Арматурные стали

Арматурная сталь в виде стержней гладких и периодического профиля, применяется для армирования железобетонных конструкций. Последние бывают ненапряженными и предварительно напряженными. Арматурные стержни в предварительно напряженной железобетонной конструкции работают на растяжение и испытывают большие нагрузки.

Арматурные стали делятся на 7 классов по прочности. Чем выше номер класса, тем выше прочность. Стали классов А-I,A-II(ВСт5сп2, ВСт5пс2, 18Г2С, 10ГТ и др.) иA-III(35ГС, 25Г2С, 32Г2С и др.) имеют невысокую прочность (σ_Т= 240–400 МПа) и используются для ненапряженных конструкций. Стали классовA-IV(20ХГ2С, 80С, 20Х2ГЦ и др.) и выше применяют для армирования предварительно напряженных конструкций. По мере увеличения класса прочности возрастает степень легирования сталей. Так, к классуA-VII(σ_Т= = 1200 МПа) относятся стали 20Х2Г2СР, 23Х2Г2Т, 22Х2Г2АЮ и др. Стали классов А-I–A-Vпоставляются в горячекатаном состоянии, а стали классовA-VIиA-VIIпосле термического или термомеханического упрочнения. Широко применяется термическое упрочнение стержневой арматуры. Технология термоупрочнения подобна технологии термоупрочнения с прокатного нагрева для строительных металлоконструкций. Термическое упрочнение стерженвой арматуры проводят на выходе стержня из прокатной клети. На специальных устройствах осуществляется прерванное охлаждение, обеспечивающее самоотпуск стали. Применяемая технология позволяет использовать эффект ВТМО. В результате ВТМО получается мелкозернистая структура с дисперсной феррито-карбидной смесью, что обеспечивает требуемую прочность в сочетании с высокими характеристиками пластичности. Термическое упрочнение позволяет повысить на один–два класса прочности уровень свойств стали по сравнению с горячекатаным состоянием, что обеспечивает экономию легирующих элементов и снижение стоимости арматуры. Термическое упрочнение арматурой стали позволяет получить экономию металла в среднем на 22 %. Высокопрочная арматурная сталь может подвергаться коррозионному растрескиванию под напряжением. Для повышения сопротивления этому явлению применяют индукционный нагрев для получения высокоотпущенного состояния в поверхностных слоях арматурных стержней, а также используют стали с высокой устойчивостью против коррозионного растрескивания в высокопрочном состоянии (20ХГС2).

Упрочняющие обработки, применяемые для строительных сталей

Для строительных сталей применяют следующие виды упрочняющей обработки: нормализацию, улучшение, ВТМО и ее разновидности – упрочнение с прокатного нагрева и контролируемую прокатку.

Нормализация проводится с целью получения однородной мелкозернистой структуры. Нормализованные стали имеют более высокую пластичность и ударную вязкость, чем горячекатаные.

После улучшения (закалки с высоким отпуском) получается структура дисперсного сорбита отпуска, обеспечивающая высокую ударную вязкость и низкий порог хладноломкости при достаточно высокой прочности. Прочность повышается приблизительно на 25 % по сравнению с горячекатаным состоянием.

Термоупрочнение с прокатного нагрева позволяет не только повысить свойства металла, но и экономить капиталовложения, топливо и энергию, уменьшить потери металла в окалину. Сущность процесса состоит в том, что прокат на выходе из прокатных валков немедленно подвергается спрейерному охлаждению в аустенитном состоянии. Ускоренное охлаждение происходит только в течение определенного времени (прерванное охлаждение) пока температура поверхности металла не достигнет ~ 400 ºС. По окончании ускоренного охлаждения температура поверхностных слоев повышается за счет тепла внутренних слоев и происходит самоотпуск. При самоотпуске снижаются внутренние напряжения, оставшиеся после ускоренного охлаждения. В результате ускоренного охлаждения из аустенитного состояния после прокатки образуются более низкотемпературные продукты распада аустенита, чем в обычной горячекатаной стали, и частично подавляется выделение избыточного феррита. Кроме того, ускоренное охлаждение позволяет сохранить полигонизованную структуру феррита с высокой плотностью несовершенств кристаллического строения.

В результате получается мелкозернистая полигонизованная структура феррита с дисперсной феррито-карбидной смесью (псевдоэвтектоид). Такая структура обеспечивает высокую прочность стали при сохранении достаточной вязкости, пластичности, низком пороге хладноломкости. Термоупрочнение проката позволяет экономить до 20–30 % металла.

Другой частный случай ВТМО – контролируемая прокатка. Это высокотемпературная прокатка по регламентируемому режиму, включающему запрограммированные температуры начала и особенно конца деформации, степени обжатия и скорость охлаждения. Контролируемая прокатка предусматривает последовательную деформацию металла при непрерывном снижении температуры в широком диапазоне температур γ и γ+α – областей с последующим охлаждением на воздухе или ускоренно, обеспечивающим заданное сохранение искажений строения металла, внесенных пластической деформацией. Цель контролируемой прокатки – формирование мелкозернистой структуры феррита с развитой субструктурой и дисперсными выделениями карбонитридов внутри зерен (для чего стали легируют ванадием и ниобием) и небольшим количеством (5–15 %) дисперсной ФКС. Выделение дисперсных карбонитридов тормозит процессы возврата и рекристаллизации и обеспечивает получение мелкого зерна стали, хорошо развитой субзеренной структуры и дисперсионного упрочнения.

Контролируемая прокатка позволяет в одном технологическом процессе без дополнительных затрат и термической обработки обеспечить сочетание высокой прочности, пластичности, ударной вязкости, сопротивления хрупкому разрушению.

Наиболее широко контролируемая прокатка используется при изготовлении листовой стали для газопроводных труб большого диаметра, к металлу которых предъявляются весьма высокие требования в отношении прочности, пластичности, ударной вязкости, сопротивления хрупкому разрушению и свариваемости. Большие перспективы имеет контролируемая прокатка при изготовлении различного профильного проката для металлических конструкций.