Выбор рационального способа повышения свойств полуспокойной стали » Ремонт Строительство Интерьер. Лесное дело и деревообработка.

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Выбор рационального способа повышения свойств полуспокойной стали

29.10.2020

В настоящее время для сварных металлических конструкций в строительстве и машиностроении наиболее широко применяется спокойная сталь ВСт.3сп. Для тяжело нагруженных элементов сварных конструкций сельскохозяйственных машин в значительных количествах применяется также спокойная сталь Ст.5сп. В то же время установлено, что для обеспечения надежной свариваемости содержание углерода в углеродистой стали не должно превышать 0,25%, а в низколегированной 0,20 0,22%, хотя в ряде работ отмечается, что применение качественных электродов позволяет сваривать без затруднений сталь с содержанием <0,3% С.

Вследствие повышенного содержания углерода (0,28—0,37%) сталь Ст.5сп склонна к образованию трещин в сварных швах и холодных трещин в околошовной зоне, а также к перегреву и закалке в зоне сварки, поэтому при изготовлении сварных конструкций из стали необходимо применять специальные электроды и пониженные режимы сварки. Для получения качественного сварного соединения в ряде случаев требуются подогрев, замедленное охлаждение, последующая термическая обработка. Выполнение дополнительных требований при изготовлении сельскохозяйственных машин вызывает производственные затруднения, повышение трудоемкости и себестоимости сварочных работ. В связи с этим сварка стали Ст.5сп производится в основном но упрощенному технологическому режиму без выполнения этих требований, что снижает долговечность и надежность сварных узлов машин. В то же время переход на применение в сварных конструкциях сельхозмашин стали Ст. 5сп вместо стали Ст.3сп позволило на 10—12% снизить их массу. В связи с этим задачу изыскания новой (полуспокойной) стали с улучшенной свариваемостью для этих условий надлежало решать путем снижения содержания углерода в стали и сохранения гарантированного ГОСТ 380—60 для спокойной стали Ст.5сп уровня предела текучести — основной расчетной характеристики при проектировании сельскохозяйственных машин.

Повышение свойств углеродистой полуспокойной стали до уровня, характерного для спокойной стали в толстых профилях проката, могло быть осуществлено путем легирования, значительного снижения температуры конца прокатки или термической обработки. Поскольку снижение температуры конца прокатки связано с уменьшением производительности прокатных станов, работающих на большинстве отечественных предприятий без резервов, и требует в ряде случаев модернизации оборудования, этот путь повышения свойств стали не получил практического применения.

При термическом упрочнении значительно повышаются хладостойкость (снижается на 20—25 град) и прочностные свойства (на 25%) толстолистовой полуспокойной стали Ст.3пс и снижается чувствительность к механическому старению. Исследованиями установлено, что практически нет разницы между свойствами спокойной и полуспокойной стали в термически улучшенном состоянии. В ГОСТ 14637—69 для термически обработанной углеродистой полуспокойной стали Ст. Tпc в листах толщиной 10—40 мм регламентированы такие же нормы свойств, как и для спокойной (Ст. Тсп). Однако вследствие ограниченных средств термической обработки прока та на металлургических заводах этот способ повышения свойств стали используется пока в очень ограниченных масштабах.

Для повышения свойств полуспокойной стали использовано легирование. Для этого могут быть применены элементы, которые при введении в металл в количествах, необходимых для получения требуемого уровня свойств, не вызывают ее перераскисления.

Рассмотрения ряда элементов по возрастающей раскислительной способности при температурах сталеплавильных процессов, влияния этих элементов на свойства стали в горячекатаном состоянии, а также возможности их широкого применения в виде сплавов при массовом производстве сталей показало, что наиболее полно указанным требованиям отвечает марганец.

Исследованию влияния повышенных содержаний марганца на свойства стали, особенно на ее хладостойкость, посвящено значительное число работ. На положительное влияние марганца в стали указывал еще Д.К. Чернов. Он отмечал, что марганец увеличивает вязкость, предел упругости стали, сопротивление ее разрыву и может применяться для уменьшения вредного влияния серы и фосфора на свойства металла в количествах 1% и более. В работах показано, что при повышении содержания марганца встали на 1% временное сопротивление и предел текучести увеличиваются на 8—9 кгс/мм2. По данным, такое увеличение содержания марганца приводит к снижению критической температуры хрупкости на 20—60 град.

В ряде работ возможность получения высокой ударной вязкости и повышенной хладостойкости полуспокойной стали связывается с необходимостью увеличения отношения Мп/С.

Для стали, поставляемой с гарантиями по ударной вязкости при пониженных температурах, рекомендуется иметь отношение Мп/С не менее 5, а в судостроительных сталях повышенного качества — до 8. И. Веен отмечает, что при повышенном отношении Мп/С полуспокойная сталь равноценна или даже превосходит по хладостойкости спокойную мелкозернистую сталь.

В последнее время в связи с широким внедрением сварных конструкций наметилась общая тенденция снижения содержания углерода в конструкционных сталях. Потеря прочностных свойств при этом компенсируется в основном увеличением содержания в стали марганца, который не так отрицательно, как углерод, влияет на ее свариваемость. Отмечается, что наряду с улучшением свариваемости при замене каждой 0,01 % С эквивалентным количеством марганца снижается критическая температура хрупкости стали на 4,5—6,0 град.

Р. Вандербек исследовал механические и служебные свойства полуспокойной стали, содержащей меньше углерода и больше марганца, чем обычно применявшаяся спокойная мелкозернистая сталь класса ABS-С (<0,22% С и 0,6—0,9% Mn), и установил, что для получения регламентированных стандартом ABS прочностных свойств для спокойной корпусной стали в листе толщиной 25—45 мм (ов больше 40,6 кгс/мм2 и от больше 22,4 кгс/мм2) содержание марганца в полуспокойной стали при содержании углерода < 0,20% должно составлять 1,0—1,35%. Критическая температура хрупкости полуспокойной стали с таким содержанием марганца оказалась такой же, как и для спокойной, поэтому она рекомендована автором как полноценный заменитель корпусной спокойной стали в листах толщиной больше 25 мм.

Повышение прочностных характеристик стали при легировании ее марганцем связано с упрочнением обеих структурных составляющих — феррита и перлита (первой вследствие искажения решетки, второй — вследствие большей дисперсности), а также с измельчением действительного зерна металла. Однако главное действие марганца на прочность металла следует рассматривать как результат значительного увеличения перлитной (псевдоэвтектоидной) составляющей в структуре стали.

Благоприятное влияние марганца на хладостойкость полуспокойной стали объясняется измельчением действительного зерна. Ho данным, измельчение зерна на 1 балл приводит к снижению критической температуры хрупкости по ударной вязкости на 15 град.

Однако в соответствии с исследованиями Н. Петча измельчением зерна не исчерпывается благоприятное действие марганца па хладостойкость металла. Он экспериментально доказал большое значение нейтрализации марганцем вредного влияния азота на критическую температуру хрупкости стали в результате ослабления блокировки дислокаций при взаимодействии атомов этих элементов.

По данным, марганец в количестве до 1,3—1,4% практически не влияет на свариваемость стали с содержанием углерода до 0,2%.

Исследованиями установлено, что при содержании до 1,2% марганец является желательным элементом в сварном шве, поскольку значительно увеличивает его ударную вязкость. В ряде работ отмечается положительное влияние повышения содержания марганца в стали в связи с его высоким сродством к сере, вредное влияние которой на свариваемость металла он парализует связыванием ее в прочные сульфиды.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: