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

5—10 мм до заданного уровня налива металла в излож­ нице.

Количество алюминия для первого поддона устанав­ ливается исходя из необходимости получения нормально раскисленного слитка полуспокойной стали, которая по типовой технологической инструкции должна характери­ зоваться продолжительностью ис­ крения металла после закрытия стопора в течение 15—75 с и об­ разованием выпуклой или плос­ кой поверхности головной части слитка без крупных наплывов.

Поданным [262], раскисление стали 08пс алюминиевой дробью в два приема (в центровую и спу­ стя 1—30 с после закрытия стопо­ ра на зеркало металла) позволя­ ет значительно увеличить количе­ ство слитков с оптимальной раскисленностью и уменьшить отсор­ тировку холоднокатаных листов по расслою.

Типичный слиток нормально раскисленной полуспокойной ста­

ли с раскислением в центровой имеет рассредоточенную усадочную раковину (до 23% от верхнего торца), надеж­ но изолированную от атмосферы пузыристым металличе­ ским «мостом» (рис. 78). Под усадочной раковиной име­ ется рыхлость, распространяющаяся вглубь слитка до 60%) от верха.

Периферийная зона имеет плотную корочку толщи­ ной 20—25 мм и сотовые пузыри длиной 35—55 мм. Вто­ ричные пузыри не наблюдаются.

По макроструктуре периферийной зоны рассматри-

217

ваемый слиток идентичен закупоренному слитку кипя­ щей стали, а по внутренней структуре и строению «мо­ ста»— слитку полуспокойной стали с ковшовым вариан­ том раскисления.

В указанном слитке четко выявляются зоны осевой и внеосевой неоднородности, характерные для полуспо­ койной стали ковшового варианта раскисления. Особен­ ностью слитка полуспокойной стали с раскислением в центровой является наличие на серном отпечатке темно-

сей наблюдаются в подусадочной области, минималь­ ные — в корковой зоне слитка.

По химической неоднородности слиток полуспокой­ ной стали с раскислением в центровой существенно пре­ восходит слиток кипящей стали [262] (табл. 72).

Как отмечают авторы [263], при вводе в слиток ки­ пящей стали алюминия резко изменяется характер не­ металлических включений. В стали 08пс совершенно от­ сутствуют оксиды и оксисульфиды, но наблюдаются шпинели и алюминаты (глинозем). При этом содержа­ ние шпинелей возрастает, а глинозема-—снижается or нижней к верхней части слитка. Среднее по ширине слитка суммарное количество неметаллических включе­ ний в стали 08пс примерно на 1,5—2 балла по ГОСТ 1778—62 ниже, чем в стали 08кп.

Неоднократное исследование макроструктуры слябов из сталей 08пс и Ст.Зпс на заводе «Запорожсталь» [263] показало, что в раскатах слитков нормально раскислен­ ной стали грубые нарушения сплошности наблюдаются на расстоянии 5% от верхнего торца при наличии на ни-

218

жележащих горизонтах отдельных неокисленных и чи­ стых по неметаллическим включениям трещин, которые полностью завариваются при дальнейшей прокатке на тонкий лист. В раскате слитка кипящей стали эти дефек­ ты зачастую наблюдались на расстоянии до 8,5—10% от верхнего торца, что в сочетании с повышенной химиче­ ской неоднородностью определяло меньший по сравне­ нию со слитком полуспокойной стали выход годного про­ ката (головная обрезь 5—15% против 4—6%).

По качеству поверхности горячекатаные и холодно­ катаные листы из кипящей и полуспокойной стали с рас­ кислением в центровой практически не различаются Переход на производство полуспокойной стали тако­ го типа вместо кипящей позволил уменьшить в 2—3 ра­

за и более отбраковку тонких листов по расслоениям на заводе «Запорожсталь» и у потребителя металлопро­ ката.

Листы из полуспокойной стали с раскислением алю­ минием в центровой имеют более высокую, чем из кипя­ щей стали, однородность механических свойств по рас­ кату слитка и от плавки к плавке, что обеспечивает уменьшение количества отклонений от требований стан­ дартов по значениям временного сопротивления и отно­ сительного удлинения [263].

Физико-механические и служебные свойства

Сравнительное исследование уровня физико-механи­ ческих свойств полуспокойной стали с раскислением по двум вариантам — в ковше ферросилицием или в центро­ вой алюминием, а также обычной кипящей, закупорен­ ной кипящей и спокойной сталей Ст. 3 в листе толщиной 12—16 мм по горизонтам раската слитка проведено УНИИМ и Коммунарским заводом [246]. Полученные результаты (табл. 73) свидетельствуют, что в листе толщиной 12—16 мм полуспокойная сталь с раскислением в центровой по уровню значений критической температу­ ры хрупкости и количеству образцов, выдержавших ис­ пытания на ударную вязкость при отрицательной тем­ пературе и после механического старения в соответствии с ГОСТ 380—60*, существенно уступает полуспокойной стали с раскислением в ковше и мало отличается от хи­ мически закупоренной кипящей стали.

О значительном преимуществе по величине ударной

219

вязкости полуспокойной стали с раскислением в ковше в сравнении с металлом с раскислением в центровой сви­

ударной вязкости только в 61—90% случаев; сталь, рас­ кисленная в ковше, в указанном прокате полностью со­ ответствует этим требованиям.

Свойства полуспокойных сталей Юпс (0,07—0,14% С, 0,35—0,65% Мп, сл. Si, ^0,040% S и 0,035% Р) и 20пс (0,17—0,24% С, 0,35-0,65% Мп, сл. Si, <0,040% S и 0,040% Р) по ЧМТУ 1-737—69 с раскислением в центро­ вой в тонком (толщиной 1,5 и 3,0 мм) листе изучены Ин­ ститутом черной металлургии, Всесоюзным научно-ис­ следовательским институтом сельскохозяйственного ма­ шиностроения и заводом «Запорожсталь».

Результаты испытаний тонких горячекатаных и хо­ лоднокатаных листов показали, что при одинаковых со­ держаниях углерода и марганца в прокате полуспокой­ ная сталь с раскислением в центровой алюминием имеет более низкие, чем соответствующая спокойная, проч­ ностные свойства (0в — на 4 кгс/мм2 и о т — на 2 кгс/мм2 ) и более высокое относительное удлинение [на 2—3% (абс.)]. Тем не менее полуспокойная сталь практически полностью удовлетворяет требованиям ГОСТ 16523—70 к спокойной стали по временному сопротивлению и в боль­ шей мере, чем спокойная, — по относительному удлине­ нию.

Как в горячекатаном состоянии, так и после механи­ ческого старения полуспокойная сталь в горячекатаном листе толщиной 3 мм не уступала спокойной по значе­ нию ударной вязкости1 при температурах от +20 до —40° С (табл. 75).

Спокойная и полуспокойная стали в листе указанной толщины малочувствительны к снижению температуры от +20 до —40° С при испытании на статический изгиб образцов размером 5 5 Х Ю Х З мм с надрезом Менаже (табл. 76). По значениям удельной работы зарождения (А\) я распространения (А2) трещин при статическом из­ гибе образцов полуспокойная сталь также не уступает

1 На образцах размером 5 5 Х Ю Х З мм с надрезом Менаже ( г = = 1 мм; А = 2 мм).

221

223

спокойной соответствующих марок в горячекатаном со­

Штампуемость горячекатаного листа толщиной 3 мм определяли двумя способами — вытяжкой и гибкой. Для испытания вытяжкой был принят метод ЦНИИТмаш (штамповка цилиндрических колпачков из квадратных заготовок). В качестве критерия для оценки штампуе­ мое™ был принят размер заготовки, при котором еще не наблюдался разрыв колпачков. Степень вытяжки листа (отношение предельного размера заготовки к диаметру колпачка) для испытуемых сталей колебалась в узких пределах (1,68—1,77) и была примерно одинаковой. Од­ нако количество обрывов колпачков при штамповке лис­ та из полуспокойных сталей было в 1,2 раза меньше (27—47% против 37—56% для спокойных).

224

Определение штампуемости гибкой производили на образцах в виде полос размером 200X40X3 мм, отобран­ ных от листа вдоль прокатки.

до тех пор, пока образец не получал давление, при кото­ ром изделие ближе всего соответствовало геометрии ин­ струмента. Разность между углами изделия после и до снятия нагрузки (угол пружинения металла) увеличива­ лась с повышением радиуса гиба и была на 1—4° больше у спокойной стали.

Свариваемость стали определяли путем изучения чув­ ствительности листа к ожогу, прочности точечных свар­ ных соединений при работе на обрыв, а также по влия­ нию термического цикла сварки на структуру и твердость точек.

Чувствительность тонколистовой стали к ожогам ис­

мазанным электродом диаметром 3 мм при токе коротко­ го замыкания 105 А и напряжении холостого хода 40 В. Результаты исследований показали, что полуспокойные стали менее чувствительны к ожогам, чем спокойные ана­ логичных марок (табл. 77).

Исследования прочности точечных соединений из го­ рячекатаной и холоднодеформированной сталей проводи­ ли путем испытаний крестовых образцов на отрыв. Свар­

контактной поверхности электрода, равном 9 мм, произ­ водили на машине МТП-200. Средние результаты испы­ таний приведены в табл. 78.

Прочность на отрыв точечных соединений в состоянии поставки не зависит от вида стали. Предварительная хо­ лодная деформация качественной спокойной стали Юсп и 20сп практически не изменила прочности сварных сое­ динений. Для полуспокойной стали наблюдалось сущест­ венное влияние деформации на прочность точечных сое­ динений. Однако однозначного влияния вида стали на уровень прочности образцов из деформированного метал­ ла не установлено (сталь Юпс была значительно лучше, чем сталь Юсп, а 20пс — несколько хуже, чем 20 сп). Бо­ лее высокая прочность точечных соединений из стали 10 по сравнению со сталью 20, очевидно, объясняется луч­ шей свариваемостью и большим размером ядра точки в первом случае.

Структура основного металла в сварных соединениях была феррито-перлитной. Литое ядро точки имело столб­ чатую сорбитную или троостито-сорбитную структуру со следами феррита. В зоне термического влияния наблюда­ лись мелкие зерна сорбита, феррита и зачастую — участ­ ки мартенсита. Зона сварки (в пластическом состоянии) имела сорбитную или троостито-сорбитную структуру с. ферритом. По твердости основных участков точечные сварные соединения из полуспокойной и спокойной стали в горячекатаном и деформированном состояниях практи­ чески, не отличались (табл.79).

Данные всех проведенных исследований позволяют считать, что по показателям свариваемости полуспокой­ ная и спокойная стали практически не отличаются.

Сравнительные исследования несущей способности элементов сварных узлов конструкций из спокойной и по-

226

вытяжки

луспокойной стали 20 проводили путем испытаний при знакопеременном нагружении (2 млн. циклов) специаль­ ных образцов. Образцы сваривали вручную электродами Э42А при силе тока 60—70А из трех гнутых профилей швеллерного сечения с постановкой четырех косынок вдоль полок швеллера. Несущую способность сварных соединений определяли по значению предельного крутя­ щего момента, при котором опасные напряжения равны пределу выносливости. Исследования показали, что при амплитуде нагружения 0,165 мм предельный крутящий момент для сталей 20пс и 20сп был одинаков и равнял­ ся 396 кгс-м.

Таким образом, по комплексу физико-механических и служебных свойств в тонколистовом прокате полуспокой­ ная углеродистая сталь с раскислением в центровой не уступает спокойным углеродистым сталям соответствую­ щих марок.

Нормы химического состава и механических свойств; области применения

Полуспокойная сталь с раскислением в центровой производится по ГОСТ 380—71 (Ст. 1пс, Ст.2пс, Ст.Зпс, Ст.4пс) и ГОСТ 1050—60* (08пс, Юпс, 15пс, 20пс, 25пс)