Соколовский П.И. Арматурные стали
Подождите немного. Документ загружается.
Высказано
предположение,
что
образование
горячих
трещин
определяется
величиной
температурного
интервала
хрупкости
около
линии
солидуса
и
скоростью
деформации
[129].
Некоторые
исследователи
[130,
131]
связывают
образование
кристаллиза
ционных
трещин
с
хрупким
состоянием
металла
шва
в
момент
окончания
кристаллизации
в
сочетании
с
деформацией
растя
жения.
Наиболее
полно
разработанный
механизм
образования
кристаллизационных
трещин
описан
в
работе
{132].
В
начальный
момент
кристаллизации
сварного
шва
характер
но
наличие
небольшого
количества
дендритов,
в
промежутках
между
которыми
циркулирует
жидкий
металл.
По
мере
умень
шения
об.ъема
жидкой
фазы
понижается
деформационная
спо
собность
двухфазного
металла.
На
более
поздней
стадии
кри
сталлизации,
КОГДа
жидкость
сохраняется
в
виде
непрерыво
утоняющихся
межкрисгаллитных
прослоек,
с
приближением
к
температуре
солидуса
прочность
этих
прослоек
недостаточна
для
развития
сдвиговых
деформаций.
В
этот
момент,
когда
ра
стягивающие
усилия
1
достигнут
критических
значений,
а
на
границах
кристаллов
сохранятся
еще
жидкие
прослойки.
но
количество
жидкости
недостаточно
для
восполнения
промежут
ков
между
кристаллами,
возможно
образование
кристаллизаци
онных
трещин.
Технологическая
прочность
при
сварке
-
вероятность
разру
шения
наплавленного
металла
-
засисит
главным
образом
от
температурного
интервала
вб~изи
линии
солидуса
и
величины
u
Ф
(
дl
н
н
\
производнои
от
де
ормации
по
температуре
--1;
чем
шире
дТ
I
температурный
интервал
хрупкости
при
заданной
величине
4~H
~
--,
тем
больше
склонность
металла
к
ооразованию
кристал-
4Т
лизационных
трещин.
На
температурный
интервал
хрупкости
влияет
состав
меж
кристаллитных
прослоек.
сопротивление
сдвигсвым
деформациям
зерен
твердого
раствора
вблизи
линии
солилуса
и
скорость
де
формации.
На
значение
производной
деформации
от
темпера
туры
оказывают
значительное
влияние
коэффициент
температур
ного
расширения
металла
и
характер
температурного
поля.
На
основе
работы
[129]
предложен
метод
количественной
оценки
склонности
сварного
шва
к
образованию
горячих
тре
щин.
Основой
метода
является
принудительное
деформирова
ние
металла
шва
в
интервале
температур
хрупкости.
Регулирование
производной
от
деформации
по
температуре
производится
независимым
изменением
скорости
охлаждения
и
скорости
деформации
от
температуры.
Методом
последователь
ного
приближения
устанавливают
максимально
возможные
1
Растягивающие
усилия
возникают
из-за
усадки
литого
металла,
а
также
бр1СТРОГО
местного
нагрева
и
охлаждения
небольшого
объема
металла.
180
скорости
деформации'
(MAt/MUH) ,
при
которых
трещины
не
воз
никают.
Этот
метод
разработан
для
листового
проката
и
модер
низирован
для
арматурной
стали
1[133,
134].
Максимальная
скорость
деформации,
при
которой
в
шве
еще
не
образуется
трещин,
приним
ается
за
меру
склонности
шва
к
образованию
горячих
трещин.
Стойкость
против
образования
холодных
трещин
описана
в
работе
[53].
5.
ТЕРМИЧЕСКАЯ
О&РА&ОТКА
СВАРНЫХ
СОЕДИНЕНИЙ
В
ЭЛЕКТРОДАХ
СВАРОЧНОЙ
МАШИНЫ
При
контактной
точечной
сварке
арматурных
узлов
проис
ходит
местный
нагрев
металла
до
высокой
температуры
в
тече
ние
очень
короткого
периода
времени
и
последующее
быстрое
охлаждение
вследствие
интенсивного отвода
тепла
прилегаю
щими
участками
холодного
металла.
Для
изготовления
сварных
арматурных
каркасов
в
большом
объеме
применяют
среднеуглеродистую
сталь
Ст.
5,
склонную
к
перегреву
и
закалке.
Сварные
узлы
из
этой
стали
отличаются
повышенной
хрупкостью.
Это
объясняется
наличием
в
структу
ре
околошовной
зоны
признаков
значительного
перегрева
(рис.
66)
и
закаленных
участков;
последнее
иллюстрируется
не
равномерным
распределением
твердости
по
сечению
сварного
соединения,
местами
достигающее
весьма
высоких
значений
(рис.
67).
С
целью
улучшения
структуры
и
повышения
пластичности
сварного
соединения
проведено
исследование
по
термической
об
работке
сварных
узлов
из
стали
Ст.
5
между
электродами
то
чечной
машины
{135].
Термическая
обработка
сварных
узлов
в
электродах
контакт
ной
точечной
машины
МТП-75
состояла
в
последующем
их
на
греве
в
течение
определенного
времени
на
более
низкой
ступени
трансформатора
машины
до
температуры
выше
Асз
и
быстром
охлаждении.
Твердость
металла
сварного
соединения
после
термической
обработки
оказалась
достаточно
однородной:
исчезли
участки
повышенной
твердости,
соответствующие
закаленным
участ
кам
(рис.
67),
улучшилась
структура
металла
сварного
соеди
нения
и
механические
свойства
стали более
стабильными.
Для
установления
влияния
термической
обработки
на
струк
туру
сварных
узлов
из
низколегированной
стал-и
м
..
арки
35ГС
было
проведено
металлографическое
исследование
металла
сварного
соединения
до
и
после
термической
обработки
1.
1
Сварка
стержней
из
стали
35ГС
и
термическая
обработка
сварных
уз
лов
проводились
В
секторе
сварки
ЦНИИСI<.
Металлографические
исследова
ния
металла
сварных
соединений
выполнены
В.
С.
Яковлевой
под
руководет
вам
автора.
181
Термическая
обработка
сварных
узлов
производилась
в
электродах
контактной
точечной
машины;
сварка
стержней
производилась
на
VII
ступени,
а
дополнительный
подогрев
свар
ных
узлов
на
1
ступени
трансформатора
при
оптимальных
вы
держках
под
током.
Исследование
структуры
металла
сварного
соединения
до
термической
обработки
показало,
что
зона
совместной
кристал-
Рис.
66.
Миюрострук'Гуга
стали
Ст.5
(перегрев)
.
х250
лизации
протяженностью
1
Л1М
характеризуется
сильно
разви
той
видманштеттовой
структурой
(рис.
68,
а),
а
в
зоне
перегре
ва
-
скрытопластинчатый
перлит
с
крупной
ферритной
сеткой,
величина
зерна
Ng
2,
заметно
слабое
проявление
игольчатости
феррита
по
границам
зерен
протяженностью
2
мм
(рис.
68,
б)
.
Твердость
металла
околошовной
зоны
HV = 196.
Термическая
обработка
в
электродах
контактной
м
ашины
резко
улучшила
структуру,
полученную
после
сварки.
Зона
совместной
кристаллизации
состоит
из
сорбитообразного
перли
..
та
(HV
= 245)
снебольшим
количествомсохранившейся
слабо
выраженной
видманштеттовой
структуры
(рис.
69,
а)
;
далее
расположена
зона
мелкого
зерна
N'g
7-8
(рис.
69,
б).
-
Следовательно,
термическая
обработка
между
контактами
точечной
м
ашины
значительно
улучшает
качество
металла
сварного
соединения.
Улучшение
структуры
металла
С8.1"РНОГО
182
....'"
---..::Jt.
а
....
~~m~~~~~~~~~~~~~~~~~~
, , , , , , , , ,
....
~:=:
--
ж
....
~
__
-=--_·
••
~
т-=--->J
..........
, •
4srnC""'""""""
I
",~
••
;..--::.-1t.--!!-7':"'=-'1t==--J(.-=.l!-~
-~
•
..::::J!,.:-.=--
--
-00
CI.)
/517
'М
1711
1811
I!JO
2М
2111
2211
2ЗО
2q(J
250HV
, , , i , i i t i i
'"
Рис,
67.
,Распределение
твердости
по
сече
нию
еварногосоединения
стержней
из
стали
Ст.5:
tJ -
ДО
термической
обработки;
б
-
после
термической
обр~ботк.и
-"'-"-,,-
о
соединения
и
повышение
однородности
влияют
на
увеличение
пластичности,
а
также
на
стабильность
прочностных
характе-
ристик.
Рис.
68.
Микроструктура
сварнота
соединения
(сталь
35ГС)
-
зона
совместной
кристал
лиаации.
Х
250:
а
-
зона
'
с
о
в
м
е
ст н
о й
кристаллизации
(НУ
= 189);
б
-
зона
перегрева
(HV
= 265)
Для
исправления
сильно
перегретой
структуры
металла
бы
ли
проведены
опыты
путем
однократного
и
повторного
мгновен
ного
нагрева
образцов
в
электродах
сварочной
машины
1136].
Структура
сильно
перегретых
образцов
стали
с
содержани
ем
0,15
и
0,45010
С
создавалась
путем
нагрева
их
в
соляной
ван-
184
00
сл
Рис.
69.
Микростр
укгур
а
сварного
соединения
(сталь
35ЛС)
после
тер
мической
обработки
в
элек
продах
'wонтактной
машины.
х250:
а
-
зона
совместной
кристаллизации
(HV
= 196); 6 -
зона
мелкого
зерна
(HV
= 226)
Рис.
70.
Микросгруктура
лггали
45.
Х
4ОО:
а
-
структура
перегрева;
6 -
структура,
частично
исправленная
однократным
мгновенным
п
а
гревом:
8 -
структура
после
многократного
мгновенного
нагрева
не
при
температуре
13000
С
в
течение
30
мин
с
последующим
охлаждением
на
спокойном
воздухе
(около
20
Сюек);
Таким
образом
имитировали
структуру
перегрева
'металла
околошов
ной
зоны
в
сварном
соединении
(рис.
70,
а).
Мгновенный
однократный
'нагрев
перегретого
образца
в
электродах
сварочной
машины
до
температуры
9500
С
для
ста
ли
Ст.
3
и
8500
'С
дЛЯ
стали
45
при
скорости
нагрева
26
и
380
С/сек
соответственно
с
последующей
скоростью
охлажде
ния
280
С/сек
дал
лишь
частично
исправленную
структуру;
при
столь
быстром
нагреве
происходит
полная
перекристаллизация
только
перлита.
феррит
перекристаллизовался
только
частич
но
(рис.
70,
б)
.
При
многократном
мгновенном
нагреве
с
использованием
до
7-:-10
повторных
нагревов
при
максимальной
температуре
на
грева
9500
С
для
стали
Ст.3
и
8500
С
для
стали
45,
скорости
на
грева
550
С/сек
и
скорости
охлаждения
280
С/сек
происходит
полный
переход
перлита
и
феррита
в
твердый
раствор
и
при
последующем
быстром
охлаждении
образуется
мелкое
зерно
(рис.
70,8).
При
этом
'Не
происходит
перегрева,
так
как
общая
продол
жительность
нагрева
мала
и
за
этот
промежуток
времени
зерно
не
успевает
вырасти.
Однако
этот·
способ
не
дает
каких-либо
преимуществ
по
сравнению
с
предыдущим,
заключаюшемся
в
однократном
...
,
но
более
продолжительном
нагреве.
Оба
опи
санных
способа
основаны
на
одной
и
той
же
термической
опе
рации
-
IН1ормализацИrИ.
6.
ХАРАКТЕРИСТИКИ
СВАРИВАЕМОСТИ
АРМАТУРНЫХ
СТАЛЕЙ
[53]
Сварные
соединения
из
стали
Ст.
3,
выполненные
дуговой
сваркой
электродами
типа
Э42
при
соблюдении
'рациональных
режимов
сварки,
равнопрочны
с
основным
металлом.
Сталь
Ст.
3
хорошо
{сваривается
контактной
стыковой
и
контактной
точечной
электросваркой
и
обладает
высокой
стойкостью против
образования
кристаллиаационных
трещин.
При
ДУГОВ1ОЙ
сварке
1
стержней
из
стали
Ст.
5,
выполняемой
электродами
типа
Э42
и
Э42А,
обеспечиваются
удовлетвори
тельная
прочностъ
и
высокая
пластичность
l\'
...
еталла
шва,
При
менение
электродов
Э50
и
Э50А
позволяет
получить
большую
ПРОЧН1ОСТЬ.
Соединения
из
стали
Ст.
5
при
контактной
точечной
и
контактной
стыковой
сварке
удовлетворительны,
но
повышен
ное
содержание
углерода
'в
этой
стали
ухудшает
ее
сваривае
мость
по
сравнению
со
сталью
Ст.
3.
Стойкость
против
образо-
1
Соединения
в
стык
с
круглыми
ДЛИННЫМИ
накладками,
выполняемые
односторонними
швами.
186
вания
кристаллизационных
трещин
у
стали
Ст.
5
меньше,
чем
у
стали
СТ.
3.
Сварные
соединения
из
стержней
сталч
25Г2С
при
дуговой
и
контактной
стыковой
сварке
равнопрочны
основному
металлу;
при
.контаК1'Н
1
О
Й
точечной
сварке
свариваемость
лучше
по
срав
нению
со
сталью
Ст.
5.
Эта
сталь
обладает
высокой
стойкостью
против
образования
кристаллизационных
трещин
и
не
склонна
Таблица
31
Свариваемость
стержневой
арматурной
стали
Свариваемость
точечная
контактная
сварка
стыковая
сварка
плавлением
1---------------
Марка
стали
Ст,
3
БСт.3
КСТ.
3.
Горячекатаная
Хорошая
Ст.
Б
БСт.
Б
КСт.5
Ст.
бпс
КСт.
5пс
Удовлетворительная
18Г2С
25Г2С
35ГС
К25Г2С
К35ГС
Б3БГС
Хорошая
30ХГ2С
Ограниченно
свариваемая
(свари
вается
при
применении
специальной
технологии
сварки)
г
класса
А-
IV
д
класса
A-IV
Удовлетвори
-
тельная
То
же
Неудовлетвори
тельная
То
же
6БГС
н
е
свариваемая
Ст.
5
25Г2С
35ГС
Упрочненная
вытяжкой
I
I
У
довлетворитель
ная
СТ.
3
Ст.
Б
Термически
упрочненная
Ограниченно
свариваемая
Не
свариваемая
35ГС
65ГС
Не
сва
риваемая
187
к
образованию
холодных
трещин.
Лучшая
свариваемость
этой
стали
объясняется
меньшив
..
содержанием
углерода,
чем
в ста
ли
Ст.
5.
Соединения
стержней
из
стали
35ГС
при
дуговой
и
контакт
ной
стыковой
сварке
равнопрочны
основному
металлу.
Проч
..
ность
сварных
соединений
из
стали
35ГС,
выполненных
точеч
ной
сваркой,
больше.
чем
у
стали
Ст.
5,
но
меньше,
чем
у
стали
25Г2С.
Стыковые
соединения
стержней
из
стали
30ХГ2С,
выполнен
ные
при
достаточно
жестких
режимах
оплавлением
с
подогре
вом,
/ИN
..
еют
прочность,
превышающую
минимальную
норму
пре
дела
прочности
стали
в
исходном
состоянии.
Для
предотвращения
образования
кристаллизационных
трещин
при
дуговой
сварке
стержней
из
стали
30ХГ2С
должны
применяться
электроды
типов
Э42А,
Э50А
и
Э55А.
Эта
сталь
из-за
высокого
содержания
углерода,
повышенного
содержания
легирующих
элементов
склонна
к
образованию
закалочных
структур
и
поэтому
обладает
ограниченной
свариваемостью.
Арматура
из
стали
65ГС,
содержащая
большое
количество
углерода,
марганца
и
креь
..
НИЯ,
относится
к
типу
несвариваемой.
Холоднотянугая
сталь
Ст.
3
при
точечной
сварке
на
жест
ких
режимах
обладает
хорошей
свариваемостью,
при
этом
не
наблюдается
снижения
прочности
в
зоне
теплового
влияния,
но
пластичность
понижнется.
При
точечной
сварке
холодносплющенной
арматурной
стали
и
при
соединениях,
выполненных
внахлестку,
'наблюдается
сни
жение
прочностииз-за
частичной
или
полной
потери
наклепа.
При
сварке
нагрев
термически
упрочненной
стали
вызывает
снижение
прочности
в
пределах
от
1,5
до
32
о/о.
Но
при
этом
аб
солютное
значение
прочности
выше,
чем
у
исходной
стали
в
горячекатаном
'виде.
В
табл.
31
приведены
данные
о
свариваемости
арматуры
из
различных
сталей,
применяемых
в
СССР,
условно
оцененные
по
четырехбалльной
системе.
Эта
оценка
произведена
на
основании
данных,
приведенных
в
.р
аботе
[53].
ГЛАВА
VIII
НАТЯЖЕНИЕ
СТЕРЖНЕВОй
АРМАТУРЫ
1.
ОСНОВНЫЕ
СПОСО&Ы
НАТЯЖЕНИЯ
СТЕРЖНЕВОй
АРМАТУРЫ
в
'обычных
железобетонных
конструкциях
по
условиям
рас
крытия
треЩИ1Н
прочность
арматуры
ограничивается
примене
нием
стали
с
браковочным
минимумом
не
более
зоnо
4000
кглсм»
(стали
классов
A-II
и
A-III).
При
применении
ар
матуры
из
стали
с
более
высокими
механичеОКИМlисвоЙства~/.И
(класс
A-IV)
наличие
периодического
профиля
оказывается
не-
достаточным
для
предупреждения
раскрытия
трещин
в
растя
нутой
зоне
бетона
в
допустимых
пределах.
Поэтому
в
практике
используется
более
эффективное
мероприятие
-
создание
в
железобетонных
конструкциях
пред
варительного
напряжения
путем
искусственного
натяжения
арматуры
и
обжатия
бетона.
В
этом
случае
внешняя
нагрузка,
передаваемая
на
предварительно
напряженную
конструкцию,
вначале
должна
.погасить
обжатие
бетона,
вызванное
натянутой
арматурой,
и
только
после
этого
в
нем,
как
и
в
бетоне
обычных
железобетонных
конструкций,
возникают
растягивающие
напряжения.
Предварителыное
напряжение
отдаляет
момент
образования
трещин
в
бетоне,
ограничивает
ширину
их
раскрытия
и
повы
шает
жесткость
конструкций,
а
также
увеличивает
их
выносли
вость
в
условиях
воздействия
многократно
повторяющихся
нагрузок.
В
связи
с
этим
возможно
применение
стали
с
более
высокими
механическими
свойствами.
Следовательно,
в
предварительно
напряженных
конструк
циях
может
быть
использована
сталь
с
очень
высокими
проч
ностными
характеристиками,
так
как
чем
выше
прочностные
характеристики,
тем
соответственно
больше
должно
быть
уси
лие,
при
котором
арматура
может
быть
натянута.
При
этом
положительная
роль
периодического
профиля
по
повышению
сцепления
арматуры
с
бетоном
не
теряет
своего
значения;
это
качество
арм
атуры
испольэуется
в
предварительно
напряжен
ных
конструкциях
как
при
работе
железобетонного
элемента
189