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

НИИхиммаш. Для исследований использовали в основ­

является сопротивляемость сварных соединений воздей­

образцы в виде пластин сечением 200X30 мм и длиной 1100 мм с приваренными поперечными ребрами [251, 252]. Образцы сваривали вручную электродами УОНИ 13/45. Образцы подвергали испытаниям на переменный изгиб (10 млн. циклов при пульсирующем и симметрич­ ном циклах напряжений). За критерий усталостного разрушения принимали критическое состояние трещины усталости, т. е. такую ее глубину (3—4 мм), при которой появляется вероятность мгновенного хрупкого разруше­ ния элемента под действием низких номинальных на­ пряжений. Исследования показали, что выносливость сварных соединений из сталей ВСт.Зпс, ВСт.Зсп и ВСт.Зкп практически одинакова (рис. 73). Аналогичные результаты были получены на образцах со стыковыми швами и при испытании сварных балок.

Первостепенное значение для надежности сварных конструкций имеет высокая сопротивляемость конструк­ ционных материалов хрупким разрушениям. Стандарт­ ные испытания на ударный изгиб позволяют произвести лишь сравнительную оценку склонности различных ста­ лей к хрупкому разрушению, однако результаты этих

197

испытаний не могут быть использованы для инженерных расчетов и являются условными.

Для исследования чувствительности стали к зарож­ дению хрупких трещин испытывали на растяжение при различных температурах прямоугольные пластины с центральным симметричным надрезом, вырезанные из листа толщиной 20 мм и подвергнутые деформированию

тельности состаренной стали к зарождению хрупких тре­ щин служила величина номинальных разрушающих на­ пряжений, выраженная в виде функции температуры ис­ пытаний и сопоставленная с основной расчетной характеристикой металла — пределом текучести горяче­ катаной стали [253].

Результаты испытаний свидетельствуют о том, что полуспокойная сталь ВСт.Зпс по склонности к зарожде­

Оценка стали по ее сопротивляемости распростра­ нению хрупких трещин основана на способности метал­ ла «гасить» зародившуюся трещину. Испытанию подвер­ гали образцы в виде пластин испытываемой стали раз­ мером 750X250X20 мм с приваренным к ним составным ребром. Узкая щель в месте примыкания ребер являлась

198

очагом зарождения трещин. В процессе испытания об­ разец, охлажденный до определенной температуры, на­ гружался на разрывной машине до заданной величины. В момент достижения требуемой нагрузки по образцу маятниковым бойком наносился удар (со стороны, про­ тивоположной приваренному ребру). В результате удара образовывалась трещина, которая в зависимости от

-300

свойств металла останавливалась или пересекала все се­ чения образца. В результате серии испытаний установ­ лено для каждой температуры критическое напряжение, ниже которого трещина не распространялась на все се­ чение (рис. 75).

Исследования показали, что стали Ст.Зсп и Ст.Зпс по склонности к распространению хрупких трещин практи­ чески равноценны и в области пониженных температур несколько превосходят кипящую сталь Ст.Зкп.

Для испытания сварных соединений на удар при по­ ниженных температурах служили образцы-балки тавро­ вого сечения, изготовленные из листовой стали исследуе­ мых марок толщиной 8, 10 и 20 мм. Сварку проводили разными способами и электродами на обычно применяе­ мых режимах. Испытания образцов производили на коп­ ре при температурах в интервале (—10)-г- (—40)° С до появления первой трещины.

199

ударных нагрузках большее влияние оказывает вид сварочного материала, чем степень раскисленности ос­ новного металла. Так, сварные соединения из стали ВСт.Зкп, выполненные электродами УОНИ 13/45, имеют более высокую стойкость против ударных нагрузок, чем образцы из спокойной стали при применении электрода ОММ-5.

При условии осуществления сварки одинаковыми электродами стойкость сварных соединений из • полуспо­ койной и спокойной сталей против ударной нагрузки при отрицательных температурах практически одинакова (см. табл. 61).

200

нагрузок испытывали на растяжение специальные образ­ цы в интервале температур от +20 до —100° С. Образ­ цы вырезали из фасонного проката толщиной 20 мм.

Как видно из рис. 76, характер изменения прочност­ ных свойств и пластичности при понижении температу­ ры у обеих сталей был одинаковым.

201

Исследовали также поведение малоуглеродистых сталей Ст.З при статическом растяжении в условиях низ­ ких температур с искусственно созданной трещиной ус­ талости. Для этого предварительно на образцах из ли­ ста толщиной 20 мм получали усталостную трещину при пульсирующем цикле нагружения (0тах=17-т-

4-18 кгс/мм2 ) на пульсаторе 2ДМ-200, после чего их со­ страгивали до размера, при котором глубина остающей­ ся трещины усталости составляла 10 мм, с другой сторо­ ны образца делали искусственный надрез. Критическая температура перехода усталостной трещины в хрупкую для всех трех видов стали (Ст.Зсп, Ст.Зпс, Ст.Зкп) нахо­ дилась ниже—60° С (рис. 77). По указанному показате­ лю полуспокойнал и спокойная стали близки между собой.

Дальнейшие исследования с использованием усовер­ шенствованных методик (по величине критического раскрытия трещины) показали, что полуспокойная и

202

Т а б л и ц а 62. Результаты коррозионных испытаний малоуглеродистых сталей

НИИхиммаш в различных агрессивных средах при ком­ натной и повышенной температурах, не показало какоголибо преимущества спокойной стали перед полуспокой­ ной и кипящей.

Как в малоактивных, так и в агрессивных средах стой­ кость углеродистого металла против общей коррозии не

203

служебных свойствах сварных конструкций из листа тол­ щиной более 10 мм из полуспокойной и спокойной стали Ст.З не наблюдается, если они удовлетворяют требова­ ниям ГОСТ 380—60* по ударной вязкости при —20° С и после механического старения.

204

Некоторые авторы [255, 256] утверждают, что полу­ спокойная сталь Ст. Зпс по склонности к хрупкому раз­ рушению ближе к кипящей стали, чем к спокойной. Та­ кое утверждение основано на данных по ограниченному количеству плавок, при отборе которых не были исклю­ чены факторы, влияющие на свойства стали не в мень­ шей мере, чем степень ее раскисленности: химический состав сравниваемых сталей в указанных исследованиях существенно различался, а изучение служебных харак­ теристик проката выполнено на металле с физико-меха­ ническими свойствами на уровне, не соответствующем нормальному соотношению между спокойным, полуспо­ койным и кипящим металлом.

Нормы химического состава и механических свойств углеродистых полуспокойных сталей

Результаты выполненных исследований и промыш­ ленного внедрения позволили определить нормы хими­ ческого состава основных марок мартеновской и конвер­ терной углеродистой полуспокойной стали, необходимые для обеспечения требований к свойствам спокойной ста­ ли аналогичных марок (табл. 64). Мартеновские и кон­ вертерные углеродистые и полуспокойные стали постав­ ляются в основном по ГОСТ 380—71. Нормируемые по­ казатели и требования по механическим свойствам (табл. 65) для них такие же, как и для углеродистых спокойных сталей соответствующих марок, групп и категорий. Из полуспокойных сталей по ГОСТ 380—71 изготовляются тонкий (холоднокатаный и горя­ чекатаный) лист .(ГОСТ 16523—70), толстый лист и ши­ рокая полоса (ГОСТ 14637—69), арматура железобетон­ ных конструкций (ГОСТ 5781—61 * ) , сортовой и фасон­ ный прокат (ГОСТ 535—58), катанка (ГОСТ 14085— 68), а также гнутые профили (ГОСТ 11474—65, ГОСТ 8281—69, ГОСТ 8282—57). Стандартами (ГОСТ 536—70 на сортовую сталь для котельных связей, ГОСТ 499—70 на круглую сталь для заклепок, ГОСТ 5520—69 на ли­ стовую сталь для котлостроения и сосудов, работающих под давлением) предусмотрены дополнительные по срав­ нению с ГОСТ 380—71 ограничения по содержанию се­ ры (не более 0,040%) в углеродистых полуспокойных сталях. Некоторыми стандартами (ГОСТ 536—70 на сталь для котельных связей, ГОСТ 5521—67 на корпус -

205

не более