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

па режимах, широко принятых для аналогичных соеди­ нений из спокойной стали ВСт.Зсп. При содержании мар­ ганца до 1,1% сталь 18Гпс оказалась стойкой против образования горячих трещин при сварке. Максимальная

ные образцы разрушались, как правило, по околошовной зоне в месте перехода от шва к основному металлу (угол загиба для сравниваемых сталей одинаковый).

По чувствительности к подкалке и склонности к обра­ зованию трещин в результате кислородной резки срав­ ниваемые стали имели одинаковые результаты. Критиче­ ская температура перехода в хрупкое состояние около­ шовной зоны сварного соединения из стали 18Гпс оказалась на 20 град ниже, чем для спокойной стали ВСт.Зсп (рис. 106). Сопротивляемость сварных соедине­ ний из стали 18Гпс действию ударных нагрузок оцени­ вали путем испытания на копре образцов — балок с по­ перечным швом. Во всех случаях образцы из стали 18Гпс выдерживали большее число ударов, чем из спо­ койной стали ВСт.Зсп (рис. 107).

280

Таким образом, по показателям свариваемости сталь 18Гпс не уступает спокойной стали ВСт.Зсп. Поэтому сварку полуспокойной стали 18Гпс следует производить, применяя те же режимы и электроды, что и для стали ВСт.Зсп.

Сталь Ст.бГпс. Исследование служебных свойств сталей Ст.бГпс в сравнении со сталью Ст.бсп производи­ ли во Всесоюзном научно-исследовательском институте

сельскохозяйственного машиностроения на угловом про­ филе с толщиной полки 12 мм.

Влияние термического старения на склонность стали Ст.бГпс (0,24—0,29% С и 0,81—1,18% Мп) к хрупкому разрушению определяли путем испытания на ударный изгиб стандартных образцов, которые предварительно на­

появления трещины и разрушения после ее образования

281

Т а б л и ц а 102. Влияние термического старения на склонность стали Ст.бГпс к хрупкому разрушению

тельное преимущество стали Ст.бГпс по стойкости про­ тив образования горячих трещин в процессе сварки: критическая скорость деформации сварного шва для нее составляла 2,9-—3,7 мм/мин (-<2,1 мм/мин для стали Ст.бсп).

Т а б л и ц а 103. Влияние температуры испытания на сопротивление сталей марок Ст.бГпс и Ст.бсп статическому изгибу

Испытание на ударный изгиб выявило, что критиче­ ская температура хрупкости tKi образцов из околошов­ ной зоны (при погонной энергии сварки от 1500 до 3000 кал/см) составляет —40° С, а для стали Ст.бсп — от —20. до —40° С.

282

При исследовании твердости и структуры зоны свар­ ки валиковой пробы установлено, что сталь Ст.бГпс не обнаружила повышенной склонности к закаливаемости, характерной для стали Ст.бсп. В результате исследова­ ний установлено, что по совокупности показателей сва­ риваемости полуспокойная сталь Ст.бГпс существенно превосходит спокойную сталь Ст.бсп (показатели спокой­ ной стали условно приняты за единицу):

ктермическому старению под

283

те (ГОСТ 535—58), а стали 18Гпс и Ст.ЗГпс — также в катанке (ГОСТ 14085—68).

Нормы механических свойств указанных сталей рег­

ны Государственным комитетом Совета Министров

СССР по науке и технике в качестве обязательных для всех министерств и ведомств, потребляющих или кон­ тролирующих применение металлопроката.

1. Углеродистые полуспокойные стали с повышен­ ным содержанием марганца марок 18Гпс и Ст.ЗГпс применять для всех конструкций взамен углеродистой спокойной стали Ст.Зсп соответствующих групп и ка­ тегорий без ограничений в прокате любых толщин, преи-

284

применение которых обеспечивает снижение массы кон­ струкций и повышение их надежности и долговечности, В связи с этим была исследована возможность про­ изводства низколегированных полуспокойных сталей по­ вышенной прочности в горячекатаном и термически об­

щих сталь и мало влияющих на степень ее раскисленно­ сти [25, 27—29, 224].

и углероду и.низким — к кислороду; причем их сродство к азоту выше, чем к углероду [211, 307, 308].

При охлаждении стали, содержащей ниобий и вана­ дий, выделяются очень мелкие когерентные с ферритной матрицей карбонитриды, приводящие к дисперсион­ ному упрочнению стали. В связи с тем что даже в мало­ углеродистых сталях содержание углерода в 10—100 раз превышает содержание азота, доля азота в выделе­ ниях ниобия и ванадия значительно меньше, чем угле­ рода [222, 309].

Большинство авторов [222, 310] считают, что упроч­ няющее действие ниобия и ванадия в горячекатаной стали определяется главным образом дисперсионным упрочнением. Например, В. Моррисоном [228] показано, что при удалении из стали углерода и азота ниобий ока­ зывается совершенно неэффективным как упрочнитель.

По данным различных исследований [92,228,280,311, 314, 315], повышение прочности при добавке 0,01% Nb

.286

в результате малых добавок ниобия снижается при уве­

марганца в горячекатаной стали эффект ниобия как упрочнителя снижается; в других* [315] показано, что увеличивается.

Ниобий оказывает отрицательное влияние на удар­ ную вязкость и критическую температуру хрупкости горячекатаной стали [92, 103, 228, 319]. Наблюдается повышение критической температуры хрупкости спокой­ ной и полуспокойной стали на 8—13 град на каждую 0,01% Nb в металле при микролегировании до 0,03%. Ряд авторов [220, 319, 320] считают, что это является следствием отрицательного влияния дисперсионного уп­ рочнения, которое не компенсируется положительным влиянием измельчения действительного зерна и связы­ вания в прочные нитриды азота, находящегося в твер­ дом растворе1 .

В работах [321, 322] отмечается, что для сохранения критической температуры хрупкости ниобийсодержащей стали на уровне базовой стали температура конца ее прокатки не должна превышать 900°С. Очевидно, невы­ сокой температурой конца прокатки можно объяснить полученные в работах [280, 323, 326] более низкие или такие же, как в базовых сталях, критические температу­ ры хрупкости ниобийсодержащих полуспокойных и спо­ койных сталей с 0,07—0,1% С в листовом и фасонном прокате малых толщин.

* Н а в р о ц к и й И. В. Влияние ванадия, вольфрама и ниобия на упрочнение и хрупкое разрушение стали. Автореф. канд. дис. Харьков, 1953.

1 По данным [324], увеличение предела текучести стали на 1 кгс/мм2 приводит к повышению критической температуры хрупко­

287

Поскольку низкая температура конца прокатки мо­ жет быть обеспечена не всегда, особенно для толстых профилей проката, то для обеспечения высокой хладо­ стойкое™ стали с ниобием требуется ее нормализация.

Все авторы, рассматривающие влияние малых доба­ вок ниобия на свойства полуспокойных нормализован­ ных сталей, дают вполне согласующиеся данные в отно­ шении более низкой критической температуры хрупко­ сти этих сталей по сравнению с базовыми сталями в нормализованном состоянии. Это свойство нормализован­ ной стали с ниобием, очевидно, обусловлено измельче­ нием действительного зерна. По данным [315, 326, 327], нормализация полуспокойной стали с 0,03% Nb способ­ ствует измельчению зерна на 2 балла по шкале ASTM или на 5—6 баллов по шкале стандарта 1510—61. В ра­ боте [326] показано, что для нормализованной при 880— 900°С в течение 30 мин полуспокойной стали с 0,22% С, 1,1% Мп и 0,03% Nb критическая температура хрупко­ сти была на 23 град ниже, чем в нормализованной ба­ зовой стали. По данным [280], для малоуглеродистых сталей с 0,045—0,075% Nb критическая температура хрупкости в результате нормализации оказалась на 50—60 град ниже, чем в аналогичных нормализованных сталях без ниобия.

В работе [223] установлено, что 0,036% Nb почти

катаном и нормализованном состояниях. Однако в рабо­ те [228] отмечается, что ниобий до 0,1% мало влияет на склонность к механическому старению горячекатаной и нормализованной стали.

Нормализация стали с ниобием приводит к ее значи­ тельному разупрочнению и тем в большей степени, чем ниже температура нормализации [311]. Временное со­ противление и пластичность нормализованной стали с ни­ обием практически такие же, а предел текучести на 2—

288

ванадия от 0,03 до 0,075% на механические свойства го­ рячекатаной полуспокойной стали в листах толщиной 10—25,4 мм, содержащей 0,10—0,13% С, 0,81—1,13% Мп и 0,003—0,005%N. Установлено, что увеличение со­ держания ванадия на каждую 0,01% способствовало по­ вышению предела текучести и временного сопротивле­ ния стали соответственно на 0,6—0,8 и 0,4—0,7 кгс/мм2 ; относительное удлинение при этом снижалось на

фект ванадия составил по пределу текучести 1,35 кгс/мм2 ,

нако благодаря более высокому сродству к азоту, он мо­ жет более эффективно выводить азот из раствора, свя­ зывая его в прочные нитриды. В связи с этим в мало­ углеродистых полуспокойных сталях ванадий наряду с упрочнением может снижать их критическую температу­ ру хрупкости в горячекатаном состоянии даже при обычных температурах конца прокатки. Однако имею­

лей не позволяют сделать однозначные выводы по этому вопросу. Авторы [222] считают, что горячекатаные по­ луспокойные стали с ванадием более вязки, чем обыч­ ные углеродистые, и могут быть сравнимы с некоторыми

ется незначительное повышение критической температу­ ры хрупкости горячекатаных полуспокойных сталей при введении ванадия в количестве до 0,1% [221, 329].

Нормализация полуспокойной стали с ванадием зна­ чительно снижает критическую температуру хрупкости при одновременном снижении ее прочностных свойств [221]. По данным Г. Меллоя [103, 221], прочностные ха­ рактеристики нормализованной полуспокойной стали с ванадием определяются температурой нормализации.