Свариваемость и служебные свойства сталей 18Гпс (Ст.3Гпс) и Ст.5Гпс

Сталь 18Гпс (Ст.3Гпс). Исследование свариваемости и служебных свойств стали 18Гпс в сравнении со сталью ВСт.3сп производили в Институте электросварки им. Е.О. Патона, Центральном научно-исследовательском институте строительных конструкций, Центральном научно-исследовательском институте технологии машиностроения м Всесоюзном научно-исследовательском и конструкторском институте химического машиностроения на листах толщиной 12—30 мм, удовлетворяющих требованиям группы В ГОСТ 380—60 по прочности и пластичности, а также ударной вязкости при -20° С и после механического старения.

Свойства сталей 18Гпс и ВСт.3сп при пониженных температурах в условиях статических нагрузок оценивали путем испытания на растяжение гладких образцов и с концентраторами напряжений в виде кольцевых выточек в интервале температур от +20 до —100°C. Характер повышения прочностных свойств на гладких образцах с понижением температуры испытании стали обеих марок примерно одинаков. Нa образцах из стали 18Гпс с концентраторами напряжений наблюдали монотонное повышение прочностных характеристик с понижением температуры до ~100°С, а для образцов из стали ВСт.3сп — только до температуры -76° С, ниже которой прочность снижалась (рис. 98).

Исследования чувствительности стали 18Гпс к зарождению и распространению хрупких трещин, выполненные по методике, описанной ранее, показали, что при пониженных температурах она превосходит спокойную сталь ВСт.3сп (см. рис. 74, 75). Однотипные сварные соединения из сталей 18Гпс и ВСт.3сп имеют практически одинаковую выносливость (рис. 99).

Сталь 18Гпс характеризуется несколько более высокими стабильностью и уровнем механических свойств, чем сталь ВСт.3сп, во всем исследованном диапазоне положительных температур (до 500° С) независимо от толщины листа (рис. 100, 101). Холодная деформация (изгиб под прессом с последующим выправлением) стали 18Гпс не оказала существенного влияния на уровень и характер изменения механических свойств после старения в течение 1000—2000 ч при 250—350° С (район синеломкости) по сравнению с горячекатаным металлом при испытании как при положительных, так и при отрицательных температурах (рис. 102, 103). Сталь 18Гпс мало чувствительна к термическому старению и в термически состаренном состоянии имеет высокие значения ударной вязкости вплоть до температуры -40° С (рис. 104).

По стойкости в химически активных средах сталь 18Гпс практически не отличается от спокойной. В раствоpax щелочей при 110°C исследуемые стали имели следующую скорость общей коррозии:

He уступала полуспокойная сталь 18Гпс спокойной стали ВСт.3сп и по склонности к коррозионному растрескиванию образцов в исходном состоянии в растворе нитратов [57% Ca(NО3)2 и 6% NН4NO3] при 110°C (табл. 101).

В образцах металла шва сварных соединений из сталей 18Гис и ВСт.3сп в листе толщиной 8 мм, независимо от примененных электродов, были обнаружены трещины после 24—78 ч испытаний в растворах нитратов. За время испытаний (-400 ч) в растворах щелочи трещин и сварных образцах из обеих сталей не обнаружено.

Свариваемость стали 18Гпс при содержании углерода в прокате в пределах 0,21—0,25% оценивали в сравнении со спокойной сталью ВСт.3сп.

Проверку стойкости металла шва против образования кристаллизационных трещин производили на тавровых и стыковых образцах сварных соединений из листовой стали толщиной 30 мм, выполненных электродами с обмазкой ЦМ-7, ОММ-5 и АНО-4, а также автоматической сваркой проволокой СБ08А под флюсом АН-348А па режимах, широко принятых для аналогичных соединений из спокойной стали ВСт.Зсп. При содержании марганца до 1,1% сталь 18Гпс оказалась стойкой против образования горячих трещин при сварке. Максимальная разница по твердости основного металла и околошовной зоны для стали 18Гпс с содержанием марганца 1,1% мало отличается от аналогичного показателя для спокойной стали ВСт.3сп (рис. 105).

Деформационная способность сварного соединения из стали 18Гпс с содержанием углерода и марганца и а верхнем пределе по ЧМТУ 1-47—67 при испытании образцов с поперечным стыковым швом на загиб до образования первой трещины оказалась такой же, как у стали ВСт.3сп. Образцы со «снятым усилением» выдерживали без разрушения угол загиба 180°. Остальные образцы разрушались, как правило, по околошовной зоне в месте перехода от шва к основному металлу (угол загиба для сравниваемых сталей одинаковый).

По чувствительности к подкалке и склонности к образованию трещин в результате кислородной резки сравниваемые стали имели одинаковые результаты. Критическая температура перехода в хрупкое состояние околошовной зоны сварного соединения из стали 18Гпс оказалась на 20 град ниже, чем для спокойной стали ВСт.3сп (рис. 106). Сопротивляемость сварных соединений из стали 18Гпс действию ударных нагрузок оценивали путем испытания на копре образцов — балок с поперечным швом. Во всех случаях образцы из стали 18Гпс выдерживали большее число ударов, чем из спокойной стали ВСт.3сп (рис. 107).

Таким образом, по показателям свариваемости сталь 18Гпс не уступает спокойной стали ВСт.3сп. Поэтому сварку полуспокойной стали 18Гпс следует производить, применяя те же режимы и электроды, что и для стали ВСт.3сп.

Сталь Ст.3Гпс. Исследование служебных свойств сталей Ст.5Гпс в сравнении со сталью Ст.5с.п производили во Всесоюзном научно-исследовательском институте сельскохозяйственного машиностроения на угловом профиле с толщиной полки 12 мм.

Влияние термического старения на склонность стали Ст.5Гпс (0,24—0,29% С и 0,81—1,18% Mn) к хрупкому разрушению определяли путем испытания на ударный изгиб стандартных образцов, которые предварительно нагревали до 650° С, охлаждали в воде и затем отпускали при 70° С в течение 4 ч. Установлено, что сталь Ст.5Гпс не склонна к термическому старению (табл. 102).

Испытания на статический изгиб таких же образцов при температурах +20, -20 и -40° С (проба Драгомилова) показали, что удельные работы деформации до появления трещины и разрушения после ее образования по абсолютной величине для полуспокойной стали Ст.5Гпс при всех температурах испытания относительно высокие и больше, чем для спокойной стали Ст.5сп в аналогичном прокате (табл. 103).

Испытание на установке Имет — ЦНИИчермет (электрод УОНИ 13/55; Iсв = 280 А) показало значительное преимущество стали Ст.5Гпс по стойкости против образования горячих трещин в процессе сварки: критическая скорость деформации сварного шва для нее составляла 2,9—3,7 мм/мин (<2,1 мм/мин для стали Ст.5сп).

Испытание на ударный изгиб выявило, что критическая температура хрупкости tк1 образцов из околошовной зоны (при погонной энергии сварки от 1500 до 3000 кал/см) составляет —40° С, а для стали Ст.5сп — от -20 до -40° С.

При исследовании твердости и структуры зоны сварки валиковой пробы установлено, что сталь Ст.5Гпс не обнаружила повышенной склонности к закаливаемости, характерной для стали Ст.5сп. В результате исследований установлено, что но совокупности показателей свариваемости полуспокойная сталь Ст.5Гпс существенно превосходит спокойную сталь Ст.5сп (показатели спокойной стали условно приняты за единицу):