Вся электронная библиотека >>>

  арматурная сталь >>>

 

 

Высокопрочная арматурная сталь


Раздел: Учебники



 

2. Свойства и структура опытных сталей в горячекатаном состоянии

  

В качестве материала для разработки оптимального состава стали, предназначенной для массового производства высокопрочной арматуры путем термического упрочнения с прокатного нагрева выбрана низкоуглеродистая сталь, содержащая марганец и кремний в различных концентрациях и композиционных сочетаниях, в том числе микролегированная ванадием и ниобием. Работу проводили в промышленных условиях, минуя стадию изучения лабораторных плавок.

Изготовили три группы сталей, выплавленных в 50-т конвертерах из мартеновского передельного чугуна. Стали групп А и Б •относятся к категории спокойных сталей, а группы В — полуспокойных. Опытные стали позволяют изучить влияние марганца и кремния в различных их сочетаниях и концентрациях, а также микролегирования на структуру и свойства арматурной стали при различных режимах и способах ее термической обработки.

Стали выплавляли из передельного чугуна с добавкой стального скрапа. Химический состав заливаемого в конвертер чугуна следующий, %: 4,4—4,6 С; 0,8—1,3 Мп; 0,6—0,75 Si; <0,045 S; <0,15 Р. Спокойные стали раскисляли в ковше ферромарганцем и ферросилицием, а затем алюминием в расчете 300 г/т.

Раскисление полуспокойных сталей ферромарганцем и их микролегирование феррованадием и феррониобием проводили в ковше. Технология выплавки всех опытных сталей была идентичной и лишь в зависимости от задаваемого химического состава изменяли расход ферросплавов, присаживаемых в ковш.

Спокойные стали разливали сифонным способом в уширенные кверху изложницы с прибыльными надставками в слитки массой 8,3 т. Полуспокоиные стали разливали аналогичным способом в такие же слитки, но в изложницы. Слитки нагревали с горячего всада в 12-местных рекуперативных колодцах по режиму, установленному для нагрева слитков из низколегированной стали.

Прокатку слитков проводили на блюминге 1150, а затем на непрерывно-- заготовочном стане 730 и 500. После прокатки получали передельную заготовку сечением 80X80 мм. Температура начала прокатки составляла 1180—1200 конца прокатки 900—9401С. Головная обрезь спокойного металла составляла 13—15%, донная 2—2,5%.

 

 

От каждой плавки отбирали по два слитка (в квадрате 80 мм), один из которых предназначался для прокатки на арматуру диаметром 10—18 мм по обычной технологии (горячекатаный металл): температура начала прокатки 1140—1160 °С, конца прокатки — 1050—1080 °С. Второй слиток использовали для изготовления термически упрочненной арматуры на промышленной установке в потоке стана 250—1.

Для прокатки отбирали заготовки из средней части слитка. Макроструктуру металла и его химическую неоднородность изучали на пробах, отобранных от квадратных заготовок со стороной 80 мм через каждые 7% по высоте слитка. Качество поверхности передельной заготовки оценивали визуальным осмотром металла на адъюстаже блюминга и на пробах, прошедших глубокое травление. Исследование проводили на натурных арматурных образцах, что позволяет получать данные, отражающие совокупное влияние химического состава, структурного состояния и действия концентраторов напряжений в виде системы поперечных и продольных ребер жесткости. Это существенно повышает практическую ценность результатов и обоснованность предлагаемых на базе их рекомендаций.

Исследования проводили на сталях после различных видов, способов и режимов их термической обработки с использованием химического, механического, металлографического, дилатометрического, электронномикроскопического, рент- геиоструктурного, физического и статистического методов. Особенности и необходимые подробности использованных методик рассмотрены по ходу изложения материала в соответствующих разделах настоящей книги.

Выплавка и прокатка опытного металла не вызвали затруднений. По сравнению со сталью марки СтЗсп опытные стали, легированные марганцем и кремнием в различных композициях, лучше разливались и прокатывались, обнаружив тенденцию к улучшению качества поверхности передельных заготовок, особенно но снижению их пораженности горячими трещинами глубиной 1—7 мм. Глубоким травлением темплетов в 50%-ном водном растворе соляной кислоты установлено удовлетворительное качество макроструктуры по высоте слитка исследованных сталей.

На  25 с учетом ошибок измерения показано распределение химических элементов по высоте слитков сталей групп А и Б. Видно, что химическая неоднородность по высоте слитка не превышает значений, относящихся к обычно выплавляемому спокойному металлу. Оценка максимальных отклонений химического состава по высоте слитка от средних значений по слитку показывает, что по возрастанию склонности к положительной ликвации исследованные элементы располагаются в последовательности: марганец, кремний, углерод, фосфор, сера. Положительная ликвация серы, углерода и фосфора наблюдается, как правило, в головной части слитка, а отрицательная — в донной. При этом максимальные значения положительной ликвации (усредненные по сечению заготовки квадрат 80 мм) для спокойного металла составляют в относительных процентах,

В сталях групп А и Б наименьшей склонностью к положительной и отрицательной ликвации в слитке обладает марганец, наибольшей — сера. В полуспокойных сталях группы В максимальные значения положительной ликвации составляют в относительных процентах: 6 S; 11,8 Р; 17,7 С; 25 Si; 2,1 Мп; 10 V; 37,5 Nb; отрицательной ликвации —9,3 S; 21,4 Р; 9,6 С; 6,2 Si; 3,1 Мп;. нет V; 62,5 Nb.

Поскольку в слитках, отлитых из полуспокойной стали, головная усадочная раковина значительно уменьшается, а иногда и вовсе исчезает, то, как видно из приведенных данных, положительная ликвация серы, фосфора и углерода в заготовках из головной части таких слитков оказывается существенно сниженной в сравнении со слитками из спокойной стали при одинаковой схеме разливки. Это обстоятельство является важным преимуществом полуспокойных сталей. Однако вследствие низкого (менее 0,1%) содержания кремния, являющегося источником дополнительного тепла при раскислении жидкого металла в ковше, микролегирование полуспокойной стали сильными карбидо- и нитридо- образующими элементами, в частности ниобием, имеющим весьма высокую температуру плавления (2415°С), приводит к неравномерному его распределению по высоте слитка полуспокойного металла.

В условиях массового производства арматурной стали, в том числе и термически упрочненной, сведения о ее химическом составе, как правило, дает плавочный анализ. Поэтому целесообразно проанализировать степень соответствия между плавочным анализом и фактическим составом металла в прокате. Такие данные приведены в табл. 22.

В передельной заготовке (квадрат 80 мм) из спокойного металла отклонения в содержании углерода от плавочного анализа как в большую, так и меньшую стороны — равновероятны, но абсолютная величина этих отклонений близка к ошибке измерения, которая составляет ±0,02% (абс.) при содержании углерода в пределах 0,10—0,20%.

В прокатанном металле наблюдается тенденция к незначительному (0,02— 0,07% абс.) понижению содержания марганца и повышению содержания кремния по сравнению с плавочным анализом. Однако, абсолютная величина отклонений по содержанию кремния в большинстве случаев близка к ошибке измерения, которая в пределах 0,5—1% (по массе) составляет ±0,05% (абс.) по ГОСТ 12346—78.

Содержание серы в прокате из спокойных сталей, как правило, на 0,001— 0,006% (абс.) ниже, а содержание фосфора в семи случаях из десяти на 0,002— 0,008% (абс.) выше плавочного анализа. Правда, в большинстве изученных плавок положительные отклонения по содержанию фосфора близки к ошибке измерения, которая в пределах от 0,01 до 0,02% фосфора составляет ±0,003% (абс.) по ГОСТ 12347—77.

По данным плавочного и контрольного анализов в полуспокойных сталях^ как и в спокойных, различия в содержании углерода, марганца, серы и фосфора, а также ванадия и ниобия незначительны. К сожалению, это нельзя сказать о кремнии. В отличие от спокойной- стали фактическое его содержание в прокате из полуспокойной стали оказалось в 1,5—2 раза ниже плавочного анализа.

Полученные данные свидетельствуют о том, что в спокойных малоуглеродистых и низкоуглеродистых сталях различия между плавочным анализом и фактическим содержанием в прокате углерода, марганца, кремния — основных элементов, определяющих восприимчивость стали к термическому упрочнению и конечный комплекс ее свойств — незначительны. За исключение кремния, то же самое можно сказать и о полуспокойных сталях. Наблюдаемые отклонения в большинстве случаев близки к ошибке измерения. При соблюдении установленной технологии выплавки и разливки стали это дает основание.рассматривать плавочный анализ как достаточно надежную информацию о фактическом составе металла в прокате и использовать эту информацию для назначения режима его термического упрочнения.

В арматурных сталях группы А диаметром 10—18 мм с обычным (0,21—0,24%) содержанием кремния при увеличении концентрации марганца до 2% предел текучести (стт) повышается на 50—80 МПа, временное сопротивление разрыву (ап)—на 150— 160 МПа, твердость по Виккерсу—на 300—600 МПа, относительное удлинение снижается на 8—12% (абс.), равномерное удлинение (бр) — на 4—5% (абс.). ав с ростом содержания марганца в указанных пределах во всех профилях возрастает линейно, а (Тт вначале (до 1% Мп) увеличивается, а затем изменяется незначительно. Вследствие этого отношение от/оа с ростом содержания марганца от 1 до 2% уменьшается в среднем с 0,70 до 0,62. Зависимости прочностных свойств и пластичности от содержания в стали марганца в атомных процентах или по массе с вероятностью 95% отражаются следующими уравнениями регрессии

Видно, что зависимость ав и ат от атомной концентрации кремния описываются прямыми линиями с близкими значениями тангенса угла наклона, о чем свидетельствуют величины коэффициентов при Si. Поэтому, с ростом содержания кремния в пределах 0,21 —1,5% по массе (0,42—3% ат.) отношение от/ов изменяется незначительно и находится в пределах 0,66—0,70.

Следует заметить, что легирование' низкоуглеродистой марганцовистой (—1% Мп) стали кремнием, обеспечивая активный рост прочностных характеристик, приводит к значительно меньшему снижению пластичности, чем легирование одним марганцем, т. е. кремний оказывает одновременно упрочняющий и пластифицирующий эффект в стали.

Легирование низкоуглеродистой стали (с 1% Мп) кремнием в количестве до 1 % повышает комплекс свойств горячекатаной; арматуры диаметром 10—14 мм до уровня требований класса А—III по ГОСТ 5781—82, а при более высоком содержании кремния (1,5%) эти свойства реализуются в арматуре диаметром 18 мм и даже 22 мм (<ут 418—420 МПа; ав 630—632 МПа; 26,8—32,5%; бр 16,3—20,9%). Низкоуглеродистая сталь, содержащая 1 —1,4% Мп и 1 —1,5% Si по прочностным показателям намного не уступает стали 35ГС, применяемой для изготовления горячекатаной арматуры класса А—III, значительно превосходя ее по относительному удлинению.

Если в сталь, содержащую до 2% Мп, добавить 0,68% Si (по массе), то в арматуре диаметром 10—18 мм реализуются свойства класса А—III, но ее пластические характеристики становятся значительно хуже, чем в стали, содержащей 1% Мп и 1% Si

Однако, если в стали, содержащей до 1% Si, снизить концентрацию марганца до 0,69%, то даже в арматуре диаметром 10 мм не удается получить прочностных свойств на уровне требований* класса А—III (ав не менее 600 МПа), т. е. преимущественное легирование низкоуглеродистой стали кремнием при небольшом содержании марганца не позволяет получить указанный уровень прочности в горячекатаном состоянии. Достижение такого уровня прочности имеет важное значение ири выборе материала для массового производства высокопрочной арматуры классов Ат—V— Ат—VI и обеспечения реализации термоупрочненной арматуры пемерной длины из такой стали в качестве свариваемой арматуры класса А—III.

Повышение прочностных свойств низкоуглеродистой арматурной стали при легировании ее марганцем и кремнием связано с влиянием этих элементов на структуру металла и свойства составляющих ее фаз: феррита и перлита. Поскольку марганец является сильнейшим стабилизатором аустенита, то при одинаковых условиях охлаждения, например, на воздухе с повышением в арматурной стали содержания марганца наблюдается снижение .температуры распада аустенита. Это ведет к пзмельчению феррито-пер- литного зерна, возрастанию количества и дисиеризации квази- эвтектоида и появлению при 2% Мп уже заметного количества бейнита.

На  26 приведены данные по влиянию марганца и кремния на микротвсрдость феррита и перлита горячекатаных арматурных сталей; каждая точка — среднее из 200 измерений. Если выразить, концентрацию этих элементов в атомных процентах, что с физической точки зрения является наиболее обоснованным, то оказывается, что с ростом атомной концентрации марганца микротвердость феррита и перлита возрастает быстрее, чем с возрастанием

При легировании низкоуглеродистой стали кремнием до I % (но массе) наблюдается тенденция к дополнительному (примерно на 10%) измельчению ферритоперлитного зерна, обусловленного присутствием в стали марганца, а при более высоком содержании кремния происходит лишь некоторое огрубление феррито- перлитной структуры, что согласуется с данными Э. Гудремона.

 Поскольку 1% Мп (по массе)^ ^1% Мп (ат.), а 1% Si (но массе) ^2% Si, то при одинаковом весовом содержании этих элементов в кристаллической решетке феррита будет находиться в два раза больше атомов кремния. Расчет показывает, что по упрочняющему влиянию на феррит 0,1% Мп (ат.) эквивалентно 0,27% Si (ат.), т. е. влияние марганца, как упрочнителя феррита, по крайней мере в 2,7 раза сильнее, чем кремния. По упрочняющему влиянию на перлит 0,1% Мп (ат.) эквивалентно 0,21% Si (ат.).

Если за основу оценки, эффективности влияния марганца и кремния на механические свойства горячекатаной арматурной стали взять равенство их атомных концентраций в сплаве, можно показать, что по увеличению временного сопротивления и предела текучести 0,1% Мп (ат.) эквивалентно 0,24 и 0,16% Si (ат.) соответственно, а по снижению относительного удлинения 0,1% Мп (ат.) эквивалентно 0,5% Si (ат.). Следовательно, в низкоуглеродистой стали с феррито-перлитной структурой кремний, как упрочнитель, уступает марганцу, но при одинаковых атомных концентрациях значительно меньше снижает пластичность, чем марганец. Поэтому легирование низкоуглеродистой стали 1% Мп (по массе) и 1 % Si (по массе) дает в горячекатаном состоянии лучшее сочетание прочности и пластичности, чем легирование стали одним марганцем в количестве до 2% (по массе).

Представляет интерес оценить склонность к хрупкому разрушению горячекатаных арматурных сталей, легированных марганцем и кремнием в различных сочетаниях. Для изучения хладноломкости проводили несколько серий ударных испытаний (от —60 до -}-100оС) образцов Менаже, вырезанных из арматуры диаметром 18 мм; с мягким (г=1 мм) и острым (г = 0,25 мм) надрезами (тип I и 11) по ГОСТ 9454—78. Для получения возможно более разносторонней информации помимо ударной вязкости определяли: температурное положение максимума чувствительности к надрезу п=1, характеризующего 7кр хрупкости данного материала;

верхнюю и нижнюю критические температуры хрупкости, соответствующие появлению первых признаков и 100% хрупкости в изломе соответственно;

работу распространения трещины по методу А. П. Гуляева утяжку в надрезе после испытания по формуле: у=(Н- ВХ)!ВУ%,где В и Вt — ширина образца в разрезе до испытания и после.

Утяжка в надрезе является дополнительным критерием, дающим информацию о пластичности материала при ударном нагру- жении.

При испытании образцов со стандартным (r= 1 мм) надрезом низкоуглеродистые стали с 0,5 и 1,2% Мп не обнаруживают различий в ударной вязкости и положении верхней и нижней критических температур хрупкости. На основании таких испытаний можно было бы сделать вывод об отсутствии влияния, марганца в таких количествах на хладостойкость стали. Однако, в более жестких условиях испытания (образец с острым надрезом г = 0,25 мм) сталь, легированная марганцем до 1,2% (по массе), обнаруживает явно лучшую сопротивляемость хрупкому разрушению, чем обычная сталь марки СтЗсп с 0,50% Мп. Это проявляется в повышении ударной вязкости и утяжки в надрезе при температурах испытания от +20 до — 40 °С, снижении величины и смещении температурного положения максимума (пика) чувствительности к надрезу с —20 до — 40 °С. Работа распространения трещины при +20 и — 40°С также возрастает: с 0,78 и 0,04 для стали с 0,50% Мп, до 1,2 и 0,25 МДж для стали с 1,2% Мп соответственно.

Улучшающий эффект при введении до 1,2% Мп в низкоуглеродистую арматурную сталь объясняется измельчением ферритоперлитного зерна горячекатаного металла и раскисляющим действием марганца.

Ухудшение ударной вязкости при содержании 2% Мп связано- с увеличением в структуре стали количества квазиэвтектоида и появлением при таком содержании марганца бейнита.

Введение в низкоуглеродистую сталь, содержащую 1 —1,4%. Мп, кремния свыше 0,37% в целом приводит к охрупчиванию: снижению ударной вязкости, утяжки в надрезе, работы распространения трещины и повышению верхней и нижней критических температур хрупкости. Наиболее заметный вклад в охрупчивание наблюдается при увеличении содержания кремния свыше 1%.

Оптимальное соотношение прочности и сопротивляемости хрупкому разрушению реализуется при легировании низкоуглеродистой стали примерно 1% Мп и 1% Si.

Горячекатаная сталь такого типа по сопротивляемости хрупкому разрушению нисколько не уступает и даже несколько превосходит равнопрочную сталь марки 35ГС — основной материал для изготовления арматуры класса А—III.

Полуспокойные стали. Механические свойства горячекатаных полуспокойных арматурных сталей приведены в табл. 25. Видно, что обычная низкоуглеродистая нолуспокойная сталь типа СтЗпс (пл. 12) по прочностным характеристикам не уступает спокойной стали той же марки (см. табл. 21, пл. 1), однако имеет более низкие значения относительного и равномерного удлинений: в арматуре диаметром 10 мм 35,3 и 15,3% против 41 и 21% для СтЗсп соответственно.

Микролегирование низкоуглеродистой полуспокойной стали ванадием (до 0,07%) или ниобием (до 0,09%) приводит практически к одинаковому результату: в арматуре диаметром 10—18 мм от повышается до уровня требований класса А—III, а оа возрастает лишь до величин, требуемых классом А—II (ав не менее 500 МПа).

Повышение прочностных свойств полуспокойной стали при ее микролегировамки ванадием или ниобием объясняется, с одной

В числителе—крайние значения из испытаний трех образцов со стандартами (r= 1 мм)

Тем не менее, наблюдаемый эффект упрочнения от микролегирования не настолько высок, чтобы даже в горячекатаной арматуре диаметром 10 мм получить уровень свойств, полностью отвечающих требованиям класса А—III. Полуспокойные стали такого типа могли бы быть использованы взамен спокойной стали марки Ст5сп, превосходя ее по пределу текучести (до 30%). Однако, для этого требуется повышенный расход ферромарганца, а также использование дефицитных ферросплавов. Применение таких сталей в горячекатаном состоянии взамен стали марки СтБси при дефиците раскислителей представляется мало вероятным.

 

 

СОДЕРЖАНИЕ:  Высокопрочная арматурная сталь

 

Смотрите также:

    

Арматура. Назначение и виды арматуры

Горячекатаная арматурная сталь с площадкой текучести на диаграмме (мягкая «таль) обладает значительным удлинением после разрыза-до 25% ( 1.18,а)...

 

АРМАТУРА. Стали для арматуры. Механические свойства арматурных...

Арматурная сталь должна обладать достаточной пластичностью, характеризуемой величиной относительного удлинения при растяжении...

 

...АРМАТУРЫ. При монтаже арматуры. Класс арматурной стали

Класс арматурной стали определяется по профилю стержней и по окраске их торцов. Так, арматурная сталь класса А-l имеет гладкий профиль; класса А-И...

 

АРМАТУРНЫЕ СТАЛИ. Стержневая арматурная сталь

Стержневая арматурная сталь делится на классы от A-I до A-VII. В настоящее время класс арматуры обозначается также гарантированной величиной предела текучести...

 

Классификация и сортамент арматурной стали. Горячекатаная...

Горячекатаная арматурная сталь классов A-I и А-Н предназначена для употребления в качестве ненапрягаемой арматуры в обычных железобетонных конструкциях.

 

Арматурная сталь и полуфабрикаты. Арматурная проволока. Заводы...

§ 2. Арматурная сталь и полуфабрикаты. Арматурную сталь делят на горячекатаную стержневую и холоднотянутую проволочную.

 

Профили арматурной стали. Арматурная сталь из углеродистой...

Маркировка арматурной стали должна содержать

Прокат арматур и изделий из стали. Стержневая арматурная сталь

Стержневая арматурная сталь представляет собой горячекатаные стержни диаметром 6...80 мм. В зависимости от марки стали и соответственно...

 

...напрягаемых арматурных элементов. Поверхность арматурных сталей....

Допускается для напрягаемой арматуры предварительно напряженных конструкций использовать арматурную сталь следующих видов

 

Арматурная сталь механически упрочненную в холодном состоянии...

Арматурная сталь выпускается в стержнях или мотках: сталь класса А240 (A-I) изготовливают гладкой, сталь классов АЗОО (А-И), А400 (А-Ш), А600 (A-IV), A800 (A-V), A1000 (A-VI)...

 

Арматурная сталь в бухтах

Арматурная сталь в бухтах применяется в основном для заводского изготовления арматурных каркасов. Арматура. Заготовка и установка арматуры - круглая арматурная ...

 

Виды арматурных сталей и изделий для армирования железобетонных...

Арматурную сталь изготовляют с периодическим профилем согласно ГОСТ 5781-82 или ГОСТ 10884-94. Стержневую арматуру, упрочненную вытяжкой...

 

АРМАТУРНЫЕ СТАЛИ. Горячекатаная стержневая арматура

Стержневая арматурная сталь в зависимости от класса и диаметра стержней изготавливается из углеродистой и низколегированной стали.

 

АРМАТУРНЫЕ РАБОТЫ. В сортамент арматурных сталей входят...

АРМАТУРНЫЕ РАБОТЫ. Классификация и сортамент арматурной стали. … Арматурная сталь винтового профиля

 

СТАЛЬ АРМАТУРНАЯ. Механические свойства арматурной стали

Арматурная сталь классов прочности Ат800, Ат1000 и Ат1200 должна выдерживать без разрушения 2 млн циклов напряжения...

 

Основные свойства арматурной стали

Сталь, используемая в качестве арматуры железобетонных конструкций, должна иметь
Для арматурной стали наиболее типична работа под действием растягивающих сил.

 

Арматура. Производство установка натяжение арматуры. Монтаж...

§ 26. изготовление и установка арматуры. Арматурная сталь, применяемая для армирования железобетонных конструкций...

 

Арматурная сталь винтового профиля Контроль качества упрочненной...

Арматурная сталь винтового профиля, как правило, должна поставляться в комплекте с соединительными элементами (муфтами, анкерными гайками и контргайками).

 

Арматурная сталь и изделия из нее

Арматурная сталь и изделия из нее. Общие сведения об арматуре. Сопротивление бетона растяжению в 10...

 

Классификация арматурных сталей. Марки арматурной стали

Классификация арматурных сталей. Арматуру, вводимую в бетонные конструкции для восприятия растягивающих усилий (при изгибе, растяжении...

 

Последние добавления:

 

ОСАДКИ СТОЧНЫХ ВОД    Вторичные ресурсы   Теплоизоляция  Приливные электростанции  

Справочник агронома  ШЛИФОВКА И ПОЛИРОВКА СТЕКЛА Производство комбикормов  Соболь   Меховые шапки  Арматура и бетон 

Облицовочные работы — плиточные и мозаичные   Огнеупоры  Древесные отходы   Производство древесноволокнистых плит

  Материаловедение для столяров, плотников и паркетчиков   Плотничьи работы Паркет   Деревянная мебель