Вся электронная библиотека >>>

  арматурная сталь >>>

 

 

Высокопрочная арматурная сталь


Раздел: Учебники



 

3. Свойства и структура опытных сталей в термически упрочненном состоянии с отдельного нагрева

  

 

Спокойные стали. Для выбора температур нагрева под закалку •опытных сталей определяли их критические точки закалочио- микроструктурным методом на натурных образцах—шлифах диаметром 10 мм с точностью ±10°С. Видно (табл. 19), что легирование низкоуглеродистой стали марганцем до 2% приводит к снижению точки Ас3 на 40 °С. Это согласуется с диаграммой железо— марганец, согласно которой марганец расширяет у область (Э. Гудремон). Наоборот, легирование низкоуглеродистой марганцовистой стали кремнием в количестве до 1,5% приводит к повышению критической точки Ас3 на 50°С, что отвечает диаграмме железо—кремний, согласно которой кремний является элементом, выклинивающим ^-область (Э. Гудремон).

Закалку натурных образцов диаметром 10—18 мм с печного нагрева осуществляли в баке с проточной водой от температур на 30—40 °С выше критических точек Ас3 с выдержкой 15—20 мин после прогрева. Нагрев под закалку проводили в камерных печах типа 1125. Точность регулировки температуры составила ±Ю°С.

Отпуск образцов проводили в интервале температур 200—600 °С через каждые 50 °С с выдержкой 1 ч в тигельной печи—ванне с точностью ±5° С. По каждому варианту термообработки испытывали не менее трех разрывных и двух образцов для испытаний на холодный загиб.

При закалке арматуры диаметром 10 мм из обычной стали марки СтЗсп с 0,5% Мп с печного нагрева в баке с водой достигается лишь уровень прочности класса Ат—V по ГОСТ 10884—81 (ав не менее 980 МПа) при неудовлетворительной пластичности (б5 менее 5%). Прочность же в закаленном состоянии арматуры диаметром 18 мм из такой стали составляет лишь 700 МПа, что значительно ниже требований даже класса Ат—IV (ав не менее 785 МПа) по ГОСТ 10884—81. Распределение твердости по сечению закаленной арматуры свидетельствует о низкой прокаливаемости такой стали.

 


 

В связи с малой устойчивостью аустенита этой стали при скоростях охлаждения, достигаемых в спокойной воде (около 200°/с для центра арматуры диаметром 10 мм) не удается подавить выделение сетки избыточного феррита по границам зерен бывшего аустенита и троостита. В арматуре диаметром 18 мм избыточного феррита еще больше. Это влечет за собой снижение прочности и пластичности в закаленном состоянии. Следовательно, в условиях закалки с отдельного нагрева в баке с водой обычная низкоуглеродистая сталь марки СтЗсп даже в арматуре диаметром 10 мм не обеспечивает получение в закаленном состоянии свойств, требуемых ГОСТ 10884—81.

Легирование низкоуглеродистой стали марганцем до 2% повышает величину и равномерность распределения твердости по сечению закаленной арматуры диаметром 10—18 мм , увеличивает прочность и пластичность стали в закаленном состоянии. Этот благоприятный эффект связан с повышением про- каливаемости под влиянием марганца. Уже в присутствии ~ 1 % Мп количество избыточного феррита по границам зерен бывшего аустенита и троостита закалки в закаленной арматуре диаметром 10 мм значительно снижается по сравнению с таковой из стали марки СтЗсп, а при введении 2% Мп в закаленной арматуре диаметром 10—18 мм эти структуры отсутствуют.

Легирование марганцем способствует более плавному и замедленному разупрочнению закаленной стали при отпуске. В присутствии 1,18% Мп свойства арматуры класса Ат—V по ГОСТ 10884—81 при термоупрочнении арматуры диаметром 10—18 мм реализуются при интервале температур отпуска 175—280 °С против менее 100°С для стали 35ГС. Соответственно низкоуглеродистая сталь, легированная 1% Мп, может рассматриваться, как уже значительно более технологичный материал при термическом упрочнении с прокатного нагрева, чем стали марок 35ГС и Ст5.

Наиболее эффективное влияние марганец оказывает в количествах 1—1,5%. Повышение его содержания до 2%, дополнительно увеличивая прочность и пластичность в закаленном состоянии, не даст заметных преимуществ с точки зрения повышения сопротивляемости стали разупрочнению при нагреве свыше 300 °С. Поскольку при отпуске (400°С, 1 ч) в сталях с 1—2%. Мп значения временного сопротивления арматурных профилей № 10—18 могут быть ниже требований класса Ат—V, эти стали не гарантируют по этой характеристике сохранения, например, исходного класса Ат—VI арматуры (ав не менее 1250 МПа) при электротермическом способе натяжения, когда требуется кратковременный электроконтактный нагрев до 450 °С.

Легирование кремнием в количестве до 1,5% низкоуглсроди- стой стали, содержащей около 1 % Мп непрерывно улучшает соотношение прочности и пластичности в закаленном состоянии. Временное сопротивление при этом возрастает до 1400— 1450 МПа, а §5 и 6р увеличивается соответственно с 6 и 0,9 для стали с 0,21% Si до 13 и 4,3% для стали с 1,5% Si.

В стали с 1% Мп и 1,5% Si соотношение прочности и пластичности в закаленном состоянии оказывается лучшим, чем при легировании низкоуглеродистой стали одним марганцем до 2%. Обращает на себя внимание тот факт, что при всех содержаниях кремния закаленная арматура диаметром 10 мм при прочности 1400— 1450 МПа имеет угол загиба ссыше 140°, что значительно превышает требования ГОСТ 10884—81. Увеличение содержания кремния до 1,5% отчетливо повышает прокаливаемость арматурной стали. Благоприятное влияние кремния на улучшение соотношения прочности и пластичности в закаленном состоянии можно объяснить увеличением прокаливаемости, уменьшением действительного зерна аустенита, возникновением иизкоуглероди- стого реечного мартенсита с малой шириной реек, снижением тетрагональности решетки исходного мартенсита под влиянием, что понижает уровень внутренних остаточных напряжений закаленной арматуры.

Из  29 видно, что с увеличением в низкоуглеродистой стали содержания кремния до 1,5% (по массе) уровень прочностных и пластических свойств повышается во всем интервале температур отпуска, а процессы разупрочнения закаленной стали значительно замедляются. Благодаря этому ширина интервала температур отпуска (самоотпуска), обеспечивающих получение свойств арматуры класса Ат—VI составляет для стали с 1 —1,5% Si свыше 300°С. Это обстоятельство имеет решающее значение для обеспечения простоты управления и надежности технологического процесса термического упрочнения арматуры с прокатного нагрева на заданный класс, достижения стабильности и однородности ее механических свойств. Кроме этого, как видно из  30, легирование низкоуглеродистой марганцовистой стали кремнием до 1,5% непрерывно улучшает пластичность стали при уровнях прочности 1200—800 МПа. Итак, кремний в термоупрочненном состоянии оказывает одновременно упрочняющий и пластифицирующий эффект.

Поскольку при организации производства термоупрочнеиной арматуры классов Ат—V и Ат—VI с прокатного нагрева весьма важное значение имеет удовлетворение требований по прокали- ваемости, устойчивости против разупрочнения при электроконтактном нагреве под натяжение и величина отношения ат/ав, то в свете полученных данных о перспективности стали крем немарганцовистой композиции представляется необходимым обсудить, какой уровень содержания марганца можно рекомендовать в термоупрочнеиной низкоуглеродистой стали с 1 —1,5% Si, принимая во внимание дефицитность ферромарганца.

Уже отмечалось, что низкоуглеродистая сталь с обычным (0,24%) содержанием кремния при ее легировании 2% Мп не обнаруживает значительного повышения сопротивляемости разупрочнению при отпуске в сравнении с такой же сталью, но легированной около 1% Мп.

Даже если в стали с 2% Мп ввести дополнительно еще и кремний до 0,68% (пл. 10), то, как видно из табл. 26, такая сталь в закаленном состоянии и после отпуска в интервале 300—600°С по своим механическим свойствам только лишь поиближается к

таковым для стали, имеющей почти в два раза меньше марганца, но содержащей около 1% Si. Следовательно, вводить в арматурную сталь подвергаемую термическому упрочнению марганец в количестве до 2% нецелесообразно. Максимальное его содержание не должно превышать 1,5%. .

С другой стороны, если в кремнемарганцовистой стали снизить содержание марганца до 0,7% , то даже в арматуре диаметром 10 мм после закалки не удается получить свойства арматуры класса Ат—VI (0о,2 не менее 1000 МПа, ав не менее 1250 МПа). Еще худший комплекс свойств имеет место в арматуре диаметром 18 мм, которая в закаленном состоянии обладает низким значением

Поэтому для обеспечения прокаливаемости и надежного достижения прочностных свойств класса Ат—VI при термическом упрочнении арматуры диаметром 10—18 мм содержание марганца не должно быть ниже 1%. Лишь при термоупрочнении арматуры мелкого сортамента (диаметром 10—12 мм) на класс Ат—IV— Ат—V при сохранении уровня содержания кремния не ниже 1% может быть допущено уменьшение концентрации марганца до 0,7-0,8%.

О целесообразности выбора указанного выше'диапазона в содержании марганца говорят и данные по ударной вязкости арматурных сталей в состоянии после закалки с последующим отпуском. Видно, что при отпуске в интервале температур 200—400 °С, когда прочностные свойства арматуры отвечают требованиям класса Ат—V, в стали с 2% Мп имеет место значительное охрупчивание: ударная вязкость на образцах с мягким (г= 1 мм) и острым (г = 0,25 мм) надрезами снижается в четыре раза по сравнению с закаленным состоянием. При температуре максимального развития охрупчивания (300°С) работа распространения трещины по методу А. П. Гуляева приближается к нулевым значениям.

Второй интервал охрупчивания в такой стали лежит при 550— 600°С, что совпадает с районом развития обратимой отпускной хрупкости. Правда, при испытании образцов с мягким надрезом охрупчивание только намечается: ударная вязкость сохраняется еще высокой. При испытании образцов с острым надрезом явление охрупчивания в различной степени отмечается у всех сталей этой группы. Наиболее сильное развитие отпускная хрупкость получает в стали с 2% Мп.

 Введение до 0,90% Si в низкоуглеродистую сталь —1% Мп обеспечивает в закаленном состоянии (при значительно большей прочности) такой же уровень ударной вязкости, как у закаленной стали марки СтЗсп. Склонность к необратимой отпускной хрупкости в интервале температур отпуска 200—400°С значительно снижается. Дальнейшее увеличение содержания кремния до 1,5%, не уменьшая ударной вязкости в закаленном состоянии, полностью подавляет необратимую отпускную хрупкость в интервале 200— 400°С. Охрупчивание при температурах отпуска 550—600°С не наблюдается.

Итак, наряду с ранее отмеченными преимуществами, низкоуглеродистая кремнемарганцовистая сталь, содержащая 1 —1,5% Мп и 1 —1,5% Si обладает наиболее высокими показателями по сопротивляемости хрупкому разрушению в термоупрочненном состоянии во всем диапазоне уровней прочности: 1400—700 МПа.

Полуспокойные стали. Из табл. 21 видно, что иизкоуглероди- стая полуспокойная сталь марки СтЗпс (плавка 12) за счет повышенного содержания марганца и низкой концентрации кремния имеет критическую точку Асг> лежащую на 50°С ниже, чем в стали марки СтЗсп (пл. 1). Микролегированис полуспокойной стали ванадием или ниобием приводит к повышению критической точки

По данным табл. 27 закаленная с печного нагрева в баке с водой арматура диаметром 10 мм из полуспокойной стали марки СтЗпс по механическим свойствам не удовлетворяет требованиям класса Ат—VI и Ат—V по ГОСТ 10884—81 из-за низкой пластичности. Пониженные характеристики пластичности этой стали в термоупрочненном состоянии объясняются возникновением крупного зерна аустенита при нагреве под закалку и низкой прокаливаемостью, что ведет к выделению избыточного феррита и тростита по границе бывшего зерна аустенита. Закаленная сталь этого типа быстро разупрочняется при отпуске.

Микролегирование СтЗпс ванадием до 0,07%  не улучшает соотношение прочности и пластичности в закаленном состоянии. Значения прочностных и пластических характеристик в этом состоянии также не позволяют квалифицировать ее ни по одному из классов ГОСТ 10884—81.

При закалке полуспокойной арматурной стали с 0,09% Nb (пл. 14) от 950 °С удается достигнуть лишь прочностных свойств класса Ат—IV (а0.2 не менее 600 МПа; ав не менее 800 МПа). Структура стали при этом характеризуется наличием большого количества избыточного феррита. Лишь при закалке от температуры 1200°С удается получить уровень прочностных свойств, отвечающих требованиям класса Ат—VI. Такая температура нагрева обеспечивает растворение карбидов и карбонитридов ниобия в аустените, которые при более низкой температуре нагрева (950°С) полностью не растворяются в нем и резко снижают восприимчивость стали к упрочнению из-за облегчения выделения избыточного феррита. Такая высокая чувствительность к температуре закалки делает весьма сомнительным возможность применения полуспокойной стали с ниобием при термическом упрочнении с прокатного нагрева. Кроме того, хотя путем закалки от высокой температуры (1200°С) и можно получить в арматуре диаметром 10 мм из такой стали прочностные свойства на уровне класса Ат—VI, ее пластические свойства (65 = 6%; угол загиба 40 ) оказываются ниже требований этого класса (б5 не менее 7%, угол загиба не менее 45°). Следовательно, в отличие от вышеописанных низкоуглеродистых кремнемарганцовистых сталей с 1 —1,5% Мп и 1 —1,5% Si термоупрочненные полуспокойные стали при уровнях прочности классов Ат—V—Ат—VI (1000—1300 МПа) по пластическим свойствам требованиям этих классов не удовлетворяют.

Микролегирование стали СтЗсп ванадием или ниобием не приводит к существенному замедлению разупрочнения закаленной стали при отпуске до 400 °С. Замедление в разупрочнении наступает при отпуске 500—600 °С, когда в этих сталях развиваются процессы дисперсионного твердения. В ниобиевой стали этот процесс имеет место только при закалке от высокой температуры (1200°С), обеспечивающей переход карбидов и карбонитридов ниобия в аустенит. При более низкой температуре закалки (950 "С) этого не наблюдается.

Таким образом, как с точки зрения плавности изменения механических свойств при отпуске (сопротивляемости разупрочнению), что определяет технологичность арматурной стали при ее термическом упрочнении с прокатного нагрева и возможность применения электротермического способа натяжения, так и по соотношению прочности и пластичности в термоупрочненном состоянии исследованные полуспокойные арматурные стали не могут конкурировать с низкоуглеродистыми спокойными кремнемарган- цовистыми сталями, содержащими 1 —1,5% Мп и 1 —1,5% Si.

 

 

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