4. Будівельні і трубні леговані сталі

До будівельних відносяться низьколеговані сталі, які містять не більше 0,22%С і невелику кількість недефіцитних легуючих

елементів: до 1,8%Мп; до 1,2% 8і; до 0,8%Сг; до 0,8%№; до 0,5% Си; до 0,15% V; до 0,03% Ті; до 0,15% N тощо.

На прокат для будівельних стальних конструкцій розповсюд жується ТОСТ 27772-88. Сталі маркуються С345, С375, С390, С440, С590, де цифри відповідно вказують значення границі текучості а_(и в МПа. До таких сталей відносяться, наприклад, сталі: 09Г2С (С345); 12Г2СД (С345Д); 10ХНДП (С345К); 14Г2АФ (С390); 14Г2АФД (С390Д); 16Г2АФ (С440); 12Г2СМФ (С590). Ці сталі добре зварюються, а це означає, що вони не утворюють під час зварювання холодних і гарячих тріщин, і властивості зварного з’єднання (самого шва і ЗТВ) близькі до властивостей основного металу. Прокат із сталі підвищеної міцності випускається відповідно до ГОСТ 19281- 89 і не підлягає термічній обробці. В стані після гарячого прокатування такі сталі мають <їо.2 = 350-400МПа, ударну в'язкість (КСІІ) при 20°С ~ 0,6 МДж/м²; при -40°С ~ 0,3-0,35 МДж/м²; при -70°С ~ 0,25-0,3 МДж/м².

Основними легуючими елементами являються Мп, 8і, Сг, Иі. Вони підвищують міцність, прогартовуваність, знижують поріг холодноламкості. Подрібнюють зерно аустеніту V, N6, Ті, що підвищує ударну в'язкість, знижує поріг холодноламкості і поліпшує зварюваність.

Для підвищення корозійної стійкості вводять мідь, а також фосфор.

Іноді низьколеговані сталі поставляють після термічної обробки: нормалізації (або нормалізації з високим відпусканням). Деякі сталі застосовують після загартування і відпускання. Усі види термообробки підвищують міцність, знижують поріг холодноламкості і схильність до старіння.

В сучасному будівництві для виготовлення зварних конструкцій, які експлуатуються в умовах знижених температур, використовуються комплекснолеговані сталі типу 12Г2СМФ, 14Г2АФ, 17ХГ2САФ, 14Х2ГМР та інші. Легуючі елементи (Мп, 8і, Сг, В), знаходячись в твердих розчинах, підвищують прогартовуваність і міцність сталей; ванадій і молібден утворюють стійкі карбіди, азот- нітриди або карбонітридні фази, які значно подрібнюють зерно і підвищують температуру початку росту зерна аустеніту.

Таким чином вищеназвані будівельні леговані сталі одночасно мають підвищену міцність і високу в'язкість з низьким порогом

холодноламкості. Ці сталі після нормалізації мають такі чірактеристики: ов=550-600МПа; о₍,,2⁼400-450МПа; 6=20% і КСІ) при -40°С ~ 0,4МДж/м², а при -70°С ~ 0,3 МДж/м². Підвищення механічних властивостей відбувається також після прокатування й іііиндкого охолодження (ВТМО).

Більшість марок низьколегованих сталей мають після обробки фернто-перлітну структуру (наприклад: 09Г2С, 10ХСНД, 14Г2АФ). Однак цілий ряд сучасних комплекснолегованих сталей відносяться по мартенситно-бейнітного класу.

Діаграма неізотермічного розпаду аустеніту однієї з таких і і алей (17Г2САФ) представлена на рис. 246. Для цієї сталі характерним є те, що знижується температура початку перлітного перетворення. При відносно невеликих швидкостях охолодження (<15°С/с) іемпсратури початку бейнітного і мартенситного перетворень також иіижуються. Це пояснюється тим, що під час утворення надпишім того фериту відбувається збагачення вуглецем переохолодженого аустеніту. Область часткового загартування сталі 17ХГ2САФ - при \Уох=3-і00°С/с. Власне, при цих швидкостях охолодження можуть у і іюрюватись тільки змішані структури типу ферит+перліт+бейиіт+ мартенсит. Аналіз механічних властивостей і структури показує, що

Рис. 246. Діаграма неізотермічного перетворення аустеніту в пришовній зоні під час зварювання сталі 17ХГ2САФ.

оптимальний інтервал швидкостей охолодження цієї сталі при зварюванні 1-20°С/с.

Експлуатація конструкцій, труб, будівельних механізмів, а» томобільного транспорту в умовах кліматичного холоду (нижче -60°(') вимагає застосування таких сталей, щоб їх поріг холодноламкосіі (Т₅о) був нижчим ніж робочі температури. Вони називаються холодостійкими.

Окрім критерію холодостійкості, основою для вибору матеріалу служать показники міцності (ав, Сод), технічні властивості і його вартість.

Ефект зниження порогу холодноламкості досягається зменшенням місткості вуглецю в сталі, створенням дрібнозернистої структури (розмір зерен 10-20мкм), зниженням вмісту шкідливих домішок і їх нейтралізацією добавками рідкоземельних металів (РЗМ), а також застосуванням термічної обробки.

Високі характеристики механічних властивостей показують сталі комплекснолеговані мартенситно-бейнітного класу (14ХГН2МДАФБ; 14Х2ГМР; 12ГН2МФАЮ) з о₀,2⁼700-900МПа та сталі бейнітного класу з дисперсним зміцненням (08Г2МФБ).

Такі сталі відносяться до високоміцних холодостійких сталей, які використовуються для виготовлення інженерних споруд, буді- вельно-дорожної та потужної гірничорудної техніки, яка призначається для розробки вугільних, рудних, нафтових та газових родовищ окремих регіонів Сибіру та Крайньої Півночі, і працює при температурах до -70°С.

Марки будівельних сталей вибирають для зварних конструкцій в залежності від їх складності, умов експлуатації і величин діючих навантажень. В зв'язку з цим їх розподіляють на декілька груп (дані Ю.М.Лахтіна):

1. Зварні конструкції, працюючі в особливо тяжких умовах під впливом динамічних і вібраційних навантажень (балки підкранові, елементи конструкцій бункерних і розвантажуючих естакад, балки робочих площадок металургійних цехів). Для цієї групи приймають дві розрахункові температури: і > -40°С і -40°С > І >-60°С; рекомендуються сталі з нормальною міцністю за співвідношеннями: а_в/а_и2= 440/290 (09Г2С);а_в/а₀,₂ =460/330 (12Г2СД, 09Г2С, 15ХСНД тощо), і сталі підвищеної міцності з о_в/а₍)_і2 = 520/400 (12ХСНД і термооброб- лена 09Г2С). Застосування високоміцних сталей (оод^ООМПа), більш схильних до крихкого руйнування, не рекомендується.

2. Зварні конструкції, що знаходяться під безпосереднім впли- іюм динамічних та вібраційних навантажень, крім перелічених у групі 1 (прольоти нахильних мостів доменних печей, прольотні будови і <?пори транспортних галерей і таке інше). Для цієї групи приймають три розрахункові температури. При температурі -30°С, окрім сталей звичайної і підвищеної міцності, використовують високоміцні сталі із співвідношенням с?_в/а₀,2=600/450 (16Г2АФ), а також термічне зміцнені (15ХСНД, 15Г2АФД). При температурах -30°С>1> 40°С і -40^оС>1>-65°С застосовують сталі нормальної міцності

(09Г2С, 12Г2С, 12Г2СД, 15ХСНД).

3. Зварні конструкції перекрить та покрить (ферми, ригелі рам, головні балки перекрить). Для цієї групи конструкцій прийнято наступні температури для розрахунків: якщо 1>-30°С, то рекомендуються еталі з нормальною міцністю (14Г2), з підвищеною міцністю (14Г2АФ, 15Г2СФ), з високою міцністю (16Г2АФ і термічно зміцнені 15ХСНД і 15Г2СФ), а також сталі високоміцні з співвідношенням о_а/ао,2=700/600 (12Г2СМФ); при -30°С>1>-40°С застосовують також високоміцні сталі; при -40°С>1>-65°С високоміцні стані не використовуються.

4. Зварні конструкції, які не підпадають безпосередньому впливу рухомих або вібраційних навантажень (колони, стояки, опорні плити, конструкції, що підтримують технологічне обладнання, і рубопроводи, бункери тощо). Для цієї групи прийняті чотири розрахункові температури: 1>-30°С; -30°С>І:>-40^оС; -40°С>і>-50°С;

50°С>1>-65°С. При температурах до -40°С застосовують сталі високоміцні (16Г2АФ, термічно зміцнені 15Г2СФ, 12Г2СМФ). При більш низьких температурах застосовують сталі нормальної міцності і підвищеної міцності.

Допоміжні конструкції будівель і споруджень, а також клепані конструкції, виготовляють із сталей з нормальною і підвищеною міцністю.

Мости для автотранспорту виготовляють із сталей з о„/а₀,2= ■160/330...700/600 (15ХСНД, 10ХСНД, 12Г2СД, 16Г2АФ).

Гусеничні й крокуючі екскаватори, важко навантажені елементи несучих конструкцій виготовляють із сталей з о_в/оо,2= 700/600... 850/750 (12Г2СМФ, 14Х2ГМР, 14ГСМФР).

Для резервуарів великих об'ємів, газгольдерів та інших ємкостей рекомендовано сталі з а_в/а_о,2=460/330...700/600 (09Г2С,

І6Г2АФ, 12Г2СД, 12Г2СМФ).

Сталі для магістральних газопровідних труб повинні добре зварюватись, мати високі значення міцності і достатні характеристики пластичності, в'язкості і опірності крихкому руйнуванню при температурах монтажу і служіння газопроводу. Труби великих діаметрів виготовляють із сталей 13Г1С, 09Г2ФБ, 10Г2ФБ, 17ГС. В залежності від призначення вони можуть використовуватись після термічної обробки (поліпшення, нормалізації) або в гарячекатаному стані (рис. 247). За останні роки для виготовлення труб рекомендовані комплекснолеговані сталі 14Г2САФ, 14Г2СФБ, 16Г2САФ з а„ до 600 МПа і а₀,2 до 450 МПа.

П

а)

Рис. 247. Мікроструктура зварного з’єднання тпуби і, „ • , пгг-

X ,00;6)_т,,_хтХар™ ™ ^

ісля зварювання низьколеговані сталі для зняття напружень підлягають високому відпусканню при температурах 630-700°С.

Для трубопроводів великої протяжності по транспортуванню і крапленого (при -80°С) природного газу використовуються економію леговані холодостійкі сталі (06Г2НАБ).