3. Влияние различных факторов на свойства стали

3.1 Старение

Под старением понимают изменение свойств низкоуглеродистой стали без заметного изменения ее микроструктуры, Старение снижает пластичность листовой стали немного повышает прочность, но снижает, сопротивление хрупкому разрушению и порог хладноломкости.

Различают термическое и деформационное (иногда термодеформационное) старение. Термическое старение вызвано понижением растворимости углерода и азота в малоуглеродистых сталях, резко охлажденных с температур 650...700 °С (после прокатки, сварки и т.п.) до комнатной температуры. Во время последующей выдержки при комнатной температуре (естественное старение) или небольшом на, нагреве (50...150 °С) (искусственное старение) из феррита выделяются третичный цементит, иногда нитриты Fe6N2 , Fc4N. Образуются также атмосферы Коттрелла, т.е. группы атомов углерода и азота вокруг дислокаций.

Деформационное старение происходит в сталях, подвергавшихся холодной деформации (холодная гибка, правка и т.п.), и связано в основном с образованием атмосфер Коттрелла у скоплений дислокаций. Процесс развивается в течение 15...16 суток при 20 °С и за несколько минут при 200...350 °С.

Образование дисперсных атмосфер Коттрелла затрудняет движение дислокаций. Старение малоуглеродистых строительных сталей может стать причиной разрушения конструкции, особенно при низких температурах. Чтобы уменьшить склонность стали к старению, при выплавке применяют дегазацию и модифицирование алюминием, титаном и ванадием. которые связывают азот и нитриды. Для ряда сталей предусмотрены специальные испытания на определение склонности к старению.

3.2 Влияние температуры

Механические свойства стали при нагревании ее до температуры t = 200…250 °С практически не меняются. При температуре 250...300°С прочность стали несколько повышается, пластичность снижается. Сталь в изломе имеет крупнозернистое строение и становится более хрупкой (синеломкость). Не следует при этой температуре деформировать сталь или подвергать ее ударным воздействиям.

Нагрев выше 400°С приводит к резкому падению предела текучести и временного сопротивления, а при t = 600...650°С наступает температурная пластичность и сталь теряет свою несущую способность.

При отрицательных температурах прочность стали возрастает, ударная вязкость падает и сталь становится более хрупкой.

Зависимость ударной вязкости от температуры характерна тем, что переход от вязкого разрушения к хрупкому происходит, как правило, скачкообразно, в узком температурном диапазоне, называемом порогом хладноломкости. Ударная вязкость, определенная при испытании образцов с надрезами типа U, обозначается KCU, а образцов с надрезами типа V и трещиной - соответственно KCV и КСТ. Обычно в качестве порога хладноломкости принимают температуру, при которой ударная вязкость становится меньше определенного значения: KCU, KCV и КСТ соответственно 30...40, 20 и 15 Дж/см2. Температуру, при которой ударная вязкость снижается до этого установленного значения, принимают за порог хладноломкости или критическую температуру перехода стали в хрупкое состояние Тcr. Данные о критических температурах хрупкости позволяют установить температурный интервал, при котором рекомендуется использовать в конструкциях ту или иную сталь.

В соответствии с действующими нормами проектирования стальных конструкций повышение их надежности против хрупкого разрушения достигается в основном выбором марки стали с гарантией ударной вязкости при пониженной температуре, а также специальными мероприятиями на стадиях конструирования и изготовления. Однако такой подход не всегда гарантирует от хрупких разрушений стальных конструкций. В настоящее время ведутся разработки по созданию более объективных методов оценки сопротивляемости конструкций хрупкому разрушению. Для сталей, используемых в строительных конструкциях, среди факторов, вызывающих хрупкое разрушение, одним из доминирующих является снижение температуры. В связи с этим сопротивление элементов стальных конструкций хрупкому разрушению отождествляют с понятием их хладостойкости.