8. Модифицирование структуры и свойств стали.

Свойство железоуглеродистых сплавов испытывать фазовые пре­вращения при кристаллизации и повторном нагревании - охлаждении, изменять структуру и свойства под влиянием термомеханических и химических воздействий и примесей-модификаторов широко исполь­зуется в металлургии для получения металлов с заданными свойства­ми.

Термическая и термомеханическая обработка являются распространенными способами модифицирования структу­ры и улучшения свойств стали. Различают следующие их виды: от­жиг, нормализацию, закалку и отпуск. Отжиг включает процессы гомогенизации, рекристаллизации и снятия остаточных напряжений.

Гомогенизации (Образование и рост зерен с более совершенной структурой, за счет исходных деформированных зерен с менее совершенной структурой) подвергают слитки легированной стали при 1100-1200°С в течение 15-20 ч для выравнивания химического состава, повышение пластических свойств, предотвращение образование флокенов и крупно­зернистой структуры.

Рекристаллизационный (придание однородной структуры) отжиг применяют для снятия наклепа деформи­рованного металла путем на­грева его выше температуры порога рекристаллизации (0,4-0,5 Т_пл) выдержки при этой температуре и охлаждения.

течение нескольких часов. Он пре­дотвращает коробление сварных изделий после резания, правки и т.д.

Нормализация предусматривает нагрев сортового проката из конструкционной стали до температуры на 40...50°С выше линии GSE (пунктир) непродолжительную выдержку и ох­лаждение на воздухе. Она вызывает полную фазовую перекристаллизацию стали, снимает внутренние напряжения, повышает пластичность и ударную вязкость. Нормализа­ция широко применяется для улучшения свойств низкоуглеродистых строительных сталей, заменяя отжиг. Дня среднеуглеродистых и ле­гированных сталей она сочетается с высоким отпуском при темпера­турах ниже порога рекристаллизации.

Закалка и отпуск предусматривают улучшение прочност­ных и пластично-вязких свойств стали, снижение порога хладнолом­кости и чувствительности к концентраторам напряжений. Закалка заключается в нагреве стали на 30...50°С выше линии GSE, выдерж­ке до полной аустенизации стали и охлаждении (вода, масло, растворы солей) ее со скоростью, обеспечивающей переход аустенита в мартенсит (пересыщенный твердый раствор углерода в α-Fe такой же концентрации, как и у исходного аустенита (микроструктура игольчатого вида, самая высокая твердость)). Кри­сталлическая решетка мартенсита сильно искажена и испытывает напряжения, обусловленные особенностями строения и увеличением удельного объема мартенсита по сравнению с аустенитом на 4...4,25%. Мартенсит хрупок, тверд и прочен. Но при быстром охлажде­нии низкоуглеродистых строительных сталей (С <, 0,25%) (закалка с прокатного нагрева) происходит распад аустенита и образование вы­сокодисперсной ферритно-цементитной структуры. Такая структура получила название - бейнит. Он имеет повышенную проч­ность, твердость и выносливость при сохра­нении высокой пластичности, вязкости.

Отпуск является заключительной операцией термической об­работки стали, после которой она приобретает требуемые свойства. Он заключается в нагреве закаленной стали до определенной температуры, выдержке при заданной температуре и охлаждении с опре­деленной скоростью. Цель отпуска - снижение уровня внутренних напряжений и повышение сопротивления разрушению. Различают три его вида: низкотемпературный (низкий) с нагревом до 250°С, среднетемпературный (средний) с нагревом в интервале 350-500°С и высокотемпературный (высокий) с нагревом при 500-600°С.

Старение углеродистой стали, проявляется в изменении ее свойств во времени без заметного изменения микроструктуры. По­вышаются прочность, порог хладноломкости, снижается пластич­ность и ударная вязкость. Известны два вида старения - термическое и деформационное (механическое). Первое протекает в результате повышенной температурой (50-150°С), и является причи­ной термического старения.

Деформационное (механическое) старение протекает после пла­стической деформации при температуре ниже порога рекристаллиза­ции. С фактами возникновения отпускной хрупкости и старения стали строители сталкиваются при электротермическом способе натяжения арматуры в процессе изготовления преднапряженных железобетон­ных конструкций.