0,2
23,9
СТ.
3
10
Холодноупроч
-
Изгиб
при
-
18,0
ненная
вращении
5t52
10-32
То
же
Осевое
растяжение
0,5
46,0
35ГС
14
Термически
То
же
0,2
18,2
обработанная
Ст,
5
28
Контактные
стыки
»
»
0,2
18,0
без
механической
обработки
0,2
СТ.
5
28
Ванные
стыки
» »
18,0
улучшенной
конструкции
0,2
25Г2С
28
Контактные
стыки
»
»
18,0
без
механической
обработки
0,2
25Г2С
28
Контактные
стыки,
»
»
22,0
меха
нически
обработанные
25Г2С
28
Ванные
стыки
»
»
0,2
18,0
улучшенной
конструкции
160
2
1 q S
G'
81/0$
а
1
J " SN
В
то
же
время
предел
выносливости
сварных
соединений
ока
аался
весьма
близким
пределу
выно,
слив?сти
этало,
н,
н,,
ь~o~
о.бр,~~~
цов,
~
Н
аибояьшев
I
~нr:кение-
предела
>~ы·н~~л~~о:С!:,~
..
~.~юдаеf·С~
'!
сваРНЫХ,сое~lЩеllИИИ3Сi.ал~·25r2С
всех
~ПЬЦ'~,Н~
днамет
ров
~
стержнеи
1$~·CTa~.JI~CT.5
диаметра-И
~iI
Это
оБЪЯlсня.~с.~:,6~Ль~е~
чувствительностьюк
новцентрвция
наПР;5J'же.ниЙ
соединений
из
стали
повышенной
пtpОЧН~ТИ.
Иссле-.
дованиёи
устанонлеяо,
,.
что
стержни
периодического
профиля
N
з
2
з
" i i 7 89//J
о
2
-
".
~
..-
.....
,
..
о'
~
~~
~
~..,.,
r-.;:
гг
г-,
~
.
~
~~~
.о.
"""-
~
-
~
,..
~
г'«
~;(
~
~~
~
t--f-~
~
~
......
-.-
о.
--
~
~
~~
+0
,.
.....
~
F-<~
~~
''=i'8I!I
.г»
.....
f"""
~
~
~
""'
......
'~~
.~
-
-...,..
~,
..
C~
+
в
,
/J
!
2000
f 6' 7 $ 9 /0
"ЧQкс,Х2!с.ч
l.
QdOO-'
1 "
5Н
2
з
" S G
789/0
8
2.
'
....
~
.....
~
~
2:~
...
~
@,t")
<"h.(
....
C'~
~?)
~~
~~
.&1
..
~
-r<
lO
~
~~
~~
~
~~
'"""'~~
---<../
.....
'~~
"""""
"""'1'
~
"'-
""""1111.1'
p~
~
............
К
......
--
:д~
.....
~
w;;
~
-..~
~~
I
I
f
JtJtJo
2000
Рис.
56
.•
Линии
выносливости
эгалон.гых
образцов
и
сварных
крестообразных
соединений
из
стали
Ст.5:
--0
--
-
эталон:
а
-
диаметром
14
М_И,
б
- 20
.мм,
8 - 28
мм;
-0-+-'-
-
крестообразные
соединения:
а
-
диаметром
14+6
MAl,
б
- 20 + 8
мм,
8 - 28 + 10
мм;
--®--
-
крестообразные
соединения:
а
-
диаметром
14 + )4
мм,
б
- 20 + 16
мм,
8 - 28 + 20
мм
11
Соколовсчий
161
з
"
5Н
2
з
1/ S G 7
89/0
а
2
5 i
78910
<е»;
~,(
)~
r'
........
.....L..~
........
III..L
.....
~
-
......
.....
t'-o.
....
"'7'118 1'01
1--.."",,-
,.
1'_
.........с
~
.....
.~
..
IC
........
~~~
-..r
~
....
~
.....
~
~
---
"""'l;~
R~
........
J..I'
lJIiIO
ь;
......
r--...~
~~
......
~
@)
1]
....
~
~
1---
..
..
..
-'"--'-
..
. .
1 1111
11
-r
f 1
I
.1
t
411t11l
2
3 4· 5
в
7 8 9
IOG
t5
2
3 1/
fN
Рис
57.
ЛИНИИ
ВЫНО'СЛИВ'ОСТ:И
эталонных
образцов
11
свврных
крестообразных
соединений
из
стали
25Г2С:
--
<Э--'
-
эталон:
а
-
диаметром
12
мм,
б
- 22
мм;
_.-+-.-
-
крестообразные
соединения:
а
-
диаметром
12+
6
мм,
б
- 22 + 8
мм;
--
®
--
-
крестообразные
соединения:
а
-
диаметром
12 + 12
мм,
б
- 22 + 16
мм
из
стали
Ст.Б
и
2БГ2С
могут
быть
использованы
в
сварных
кар
касах
и
сетках
не
менее
успешно,
чем
сварные
соединения
глад
ких
стержней
из
стали
Ст.З.
г
ЛАВА
VII
СВАРИВАЕМОСТЬ
СТЕРЖНЕВОМ
АРМАТУРЫ
1.
СТРУКТУРНЫЕ
ПРЕВРАЩЕНИЯ
В
СТАЛИ
ПРИ
СВАРКЕ
Для
соединения
стержней
применяется
сварка
плавлением.
Этот
вид
сварки
характерен
рядом
особенностей:
малым
объе
мом
сварочной
ванны,
высокой
температурой
нагрева,
нераз
рывной
связью
между
основным
и
наплавленным
металлом.
Высокая
температура
нагрева
и
малый
объем ванны
требу
ют
локального
и
быстрого
нагрева.
Так
как
небольшой
объем
расплава
окружен
холодными
массами
металла,
возникает
большой
градиент
температур,
вызывающий
в
сварном
соедине
нии
развитие
значительных
внутренних
напряжений.
Наличие больших
скоростей
нагрева
и
охлаждения
обуслов
ливает
незаконченность
реакций
и
неравновесное
состояние
между
компонентами
в
сварочной
ванне.
Выгорание
ряда
эле
ментов
наряду
с
возможным
насыщением
кислородом
и
азотом
создает
условия
для
изменения
химического
состава
н
ап
л
авляе
мого
металла,
а
условия
кристаллизации
приводят
к
образова
нию
типичной
дендритной
структуры
литого
металла.
Основной
металл,
прилетающий
к
сварочной
ванне,
подвер
гается
в
процессе
сварки
нагреву
до
температуры
ниже
темпера
..
туры
сплавления,
а
затем
последующему
охлаждению
до тем
..
пературы
окружающей
среды.
Происходит
'своеобразная
терми
ческая
обработка
основного
металла.
Это
вызывает
изменение
структуры
и
свойств
основного
металла.
Следовательно,
в
свар
ном
'соединении,
полученном
сваркой
плавлением,
можно
выде
..
лить
две
различные
по
структуре
зоны:
зону
кристаллизации
расплавленного
металла
и
зону
Основного
металла,
подвергну
того
влиянию
термического
цикла
сварки.
В
свою
очередь
эти
зоны
принято
делить
на
характерные
для
каждой
из
них
уча
стки.
Зону
кристаллизации
подразделяют
на:
а)
участок
кристаллизации
присадочного
сплава
без
диффу
зионного
перемешивания
со
свариваемым
сплавом;
11* 163
б)
участок
циффуаионкого
-перемешивания
присадочного
ме
талла
с
основным
сплавом.
В
зоне
термического
.
~
)f
Я
:J
.
t.i
я
~
]>
а
3JI
ич
.
а
ю
,
1'
·
Yf:l
·~~f~C:rPYK
.TYPHbIX
превр
ащений
и
учас
-ток
металла,
-
в
котором
видимые
GT~T.yp.
ные
превращения
отсутствуют,
т. е.
в
котором
ПрЬ~З0ШЛИ
про
цессы
старения.
Схематическое
изображение
сварного
шва
и
границы
участков
зоны
термического
влияния
показаны
на
300
I
I
I
I I
__
~
-l
_
1 I
I I
l'
I
I I
I I
I I
I I
I
I 2
Соиер:нсоние
!/глероtiо,
%
400
700
600
Рис.
59.
Схема
обозначения
зон
оввраого
шва
Рис,
58.
IОхем'ат
,ическ<>е
изображение
сварного
шва
и
участков
зон
термиче
екого
влияния
на
упрощенной
.
д
в
а
гр
а
м
м
е
Fe -
С:
1 -
участок
расплавлешного
иеталла:
2 -
участок
неполного
i]>аСПJJЗlВJIен.ия;
3 -
уча
сток
крупного
зерна
(перerpев)!;
4
--
уча
сток
мелкого
зерна;
6 -
участок
неполной
перекристаллиаацни:
6 -
уч,асток
рекри-
сталлизации;
7
--
участок
старения
рис,
58.
Упрощенная
диаграмма
состояния
Fe
-
С
.при
одинако
вом
температурном
масштабе
с
кривой
распределения
темпера
туры
по
поверхности
сварного
соединения
приведена
на
рис.
59
Диаграмма
Fe -
С
построена
для
равновесного
состояния
мед
ленно
протекающих
процессов
нагрева
и
охлаждения
системы.
С
известным
приближением
эту
диаграмму
можно
использо
вать
в
применении
к
малоуглеродистой
ста~и
для
анализа
из
менения
структур
в
зоне
термического
влияния
{105].
При
сварке
малоуглеродистой
стали
в
зависимости
от
тем
пературы
нагрева
в
зоне
термического
влияиия
различают
сле
дующие
структурные
участки
(рис.
59
и
60).
164
х
:
-
Q')
-сл
Рис.
60.
МlиК/роструктура
сварного
шва
и
участков
З"ОН
термического
влияния.
х,l00:
а
-
участок
расплавленного
металла;
б
-
участок
неполного
расплавления;
8 -
участок
крупного
зерна;
г
-
участок
мелкого
зерна;
i) -
участок
неполной
перекристаллиаации;
е
-
основной
металл
1.
Участок
расплавленного
металла.
Микроструктура
метал
ла
этого
участка
отличается
характерной
направленностью
пер
вичных
кристаллов,
границы
которых
совпадают
с
границами
аустенитных
зерен.
О
направлении
первичных
столбчатых
кри
сталлов
можно
судить
по
расположению
доэвгектоидного
ферри
та,
выделяющегося
при
распаде
аустенита
главным
образом
по
его
границам.
Перлитные
выделения
тонкого
строения
распола
гаются
между
участками
феррита
в
виде
узких
прослоек.
2.
Участок
неполного
расnлавления-переходный
от
расплав
ленного
к
основному
металлу,
имеющий
температуру
плавления
со
стороны
расплавленного
металла
около
14000
с.
Со
стороны
шва
-
структура
литого
металла,
со
стороны
металла
-
круп
ные
перлитные
участки
и
сильно
развитая
видманштеттова
структура.
3.
Участок
перегрева,
имеющий
со
стороны
шва
температуру
около
14000
С,
со
стороны
основного
металла
-
температуру
около
1200°
,
С
.
Высокая
температура
этого
участка
может
выз
вать
рост
зерна
и
образование
сильно
развитой
видманштетто
вой
структуры.
4.
Участок
мелкого
зерна,
имеющий
температуру
около
12000
С
с
одной
стороны
и
с
другой
несколько
выше
Асз.
Ме
талл
этого
участка
в
данном
интервале
температур
находится
короткий
период
времени,
поэтому
при
нагреве
не
происходит
резкого
роста
аустенитного
зерна,
а
при
быстром
охлаждении
образуется
мелкое
зерно.
Этот
участок
также
носит
название
участка
нормализации.
5.
Участок
неполной
перекрисгаллизации,
нагретый
до
тем
пературы
выше
точки
АС1
и
близкой
к
Асз;
температура
и
время
нагрева
недостаточны
для
полного
растворения
перлита
и
со
вершенно
недостаточны
для
растворения
феррита.
Поэтому
пер
лит
вместо
ясного
пластинчатого
строения
имеет
своеобразный
разрыхленный
вид.
'б.
Участок
рекристаллизации
в
зоне
термического
влияния
(по
данным
[105]).
Этот
участок
находится
в
границах
темпера
тур
БОО-700
0
с.
При
обычном
состоянии
металла
до
сварки
процессы
рекристаллизации
не
протекают
и
этот
участок
струк
туры
OTCYTCTBye~
Если
основной
металл
перед
сваркой
подвер
гался
пластической
деформации,
то
неравновесная
структура
исходного.
металла
перейдет
в
равновесную
в
результате
рекри
сталлизации.
Это
явление
можно
наблюдать
при
определенной.
степени
деформации
и
'структуре
исходного
металла.
7.
Участок
старения
-
температура
нагрева
200-4000
с.
Металл
этого
участка
при
обычных
методах
микроскопического
анализа
не
имеет
видимых
структурных
изменений,
обладает
повышенными
прочиосгиымн
характеристиками
и
пониженной
пластичностью.
Характер
структуры
металла
шва
в
сварных
соединениях
из
низколегированной
стали
меняется
в
зависимости
от
содержания
166
легирующих
элементов;
при
увеличении
количества
легирующих
элементов
исчезает
доэвтектоидный
феррит
и
перлит.
В
околошовной
зоне
происходит
распад
аустенита
с
образо
ванием
структур
от
троосго-м
аргенсигв
до
сорбита
и
перлита
разной
степени
дисперсности
в
зави~имости
от
степени
легиро
вания
и
условий
охлаждения.
Примером
такого
распада
аустенита
является
структура
око
лошовной
зоны
стали
30ХГ2С
троосто-мартенсит
(рис.
61,
а,
6).
Рис.
61.
МИJК!Р'осrР)'IКТ'ура
околошовной
зоны
'стали
3O~Г2C.
X2l5O:
а
-
зона
совместной
кристаллизаЦИ1И;
б
-
зона
переJ'lрева
(троосто-мартеноит)
1.
ВЕЛИЧИНА
ЗЕРНА
И
СКЛОННОСТЬ
ЕГО
К
РОСТУ
в
связи
со
значительным
нагревом при
выполнении
свароч
..
ных
соединений
большое
значение
имеет
склонность
зерна
стали
к
росту.
Склонность
верна
стали
к
росту
зависит
в
большей
степени
от
размера
зерна
аустенита.
Углеродистые
стали
Ст.3
И
Ст.
5
можно
отнести
к
крупнозернистым
сталям
(зерно
NQ
4),
низколегированные
стали
25Г2С,
35ГС
-
к
мелкозернистым
(зерно
NQ
7, 8).
Для
установления
склонности
зерна
к
росту
стали
Ст.Б
и
35ГС
подвергались
нагреву
при
800-1:500°
с·
с
интервалом
1000
С.
Полученные
при
нагреве
структуры
стали
фиксировались
закалкой.
Результаты
этого
исследования,
устанавливающие
за
ВИСИ\10СТЬ
величины
зерна
стали
от
температуры
нагрева,
при
ведены
на
рис.
62.
При
температуре,
несколько
превышающей
критическую
точку
Ас},
зерно
аустенита
крупнозернистой
стали
Ст.5
больше,
чем
мелкозернистой.
При
дальнейшем
нагреве
этой
стали,
начи
ная
с
температуры
9500
с,
наблюдался
значительный
рост
зерна
аустенита.
При
температуре
нагрева
1030°
С
величина
зерна
достигает
N'Q
4
при этом
заметно
очень
слабое
проявление
видманштетто
вой
структуры.
При
температуре
12'000
С
структура
характеризуется
наличи
ем
перлита
и
феррита
со
слабым
проявлением
игольчатости,
ве-
167
сУ
=:
0.."
личинаэерна.лтри
этой
температуре
соответствует
NQ
2.
При
температуре
13000
С
наблюдается
развитая-
игольчатость
фер
рита
по
границам
зерен;
величина
зерна
феррита
достигает
~Q·l
•
.\
При
1400~~;
игольчатое
расположение
феррита
наблюдается'
как-по
границам
зерен,
так,
и
в
зиачительной
степени
внутри
вернасвеличина
которого
не
изменилась.
При
нагреве
до
15000
С
наблюдается
частичное.
появление
типичной
дендритной
струк
туры
литого
металла
.
.
В
стали
35Г,С
до
температуры
нагрева
11,000
С
роста
зерна
не
происходит.
Начиная
с
этой
температуры
зерно
начинает
быст
ро
расти
и
при
температуре
12000
С
достигает
величины
N2
5.
При
..
температуре
13000
С
структура
стали
3'5ГС
состоит
из
пер
лита
и.
феррита
с
развитой·
игольчаТQСТЬЮ
по
границам
зерен,
наблюдается
присутствие
'феррита
видманштеттового
строения.
харакгеризуюшего
перегрев
стали.
При
температуре
1400°
С
зерно
достигает
величины
N2
3
при сохранении
структуры,
соог
ветствующей
температуре
13:000
с.
.При
нагреве
до
температуры
1450-1500°,С
видманштеттова
структура
оценивается
величиной
зерна
N2
5
и
характеризуется:
игольчатым
расположением
феррита
по
границам
зерен,
в
боль
шей,
степени
внутри
зерен.
Различие
в
склонности
к
росту
зерна
у
исследованных
сталей
объясняется
тем,
что
при
раскислении
стали
35ГСприменяется
большее
количество
алюминия,
образующего
окислы
в
виде
не
металлических
включений,
пре:пятствующих
росту зерна
при.
нагреве
·~тали.
При
высокой
температуре
нагрева,
различной
у
этих
сталей,
происходит
растворение
неметаллических
включе
ний
(А1
2О
з
и
др.)
{106]
и
зерно
с
дальнейшим повышением
тем
пературы
начинает
быстро
расти.
Поэтому
у
стали
Ст.
5
крити
ческая
температура
роста
зерна
9500
с,
а
у
стали
35ГС
более
высока.я
-
11000
с.
.
3.
ВЛИЯНИЕ
ОСНОВНЫХ
ЭЛЕМЕНТОВ
СТАЛИ
НА
СВАРИВАЕМОСТЬ
После
высокого
нагрева
и
быстрого
охлаждения,
присущего
сварке
с
оплавлением,
необходимо
сохранить
в
металле
доста
точную
вязкость.
Для
предупреждения
образования
твердых
продуктов
распада
аустенита,
характеризующихся
малой
вяз
костью,
сталь
должна
иметь
достаточно
низкое
содержание
углерода,
марганца
и
других
элементов,
усиливающих
прока-
ливаемость.
.
Поэтому'
'высокая
прочность
стали
в
горячекаганом
состоя
нии,
достигаемая
повышением
содержания
углерода,
в
данном
случае
не
подходит
и
должна
быть
обеспечена
введением
в
твердый
раствор
легирующих
элементов,
влияющих
i
главным
образом
на
свойства
аустенита.
Исходя
из
этого
низколегиро
ванные
арматурные
свариваемые
стали
высокой
прочности
со-
169