книги из ГПНТБ / Шнееров, Я. А. Полуспокойная сталь

верхнего торца раската, во втором — непосредственно возле него. По максимальной степени положительной и отрицательной сегрегации элементов в прокате полу­ спокойная и спокойная стали близки (табл. 45); в этом отношении полуспокойная сталь выгодно отличается от кипящей, в том числе и закупоренной.

Макроструктура образцов полуспокойной и спокойной стали в сопоставимых условиях отличается мало (рис. 59 и 60). В обоих видах стали отсутствует зона ки­ пения, характерная для кипящей стали (рис. 61). Харак­ тер зональной сегрегации в прокате из полуспокойной

испокойной сталей одинаков, однако для полуспокойной стали ликвационные зоны выражены более отчетливо и в ряде случаев занимают большую площадь по сечению об­ разца. Обнаруженные в промежуточном профиле дефек­ ты макроструктуры претерпевают значительные измене­ ния после прокатки на готовый профиль: несплошности металла завариваются, пористость исчезает или сущест­ венно уменьшается.

Исследованием микроструктуры образцов из полу­ спокойной углеродистой стали установлено, что строение

ихарактер феррито-перлитной структуры обоих видов

стали очень сходны. По месту ликвационных участков в центральной зоне сечения профиля, а для полуспокой­ ной стали, особенно на горизонтах. 15—30% от головного торца раската, в структуре наблюдается повышенное со­ держание перлитной составляющей и ферритная полос­ чатость.

Физико-механические свойства углеродистой полуспокойной стали

Материал и методика исследований. Изучение меха­ нических свойств полуспокойной и спокойной стали вы­ полнено на шести металлургических заводах, имеющих разные способы выплавки стали (мартеновский, конвер­ терный) и различный сортамент проката (листовой, фа­ сонный и сортовой). Исследованы по обширной програм­ ме в основном наиболее широко применяемые в строи­ тельстве и машиностроении стали Ст. 3 и Ст. 5. В ряде случаев для сравнения дополнительно изучали в анало­ гичном прокате также свойства кипящей стали Ст.Зкп с закупориванием и без него.

Сталь всех марок выплавляли в 85—600-т мартенов-

168

ских печах или 26—115-т кислородных конвертерах по действующей технологии. Раскисление спокойного метал­

ления спокойной стали, как правило, применяли 12— 25%-ный и 45—75%-ный ферросилиций, ферромарганец и особенно по сечению раскатов. В арматуре из полу­ ляли в основном ферромарганцем и 45—75%-ным ферро­ силицием (на некоторых плавках применяли 12— 25%-ный ферросилиций и алюминий, а кипящую — толь­ ко ферромарганцем. Кипящую сталь закупоривали 45— 75%-ным ферросилицием или алюминием.

Для исключения влияния металлургических факторов при выплавке и прокатке металла опытные плавки про­ водили в мартеновских печах с выпуском в два ковша и получением в одном из них полуспокойной, а в другом (сравнительном) — спокойной или кипящей сталей.

В тех случаях, когда сопоставляли металл разных плавок (конвертер, одножелобная мартеновская печь), обеспечивали примерно одинаковые содержания углеро­ да, марганца и вредных примесей в сталях. Во всех слу­ чаях сопоставительным испытаниям подвергали прокат одинаковой толщины с примерно одинаковой температу­

перечном направлении. Прочностные свойства и пластич­ ность металла в листовом прокате толщиной 22—40 мм, арматуре диаметром 32—36 мм и в квадрате размером

катной коркой. Испытания на ударную вязкость проводи­ ли на образцах типов I и V по ГОСТ 9454—60; при этом

169

тельных температурах и после механического старения. Значение этого фактора известно и в какой-то мере отра­ жено в ГОСТах, где характеристики некоторых свойств стали дифференцированы в зависимости от толщины про­ ката, однако недостаточно учитывается, в частности, для ударной вязкости.

Это наглядно подтверждается результатами специаль­ ного исследования, проведенного на 50 плавках Коммунарского завода. Было исследовано по горизонтам рас­ ката слитка изменение значений ударной вязкости при —20° С и после механического старения при +20° С (тре­ бования ГОСТ 380—60* для сталей ВСт. Зсп и ВСт. Зпс),

рода, но повышенным (0,8—1,1%) содержанием марган­ ца. С уменьшением толщины листа разница в уровне свойств для рассматриваемых сталей значительно умень­ шается, так как усиливается влияние названных факто­ ров прокатки по сравнению с влиянием степени раскис­ ленности стали (рис. 63—66). Столь значительное влия­ ние толщины готового проката на хладостойкость стали указывает на необходимость дифференцированного под­ хода к замене углеродистой спокойной стали на полуспо­ койную в зависимости от этого фактора. Это послужило основанием для условного разделения профилей проката на группы по толщине в разработанных рекомендациях по применению полуспокойных сталей. Более высокие по­ казатели хладостойкости полуспокойной стали 18Гпс по сравнению со спокойной сталью ВСт. Зсп (рис. 63—66) показывают, что влияние химического состава стали так­ же может превалировать над степенью ее раскислен­ ности.

*Температура, при которой минимальное значение ударной вязкости образцов составляло 3 кгс-м/см2 .

**Отношение снижения ударной вязкости в результате механи­ ческого старения к исходному значению этой характеристики при комнатной температуре.

171

койная сталь мало отличается от спокойной. В этом от­

172

всех типов стали наблюдается общая тенденция к значи­ тельному снижению предела текучести с увеличением толщины проката при относительной стабильности вре­ менного сопротивления и относительного удлинения (рис. 67).

При одинаковых содержаниях углерода и марганца временное сопротивление полуспокойной стали в среднем на 2 кгс/мм2 , а предел текучести — на 1 кгс/мм2 ниже, чем спокойной. Относительное удлинение полуспокойной стали несколько выше, чем спокойной. Повышение проч­ ностных характеристик полуспокойной стали до уровня спокойной может быть достигнуто путем небольшого по­ вышения содержания углерода (примерно на 0,02%) и марганца. Прочностные свойства кипящей стали на 3— 4 кгс/мм2 ниже, чем полуспокойной. Относительное удли­ нение кипящей стали выше, чем у полуспокойной, и тем более, чем у спокойной стали.

Механические свойства при испытании на растяжение листового и фасонного проката толщиной до 10 мм и сор­ тового — до 16 мм из стали Ст. Зсп соответствуют нормам ГОСТ 380—60* для спокойной стали (табл. 47). По удар­ ной вязкости при температурах +20, —20 и —40° С и пос­

(табл.50).

В связи с тем что в прокате толщиной < 1 0 мм (при испытании образцов типа V по ГОСТ 9454—60) tKi стали обоих типов лежит ниже —40° С, была определена удар­ ная вязкость образцов указанного сечения при более низ­ ких температурах (до —100° С). Результаты этих испы­ таний показывают, что по хладостойкости полуспо­ койная и спокойная стали марки Ст. 3 в прокате рассматриваемых толщин сходны: t лежит при —80° С и ниже.

Для накопления данных о свойствах полуспокойной стали по сравнению со спокойной в листовом и фасонном прокате толщиной 5—10 мм были проведены испытания

173

174