книги из ГПНТБ / Юхвец И.А. Производство высокопрочной проволочной арматуры
.pdfотносительным удлинением (6юо^7%) и низкой ползу честью.
На основе положительных результатов этих исследо ваний в дальнейшем проведены описанные ниже более детальные эксперименты в лабораторных условиях (в
ЦНИИЧМ) |
на предприятиях-изготовителях |
|
(«Красная |
||||||||
|
|
Этна» и Б М К ) 2 |
и у потре |
||||||||
|
|
бителей |
(НИИЖБ |
и |
|||||||
|
|
Башкирский |
|
научно-ис |
|||||||
|
|
следовательски й инети тут |
|||||||||
|
|
по |
строительству — Баш- |
||||||||
|
|
Н И И ) 3 |
для |
|
уточнения |
||||||
|
|
рациональной |
марки |
ста |
|||||||
|
|
ли |
и |
выбора |
технологии |
||||||
|
|
завершающей |
|
термичес |
|||||||
|
|
кой обработки, |
способов |
||||||||
|
|
и |
областей |
|
применения |
||||||
|
|
данного |
вида |
|
арматуры. |
||||||
О Ю 20 J0 40 J0 60 70 60 90100 |
|
В |
ЦНИИЧМ |
на |
ин |
||||||
|
время, v |
дукционной |
|
электропечи |
|||||||
Рис. 76. Удлинение ползучести ка |
выплавили |
ряд |
опытных |
||||||||
50 кг |
слитков |
(табл. |
104). |
||||||||
танки и проволоки из стали 65Г, на |
|||||||||||
гретой токами |
высокой частоты: |
Химический |
состав |
боль |
|||||||
1 — закалка и отпуск; 2 — изотерми |
шинства |
опытных |
сталей |
||||||||
ческая закалка |
(патентирование) |
соответствовал |
химичес |
||||||||
|
|
||||||||||
|
|
кому составу |
конструкци |
||||||||
онной и пружинной стали стандартных марок. Слнтки
были прокатаны |
на заводе «Серп и молот» |
на |
катанку |
диаметром б мм. |
|
|
|
Катанку этой |
серии опытов термически |
упрочняли |
|
в лабораторных |
условиях. |
|
|
После нагрева и выдержки в трубчатой |
электропечи |
||
образцы погружали в вертикальном положении |
в ванну . |
||
с расплавом соли или в ванну с маслом и затем охлажда ли в холодной воде. Основные параметры режимов тер мической обработки подбирали для стали каждой марки
1 Лабораторные исследования выполнены совместно с М. Н. Пет ровым и В. Я. Гурьевым.
2 Эксперименты по изготовлению катанки на заводах проведены работниками ЦНИИЧМ при участии В. И. Шнирельмаиа, В. Ф. Белика («Красная Этна») и В. М. Дмитриева (БМК).
3 Исследования у потребителей выполнены в совместной работе ЦНИИЧМ, БМК, НИИЖБ и БашНИИ под руководством автора, К. В. Михайлова и Н. М. Мулина.
220
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
104 |
|
Химический состав сталей опытных плавок ЦНИИЧМ |
|
|||||
Марка или условное |
Содержание основных элементов, % ' |
|
|||||
|
|
|
|
|
|||
обозначение стали |
|
с |
|
Мп |
Si |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
60Г |
|
0,62 |
|
0,93 |
0,33 |
|
|
65Г |
|
0,66 |
|
1,15 |
0,31 |
|
|
70Г |
|
0,72 |
|
0,93 |
0,24 |
|
|
80Г |
|
0,84 |
|
0,92 |
0,25 |
|
|
70Г2 |
|
0,70 |
|
1,61 |
0,27 |
|
|
70 |
|
0,72 |
|
0,78 |
0,29 |
|
|
60ГС |
|
0,61 |
|
0,94 |
0,77 |
|
|
60ХГС2 |
|
0,59 |
|
0,93 |
1,60 |
|
|
60С2 |
|
0,56 |
|
0,98 |
1,90 |
|
|
80Т |
|
0,84 |
|
0,74 |
0,16 |
|
Л Р и м е ч а н и я: 1. Содержани е |
хрома |
в стали 60ХГС2 0,86%, титана в |
|||||
стали 80Т 0,08%. 2. |
Содержание серы |
в плавках в пределах |
0,010—0,023%, |
фос |
|||
фора |
0,04—0,08%. |
|
|
|
|
|
|
и |
каждого |
технологического |
варианта |
упрочнения |
|||
с таким расчетом, чтобы применение их обеспечило по
лучение заданного комплекса |
механических свойств. |
При этом учитывали, что |
термообработанная ка |
танка диаметром 6 мм в соответствии с предваритель ными требованиями Н И И Ж Б , согласованными с ЦНИИЧМ, должна была обладать следующими меха ническими свойствами: ств^=1500 Мн/м2 (150 кГ/мм2 ); O"o,2s5=80% ov, 6юо557%; способность к нормальному за гибу в холодном состоянии без излома на оправку диа метром, равным пяти диаметрам катанки.
Сравнительная оценка качества исследованной катан ки и опробованных режимов обработки произведена по результатам испытаний комплекса механических свойств (табл. 105 и 106) с учетом указанных выше норм предва рительных технических требований1 , а также на основе величин оо.г/ав д л я образцов катанки, подвергнутых об работке (табл.107).
Требования испытаний на загиб все исследованные образцы выдержали. Наиболее высокое отношение 00,2/0^
1 В табл. 105 и 106 приводятся лишь данные по образцам катан ки, подвергнутым обычной н изотермической закалке, показавшим лучшие результаты по сравнению с образцами, обработанными сту пенчатыми способами.
221
Т а б л и ц а 105
Механические свойства образцов катанки диаметром 6 мм из стали опытных плавок, подвергнутых закалке и отпуску
с выдержкой 5 мин
Марка |
СО |
|
|
|
|
|
|
|
ап, к д ж / м 2 |
||
с |
с в |
ст |
0,2 |
|
|
|
|
|
2 |
) , |
|
или ус |
|
|
|
|
б 70/100 |
( к Г - м / с м |
|||||
ловное |
|
|
|
|
|
|
"30 |
при |
|
||
|
|
|
|
|
|
полз ' |
|
|
|
||
обозна |
си |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
% |
|
|
|
||
чение |
5 я |
Мн/м" |
|
|
% |
|
+ 2 0 ° С |
—10» с |
|||
стали |
|
|
|
|
|||||||
<• ч |
(кГ/мм 2 ) |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
£ 8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
60Г |
440 |
1520 |
1410 |
6,8 |
53 |
5,2 |
0,033 |
400 |
380 |
||
|
|
(152) |
(141) |
|
|
|
|
(4,0) |
(3,8) |
||
65Г |
460 |
1590 |
1400 |
7,1 |
52 |
— |
0,040 |
370 |
370 |
||
|
|
(159) |
(140) |
|
|
|
|
(3,7) |
(3,7) |
||
70Г |
460 |
1600 |
1430 |
6,9 |
47 |
4,5 |
0,060 |
— |
330 |
||
|
|
(160) |
(143) |
|
|
|
|
|
(3,3) |
||
80Г |
480 |
1610 |
1390 |
7 |
44 |
4,2 |
0,068 |
|
|
|
|
|
|
(161) |
(139) |
|
|
|
|
|
|
|
|
70 |
460 |
1580 |
1420 |
6,5 |
48 |
6,2 |
0,055 |
— |
350 |
||
|
|
(158) |
(142) |
|
|
|
|
|
(3,5) |
||
70Г |
460 |
1600 |
1430 |
6,9 |
47 |
4,5 |
0,060 |
•— |
330 |
||
|
|
160) |
(143) |
|
|
|
|
|
(3,3) |
||
70Г2 |
460 |
1610 |
1460 |
6,7 |
46 |
3 |
0,032 |
240 |
170 |
||
|
|
(161) |
(146) |
|
|
|
|
(2,4) |
(1,7) |
||
60Г |
440 |
1520 |
1410 |
6,8 |
53 |
5,2 |
0,033 |
400 |
380 |
||
|
|
(152) |
(141) |
|
|
|
|
(4) |
(3,8) |
||
60ГС |
460 |
1500 |
1380 |
7,0 |
49 |
3,8 |
0,0175 |
370 |
360 |
||
|
|
(150) |
(138) |
|
|
|
|
(3.7) |
(3,6) |
||
60С2 |
460 |
1500 |
1330 |
8,0 |
39 |
4,5 |
— |
— |
350 |
||
|
|
(150) |
(133) |
|
|
|
|
|
(3,5) |
||
60ХГС2 |
540* |
1550 |
1390 |
6,3 |
30 |
2,8 |
0,0425 |
310 |
310 |
||
|
|
(155) |
(139) |
|
|
|
|
(3,1) |
(3,1) |
||
80Г |
480 |
1610 |
1390 |
7 |
44 |
4,2 |
0,068 |
— |
390 |
||
|
|
(161) |
(139) |
|
|
|
|
|
(3,9) |
||
80Т |
480 |
1610 |
1370 |
6,7 |
43,2 |
3 |
0,059 |
310 |
300 |
||
|
|
(161) |
(137) |
|
|
|
|
(3,1) |
(3,0) |
||
* Выдержка 8 мни. Нагрев производили до 850° С в течение |
5 мин; закалка |
||||||||||
в масле с температурой |
20° С при охлаждении |
в течение 1 мин. |
|
|
|||||||
222
|
|
|
Т а б л и ц а 106 |
|
Механические |
свойства |
образцов катанки диаметром |
6 мм |
|
из сталей опытных |
плавок, |
подвергнутых |
изотермической |
закалке |
|
(патентированию) |
|
|
|
Марка
или ус ловное обозначе ние стал н
65Г
70Г -
80Г
Охлаждение |
|
|
°0,2 |
6 100 |
* |
|
в |
соли |
|
|
|||
а ° |
выдержка, мин |
М н / м |
2 |
|
|
|
Щ - |
|
|
|
% |
||
Е сз |
|
(кГ/мм 2 ) |
|
|||
В ё |
|
|
|
|
|
|
380 |
10 |
1420 |
1170 |
5,9 |
60 |
|
|
|
(142) |
(117) |
|
|
|
360 |
10 |
1500 |
1230 |
7,0 |
55 |
|
|
|
(150) |
(123) |
|
|
|
360 |
10 |
1470 |
1200 |
7,2 |
52 |
|
|
|
(147) |
(120) |
|
|
|
аа, к д ж / м 1
(кГ - м/см 3 ), при
"30
+20" С —'10° с
6,5 |
410 |
370 |
|
(4,1) |
(3,7) |
6,5 |
370 |
320 |
|
(3,7) |
(3,2) |
5,5 |
390 |
330 |
|
(3,9) |
(3,3) |
70 |
|
360 |
10 |
1420 |
1150 |
7,8 |
59 |
4,5 |
380 |
380 |
|
|
|
|
(142) |
(115) |
|
|
|
(3,8) |
(3,8) |
70Г |
. |
360 |
10 |
1500 |
1230 |
7,0 |
55 |
6,5 |
370 |
320 |
|
|
|
|
(150) |
(123) |
|
|
|
(3,7) |
(3,2) |
70Г2 |
|
370 |
10 |
1500 |
1150 |
6,3 |
38 |
5,5 |
290 |
170 |
|
|
|
|
(150) |
(115) |
|
|
|
(2,9) |
(1.7) |
80Г |
|
380 |
5 |
1470 |
1200 |
6,9 |
54,1 |
5,5 |
— |
— |
|
|
|
|
(147) |
(120) |
|
|
|
|
|
80Т |
|
380 |
5 |
1420 |
1170 |
8,1 |
54,4 |
6,5 |
380 |
330 |
|
|
|
|
(142) |
(117) |
|
|
|
(3,8) |
(3,3) |
П р и м е ч а н и е . |
Нагрев при температуре |
печи 850° С в течение 5 мни. |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 107 |
||
Отношение а0,2/ав |
арматурной |
катанки из сталей опытных |
плавок |
|||||||
|
при различных |
вариантах термического |
упрочнения |
|
||||||
Марка |
или ус |
|
|
|
<*0,2/V % |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
ловное |
обозначе |
закалка |
ступенчатая |
изотермичес |
ступенчатая |
|||||
ние |
стали |
закал ка-(- |
изотермичес |
|||||||
|
|
|
4-отпуск |
отпуск |
кая |
закалка |
кая |
закалка |
||
|
|
|
|
|
|
|
||||
60Г |
|
92,1 |
|
91,5 |
|
|
|
82,7 |
||
65Г |
|
90,5 |
|
|
|
82,5 |
|
|
||
70Г |
|
89,7 |
|
87,0 |
|
82,5 |
81 ,8 |
|||
80Г |
|
86,6 |
|
84,3 |
|
82,0 |
81,5 |
|||
223
|
|
|
|
|
Продолжение |
табл. 107 |
|
Марка или ус |
|
° 0 . 2 / а в , |
% |
|
|||
|
ступенчатая |
|
|
ступенчатая |
|||
ловное |
обозначе- |
закалка |
изотермичес |
||||
inie |
стали |
закалка-)- |
изотермичес |
||||
-|-отпуск |
|
кая закалка |
|||||
|
|
отпуск |
|
кая закалка |
|||
|
70 |
90,0 |
89,0 |
|
81,2 |
|
|
70Г |
89,7 |
87,0 |
|
82,5 |
81 ,8 |
||
70Г2 |
91,0 |
84,0 |
|
77,0 |
72,8 |
||
60Г |
92,1 |
91,5 |
|
— |
— |
||
60ГС |
92,3 |
92,5 |
|
|
|||
60С2 |
89,0 |
86,8 |
|
|
|
||
60ХГС2 |
85,5 |
85,5 |
|
|
|
||
80Г |
86,5 |
85,1 |
|
82,5 |
82,5 |
||
80Т |
83,3 |
83,0 |
|
82,7 |
80,5 |
||
получается для катанки, обработанной |
методом закал |
|||
ки с отпуском, |
а незначительно |
меньшее — для |
катанки, |
|
подвергнутой ступенчатой закалке с |
отпуском. Как |
|||
обычная, так и |
ступенчатая |
изотермическая |
закалка |
|
обеспечили отношение ап.г/сгв, значительно более низкое,
чем при мартенситном упрочнении. |
Учитывая |
эти дан |
ные и комплекс других испытанных |
характеристик, ре |
|
комендовано использовать при промышленном |
опробова |
|
нии термического упрочнения арматурной катанки глав
ным образом |
обычный метод закалки и |
отпуска (см. |
|||
табл.105). |
|
|
|
|
|
|
Влияние состава сталей на механические |
свойства |
|||
|
|
катанки |
|
|
|
|
Влияние |
содеро/сания |
углерода |
в |
сталях |
|
|
60Г—80Г с 0,9—1,2% Мп |
|
|
|
|
Увеличение содержания углерода в изученных преде |
||||
лах от 0,62 до 0,84% незначительно повышало |
величины |
||||
сгв |
и значительно ползучесть, |
существенно |
снижало чис |
||
ла |
перегибов, |
относительное |
сужение, ударную |
вязкость |
|
и отношение оод/вв- При этом оно мало сказалось на аб солютных величинах ст0,2 и бюо-
224
Абсолютные |
значения бюо катанки из сталей |
60Г— |
80Г оказались немного ниже 7%. Остальным требовани |
||
ям стандартных |
норм закаленная и отпущенная |
арма |
турная катанка |
удовлетворяла. |
|
В л и я н и е с о д е р ж а н и я м а р г а н ц а в с т а л я х |
||
|
70, 70Г и 70Г2 |
|
Различие в количестве марганца (0,78, 0,93 и 1,61%) |
||
в составе стали, |
содержавшей 0,70—0,72% С, показало |
|
существенное падение чисел перегибов и величины удар
ной вязкости, а также |
значительное повышение |
реоло |
||||
гической стойкости закаленной |
и |
отпущенной арматур |
||||
ной |
катанки из стали |
70Г2 по |
сравнению с |
аналогич |
||
ной |
катанкой из сталей 70 и 70Г (разница |
содержания |
||||
марганца в них была |
невелика). |
Значительных |
разли |
|||
чии в других механических свойствах не обнаружено, бюо катанки всех вариантов составляло немного менее 7%.
В л и я н и е л е г и р о в а н и я с т а л и , с о д е р ж а щ е й
0,6% С и |
1 % Мл, к р е м н |
и е м и х р о м о м |
|||
Исследование |
двух вариантов |
легирования кремни |
|||
ем до 0,77% (сталь |
60ГС) |
и 1,90% Si |
(сталь 60С2) вы |
||
явило, что первый |
вариант |
обеспечил |
высокую реологи |
||
ческую стойкость арматурной катанки, в то время как второй привел к повышению ползучести. Катанка из ста ли 60С2 обладала большим относительным удлинением и числом перегибов, меньшим отношением сто.г/сь " отно сительным сужением, чем катанка из стали 60ГС. Ос тальные механические характеристики не отличались друг от друга.
Легирование кремнием обеспечило получение бюо^ 5г7% при стп л;1500 Мн/м2 (150 кГ/мм2 ).
Дополнительное легирование стали 60ГС2 0,9% хро ма (сталь 60ХГС2) снизило число перегибов, ударную вязкость, относительное удлинение и сужение, а также отношение Со.г/оп, незначительно повысило временное сопротивление и не повлияло существенно на ползучесть.
В л и я н и е д о б а в к и 0,08% Ti •
Сравнение качества катанки из стали 80Т с содержа нием 0,08% Ti и без титана показало, что в наших экспе-
15—217 |
225 |
риментах добавка титана в большей или меньшей степе ни ухудшила у закаленной и отпущенной стали все оп ределявшиеся механические характеристики, за исклю чением сопротивления ползучести и временного сопро тивления.
4.ПРОМЫШЛЕННОЕ ИСПЫТАНИЕ ЗАКАЛКИ
СОТПУСКОМ
Изготовление |
опытно-промышленных |
партий |
Из-за отсутствия |
специального оборудования для за |
|
калки с отпуском |
арматурной катанки |
эксперименты |
провели па промышленных агрегатах закалки п отпуска пружинной проволоки более тонких сечений.
Закалку и отпуск арматурной катанки диаметром б мм из сталей 65Г, 60С2А и У8А производили на уста новке завода «Красная Энта», которая состоит из сле дующих основных узлов (рнс. 77): размоточного уст ройства /, трубчатой трехзонной электропечи 2 длиной 7,85 м на две нити проволоки, закалочного бака 3 дли ной 1,5 мм с циркулируемым при помощи иасоса 4 мас лом, отпускной ванны 7 длиной 5,35 м с расплавом свин
ца и намоточного |
устройства 8 с барабаном диаметром |
1 м. Промывочная |
ванна 5 и холодильник 6, расположен |
ные между печью и отпускной ванной, при исследовании
не использовали. Внутри закалочного бака |
в верхней |
||
его части расположена масляная ванна длиной |
I м, в ко |
||
торой охлаждали нагретую катанку. |
|
|
|
Режимы термической |
обработки катанки |
приведены |
|
в табл. 108. |
|
|
|
Данные о механических свойствах катанки в зави |
|||
симости от температуры |
отпуска, а также |
по группам |
|
прочности и маркам стали иллюстрируют |
рис. 78 и 79. |
||
Из рис. 79 видно, что, как и следовало ожидать, с уве личением о в (групп прочности) пределы текучести и упругости катанки возрастают, а пластичность падает.
Оптимальное сочетание механических свойств полу
чено |
при группе |
прочности 1510—1600 |
Мн/м2 (151 — |
160 |
кГ/мм2 ). Для |
более низкой группы |
прочности ве |
личины ап , сто,2 и ao.oi неудовлетворительны. При более высоких группах прочности резко снижаются показате-
226-
Рис. 79. Средние механические |
свойства закаленной и отпущенной |
катанки диаметром 6 мм нз сталей 60С2А (а), 65Г (б) |
и У8А (в) |
в зависимости от группы прочности |
по временному сопротивлению |
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
108 |
|
|
Основные параметры режимов закалки и отпуска |
|
|
||||
|
|
арматурной катанки |
|
|
|
||
|
Температура, °С |
Выдержка, мин |
|
|
|||
Сталь |
нагрева |
|
нагрева свинца |
в электро |
в масля |
в |
ванне |
|
в электропечи |
в ванне |
печи |
ной ванне |
отпуска |
||
|
отпуска |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
65Г |
930 |
|
340—440 |
2,3 |
0,3 |
|
1,6 |
60С2Л |
880 |
|
440—480 |
4,6 |
0,6 |
3,2 |
|
У8А |
930 |
|
380—440 |
2,3 |
0,3 |
|
1,6 |
ли пластичности (бюо, "Ф и "•)• Аналогичным образом выбраны оптимальные температуры отпуска.
Наиболее низкий комплекс характеристик наблюдал ся на закаленной и отпущенной катанке из стали У8А. Показатели большинства механических свойств терми чески упрочненной катанки из сталей 65Г и 60С2 близ ки между собой. Наиболее высокое сопротивление' пол
зучести характерно для стали 60С2А |
и наименьшее — |
||||||
для стали У8А (табл. 109). |
|
Т а б л и ц а 109 |
|||||
|
|
|
|
|
|
||
|
Механические свойства закаленной и отпущенной катанки |
||||||
|
% |
ао;2 |
ff0,01 |
61 0 о |
б 70/100 |
||
|
п о л з |
||||||
Сталь |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
М н / м 2 (кГ/мм=) |
|
|
% |
|
65Г |
1540 |
(154) |
1380 |
(138) |
1140 (114) |
7,2 |
0,025 |
60С2А |
1580 |
(158) |
1420 |
(142) |
— |
7,2 |
0,012 |
У8А |
1570 |
(157) |
1370 |
(137) |
760 (76) |
6,9 |
0,041 |
Арматурную катанку диаметром 6,5 мм из |
стали |
65Г с а в = 1500—1600 Мн/м2 (150—160 кГ/мм2 ) |
под |
вергали термической обработке также на установке за вода «Красная Энта» (см. рис. 77) по одному техноло гическому режиму: нагрев металла в электропечи с
температурой 880—900° С; выдержка |
в печи в течение |
|||
2,35 мин; закалка |
в масле при комнатной |
температуре; |
||
отпуск с нагревом 380—400° С; |
выдержка |
при нагреве |
||
1,6 мин. Обрабатывали катанку |
из стали 65Г трех пла |
|||
вок. а в катанки |
опытно-промышленной партии находи |
|||
лось в пределах |
1450—1790 Мн/м2 |
(145—170 кГ/мм2 ), |
||
15а—217 |
229 |