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

в основном для тонкого (ГОСТ 16523—70) и толстого (ГОСТ 1577—70 и ГОСТ 14637—69) листа. Нормы хими­ ческого состава1 и механических свойств для нее такие же, как для соответствующих марок полуспокойной стали с раскислением ферросилицием в печи и (или) ковше (см. гл.7).

По ГОСТ 9045—70 для тонкого холоднокатаного ли­ ста для холодной штамповки (группа ВГ) предусмотрено использование полуспокойной стали 08пс с раскислением в центровой следующего состава: до 0,09% С; 0,20— 0,40% Мп и s£0,030% S, 0,025% Р, ^0,04% Si, 0,10% Сг; 0,10 %Ni и 0,15% Си.

Области применения проката из полуспокойной стали с раскислением в центровой определены в решениях Все­ союзного совещания по полуспокойным сталям (1964 г.), предусмотревших возможность применения полуспокой­ ной стали, получаемой при раскислении кипящего метал­ ла путем ввода алюминиевой дроби через центровую («полуспокойная сталь с кипящей корочкой») вместо спокойной стали аналогичных марок в прокате толщиной до 5 мм, а вместо кипящей стали — для всех толщин.

С учетом этого сталь с раскислением в центровой в прокате толщиной до 5 мм следует маркировать «пс», а в более толстом прокате и товарных слябах — как «кп».

Выбор рационального способа повышения свойств полуспокойной стали

В настоящее время для сварных металлических кон­ струкций в строительстве и машиностроении наиболее широко применяется спокойная сталь ВСт.Зсп. Для тя­ жело нагруженных элементов сварных конструкций сель­ скохозяйственных машин в значительных количествах применяется также спокойная сталь Ст. 5сп. В то же

1 Для проката толщиной до 12 мм Из сталей Ст. Зпс и Ст. 4пс по ГОСТ 380—71 допускается снижение содержания марганца про­ тив установленных норм на 0,1%,

228

время установлено, что для обеспечения надежной сва­ риваемости содержание углерода в углеродистой стали не должно превышать 0,25%, а в низколегированной 0,20—0,22% [93, 250, 265, 267], хотя в ряде работ [30,268, 269] отмечается, что применение качественных электро­ дов позволяет сваривать без затруднений сталь с содер­ жанием ^0,3% С.

Вследствие повышенного содержания углерода (0,28—0,37%) сталь Ст. 5сп склонна к образованию тре­ щин в сварных швах и холодных трещин в околошовной зоне, а также к перегреву и закалке в зоне сварки, по­ этому при изготовлении сварных конструкций из стали необходимо применять специальные электроды и пони­ женные режимы сварки. Для получения качественно­ го сварного соединения в ряде случаев требуются подогрев, замедленное охлаждение, последующая тер­ мическая обработка. Выполнение дополнительных тре­

упрощенному технологическому режиму без выполнения этих требований, что снижает долговечность и надеж­ ность сварных узлов машин. В то же время переход на

для этих условий надлежало решать путем снижения со­

Повышение свойств углеродистой полуспокойной ста­ ли до уровня, характерного для спокойной стали в тол­ стых профилях проката, могло быть осуществлено путем легирования [228, 270—272], значительного снижения температуры конца прокатки [274, 275] или термической обработки [276—277]. Поскольку снижение температуры конца прокатки связано с уменьшением производительно­ сти прокатных станов, работающих на большинстве оте­ чественных предприятий без резервов, и требует в ряде случаев модернизации оборудования, этот путь повы-

229

шения свойств стали не получил практического приме­ нения.

При термическом упрочнении значительно повышают­ ся хладостойкость (?к ,снижается на 20—25 град) и проч­ ностные свойства (на 25%) толстолистовой полуспокой­ ной стали Ст. Зпс и снижается чувствительность к меха­ ническому старению. Исследованиями установлено, что практически нет разницы между свойствами спокойной и полуспокойной стали в термически улучшенном состоя­ нии [276]. В ГОСТ 14637—69 для термически обработан­ ной углеродистой полуспокойной стали Ст. Тпс в листах толщиной 10—40 мм регламентированы такие же нормы свойств, как и для спокойной (Ст. Теп). Однако вследст­ вие ограниченных средств термической обработки прока­ та на металлургических заводах этот способ повышения свойств стали используется пока в очень ограниченных масштабах.

Для повышения свойств полуспокойной стали исполь­ зовано легирование. Для этого могут быть применены элементы, которые при введении в металл в количествах, необходимых для получения требуемого уровня свойств, не вызывают ее перераскисления.

Рассмотрения ряда элементов по возрастающей раскислительной способности при температурах сталепла­ вильных процессов [211, 225, 226], влияния этих элемен­ тов на свойства стали в горячекатаном состоянии [278— 280], а также возможности их широкого применения в ви­ де сплавов при массовом производстве сталей [230, 281] показало, что наиболее полно указанным требованиям отвечает марганец.

Исследованию влияния повышенных содержаний мар­ ганца на свойства стали, особенно на ее хладостойкость, посвящено значительное число работ. На положительноевлияние марганца в стали указывал еще Д. К- Чернов [282]. Он отмечал, что марганец увеличивает вязкость, предел упругости стали, сопротивление ее разрыву и мо­

лее. В работах [283, 284] показано, что при повышении содержания марганца встали на 1% временное сопротив­ ление и предел текучести увеличиваются на 8—9 кгс/мм2 . По данным [270, 285, 286], такое увеличение содержания марганца приводит к снижению критической температу­ ры хрупкости на 20—60 град.

230

В ряде работ [287, 288] возможность получения высо­ кой ударной вязкости и повышенной хладостойкости по­ луспокойной стали связывается с необходимостью увели­ чения отношения Мп/С.

Для стали, поставляемой с гарантиями по ударной вязкости при пониженных температурах, рекомендуется иметь отношение Мп/С не менее 5, а в судостроительных сталях повышенного качества — до 8 [58, 89]. И. Веен [271] отмечает, что при повышенном отношении Мп/С полуспокойная сталь равноценна или даже превосходит по хладостойкости спокойную мелкозернистую сталь.

В последнее время в связи с широким внедрением сварных конструкций наметилась общая тенденция сни­ жения содержания углерода в конструкционных сталях. Потеря прочностных свойств при этом компенсируется в основном увеличением содержания в стали марганца, который не так отрицательно, как углерод, влияет на ее свариваемость. Отмечается [270], что наряду с улучше­ нием свариваемости при замене каждой 0,01% С экви­ валентным количеством марганца снижается критиче­ ская температура хрупкости стали на 4,5—6,0 град.

Р. Вандербек [272] исследовал механические и слу­ жебные свойства полуспокойной стали, содержащей меньше углерода и больше марганца, чем обычно приме­ нявшаяся спокойная мелкозернистая сталь класса ABS— С (^0,22% С и 0,6—0,9% Мп), и установил, что для получения регламентированных стандартом ABS прочно­ стных свойств для спокойной корпусной стали в листе толщиной 25—45 мм ( а в ^ 4 0 , 6 кгс/мм2 и а т ^ 2 2 , 4 кгс/мм2 ) содержание марганца в полуспокойной стали при содер­ жании углерода ^0,20% должно составлять 1,0—1,35%. Критическая температура хрупкости полуспокойной ста­ ли с таким содержанием марганца оказалась такой же, как и для спокойной, поэтому она рекомендована авто­ ром как полноценный заменитель корпусной спокойной стали в листах толщиной>25 мм.

Повышение прочностных характеристик стали при легировании ее марганцем [289, 290] связано с упрочне^ нием обеих структурных составляющих — феррита и пер­ лита (первой вследствие искажения решетки, второй — вследствие большей дисперсности), а также с измельче­ нием действительного зерна металла. Однако главное действие марганца на прочность металла следует рас­ сматривать как результат значительного увеличения пер-

231

литной (псевдоэвтектоидной) составляющей в структуре стали.

Благоприятное влияние марганца на хладостойкость полуспокойной стали объясняется измельчением действи­ тельного зерна [270, 291, 292]. Поданным [286], измель­ чение зерна на 1 балл приводит к снижению критиче­ ской температуры хрупкости по ударной вязкости на

15град.

Однако в соответствии с исследованиями Н. Петча

[293] измельчением зерна не исчерпывается благоприят­ ное действие марганца на хладостойкость металла. Он экспериментально доказал большое значение нейтрали­ зации марганцем вредного влияния азота на критиче­ скую температуру хрупкости стали в результате ослаб­ ления блокировки дислокаций при взаимодействии ато­ мов этих элементов.

По данным [272, 292, 294], марганец в количестве до 1,3—1,4% практически не влияет на свариваемость стали с содержанием углерода до 0,2%.

Исследованиями [295] установлено, что при содержа­ нии до 1,2% марганец является желательным элементом в сварном шве, поскольку значительно увеличивает его ударную вязкость. В ряде работ [292, 296—298] отмеча­ ется положительное влияние повышения содержания марганца в стали в связи с его высоким сродством к се­ ре, вредное влияние которой на свариваемость металла он парализует связыванием ее в прочные сульфиды.

Макроструктура и химическая неоднородность слитков и проката из полуспокойной стали с различным содержанием марганца

Макроструктура и химическая неоднородность слит­ ков и готового проката из малоуглеродистой стали с различным содержанием марганца, а также спокойной стали Ст. Зсп, были исследованы на слитках массой 5,2 (завод им. Петровского) и 12,5 т (Коммунарский завод). Поскольку при исследовании слитков обоих заводов по­ лучены идентичные закономерности, ниже приведены данные только по заводу им. Петровского [299].

Исследование слитков проводили на продольных осе­ вых и угловых темплетах. Химический состав стали, определенный по пробам из изложницы, приведен в табл. 80.

232

Не установлено связи между поведением металла во время разливки, качеством поверхности раскатов и со­ держанием марганца в стали (табл.81).

Т а б л и ц а 81. Данные по опытным плавкам

233

профиле. Нарушений сплошности в готовом прокате из полуспокойной стали с повышенным содержанием мар­ ганца не обнаружено. Характер распределения серы, углерода и фосфора по высоте и сечению слитков полу-

с*юг

JTW'

№ 0 22 -А-

И

22 km;

2324 23 „.„

2322

?0 2D\

Ш

I

спокойной стали с различным содержанием марганца примерно одинаков (рис. 82—84). Содержание этих эле­ ментов закономерно изменяется по сечению слитка: оно, как правило, сначала увеличивается, а затем уменьша­ ется к центру слитка в нижней его половине и постоян­ но возрастает — в верхней. Центральная зона нижней

236

половины слитка характеризуется меньшим, а верхней половины — большим содержанием ликвирующих эле­ ментов (по сравнению со средним) за исключением са­ мой верхней части слитка, где также наблюдается пони-

рх/о3

женное содержание ликвирующих элементов. Макси­ мальное содержание ликвирующих элементов в этих слитках наблюдается на горизонтах, соответствующих 15—зо% их высоты от верхнего торца, а в слитке спо­ койной стали— на 15% (рис.85).

237

Рис. 85. Распределение с о д е р ж а н и й углерода, серы и фосфора в продольном осевом разрезе слитка спокойной стали Ст.Зсп (плавка 4)

238