|
|
Ранее отмечалось, что при
изготовлении предварительно напряженных железобетонных конструкций широко
применяют электротермический способ натяжения. При таком повторном, нагреве
термически упрочненная арматурная сталь не должна терять исходного класса
прочностных свойств, по которому она должна быть использована в готовых
изделиях. Обеспечение этого требования— одно из важнейших условий при выборе
стали для изготовления термически упрочненной арматуры.
Арматурную сталь диаметром 10 мм опытных плавок подвергали термическому упрочнению с прокатного нагрева на класса Ат—VI (аБ
1250—1380 МПа). Кинетику разупрочнения при повторном (печном) нагреве изучали
на натурных образцах в интервале температур отпуска 300—600 °С через каждые
50 °С с выдержкой 5, 10, 20, 30 и 60 мин. Электроконтактный нагрев проводили
на установке электронагрева силой тока 800—6000 А. Температуру нагрева
определяли зачеканенной в тело арматурного прутка хромель—алюмелевой
термопарой. В зависимости от силы тока и температуры отпуска
продолжительность нагрева составляла от 0,25 до 5 мин.
Из приведенных в табл. 30 данных можно видеть следующее. В
термоупрочненной арматуре из стали марки СтЗсп уже при отпуске 300°С (10
мин), временное сопротивление оказывается ниже требований класса Ат—VI по
ГОСТ 10884—81, а при отпуске 400 °С (10 мин) металл разуирочняется до нижней
границы класса Ат—V (ал не менее 1000 МПа). При отпуске 450°С и выдержке 5
мин сталь разупрочняется ниже требований класса Ат—VI, что соответствует
классу Ат—V, а при выдержке 10 мин — классу Ат—IV.
Легирование низкоуглеродистой стали 1,2% Мп повышает
устойчивость термоупрочненной арматуры против разупрочнения^ но эффект еще
мал: при отпуске 350 °С и выдержке 10 мин временное сопротивление снижается
до уровня класса Ат—V; при отпуске 400 °С для этого уже достаточно выдержки 5
мин. В отличие от стали марки СтЗсп, легирование ~1% Мп позволяет сохранить
свойства термоупрочненной арматуры класса Ат—V при отпуске 400 °С в течение
30 мин, но при выдержке в течение 1 ч и такая сталь соответствует лишь
требованиям класса Ат—IV. Повышение содержания марганца до 2% не дает
заметных преимуществ по сравнению со сталью, легированной 1% Мп.
Таким образом кроме обычной стали СтЗсп,
низкоуглеродистая, легированная до 2% Мп, не может гарантировать сохранение
свойств арматуры, соответствующей требованиям исходного класса Ат—VI при
повторном нагреве с электронатяжением. Кроме того, стали такого типа в
широком интервале температур повторного нагрева и выдержке обнаруживают
частые выпады по равномерному удлинению (менее 2%).
Легирование низкоуглеродистой стали с 1 — 1,4% Мп кремнием
значительно повышает устойчивость против отпуска термоупрочненной арматуры
(табл. 31). При содержании около 1% Si после нагрева при 450°С (5 мин), что
более чем в 10 раз превышает время нагрева и выдержки термоупрочненной
арматуры при ее электротермическом способе натяжения, в ней сохраняются
свойства класса Ат—VI. Даже после одночасовой выдержки при этой температуре
механические свойства сохраняются на уровне требований класса Ат—V.
После отпуска 500°С (1 ч) в такой стали сохраняются
свойства, соответствующие требованиям класса Ат—IV (ав не менее 800 МПа), а
после нагрева до 600°С (1 ч) с большим запасом обеспечиваются свойства класса
А—III. Это дает возможность использовать немерные длины термоупрочнеиной
арматуры из стали с ~ 1 % Si в качестве свариваемой арматуры наравне со
сталью 35ГС.
С повышением содержания кремния до 1,5% сопротивляемость
разупрочнению при отпуске еще более возрастает. В этом случае нагрев до 400°С
(1 ч) не разупрочняет металл ниже требований класса Ат—VI, а при отпуске 600
°С (1 ч) такая сталь еще сохраняет свойства, соответствующие классу Ат—IV.
Данные по кинетике разупрочнения полуспокойных сталей, в
том числе микролегированных ванадием и ниобием, свидетельствуют о
непригодности этих сталей для сохранения свойств классов Ат—VI и Ат—V при
повторном нагреве термоупрочнеиной арматуры под натяжение. Уже при отпуске
300 °С (5 мин) временное сопротивление этих сталей падает до уровня
требований класса Ат—V. При отпуске 400°С (5 мин) полусио- койная сталь,
микролегированная ванадием, еще сохраняет свойства, соответствующие классу
Ат—V, но при выдержке 30 мин разупрочняется до требований, соответствующих
классу Ат—IV. В сталях марки СтЗпс и с микродобавкой ниобия наблюдается
разупрочнение до класса Ат—IV уже при нагреве 400°С (5 мин). Например,
арматуру диаметром 10 мм из стали СтЗпс + 0,09% Nb при термоупрочнении с
прокатного нагрева не удалось обработать на класс Ат—VI из-за низкой ее
прокаливаемости и отмеченного ранее инициирующего влияния карбидов и
карбонитридов ниобия на выделение избыточного феррита при закалке такой стали.
Полуспокойные стали при нагреве 350—500 °С с различной выдержкой
характеризуются низкими значениями равномерного удлинения, не
удовлетворяющими требования ГОСТ 10884—81 (бр не менее 2%).
Итак, термоупрочненная арматура из стали СтЗпс, несмотря
на повышенное содержание в ней марганца, имеет еще более низ-, кую
сопротивляемость разупрочнению при повторном нагреве, чем арматура из стали
марки СтЗсп. Микролегирование полуспокойной стали ванадием или ниобием не
позволяет существенно повысить се устойчивость против отпуска при нагреве до
350—400 °С.
Замедление разупрочнения начинает обнаруживаться лишь при
отпуске 450 иС и выше, когда эти элементы могут вызывать дисперсионное
твердение и тормозить процесс коалесценции карбидов.
При этом удовлетворительную стойкость против отпуска
обнаруживают кремнсмаргаицовистые стали, содержащие не менее l % Si. Это
подтверждают данные по электронагреву термоупрочнеиной арматуры из этих
сталей. Сталь с 1,06% Si сохраняет свойства, соответствующие требованиям
класса Ат—VI при электронагреве до 420 °С, а сталь с 1,5% Si (по массе)— до
450°С. При этом сталь имеет большой запас пластичности И удовлетворительное
равномерное удлинение. Следовательно, термически упрочненная арматура из
низкоуглеродистой кремнемарганцови- стой стали с 1 —1,5% Мп и 1 —1,5% Si
может быть использована при электротермическом способе натяжения. Такая сталь
обеспечивает надежное сохранение свойств при электронагреве термоупрочнеиной
арматуры класса Ат—VI до 400 °С, а класса Ат—V — до 450 °С.
При электронагреве в интервале 350—450 'С наблюдается
заметное (до 10%) повышение условного предела текучести и значительное (до
25%) увеличение предела упругости, что дополнительно «облагораживает» сталь,
термически упрочненную с прокатного нагрева. Повышение сг0,02 и сто,2 при
электронагреве отмечалось ранее как на сталях с феррито-перлит- ной
структурой (С. А. Мадатян), так и на сталях с мартенситной структурой (П. И.
Соколовский, С. А. Головин, Л. Е. Епштейн и др.). Причиной этого в случае
предварительной холодной деформации является развитие процессов
деформационного старения, а в случае исходной мартенситной структуры,
по-видимому, перераспределение и снижение внутренних остаточных напряжеий,
перераспределение и выделение углерода из твердого раствора на дислокациях и в
виде тонкодисперсных карбидов. На основании комплекса проведенных
лабораторных исследований и промышленных опытов, оценки НИИЖБ Госстроя СССР и
промышленных испытаний на железобетонных заводах для организации массового
производства высокопрочной арматуры
классов Ат—V—Ат—VI диаметром 10—18 мм путем термического
упрочнения с прокатного нагрева предложена сталь марки 20ГС следующего
химического состава: 0,17—0,22% С* 1 — 1,5% Мп; 1 — 1,5% Si; до 0,04% S; до
0,04% Р. Примеси: хром, никель, медь до 0,3% каждого из них.
Такая сталь в связи с небольшой ее чувствительностью к
колебаниям технологических параметров прокатки и упрочнения и невысоким
содержанием углерода, обеспечивает надежность технологического процесса
термоупрочнения арматуры на заданный класс по ГОСТ 10884—81, гарантирует от
образования закалочных трещин, позволяет достигнуть после такой обработки
хорошего сочетания прочностных и пластических свойств при удовлетворительной
их однородности по длине прутков и внутри партии, дает возможность применять
при переработке высокопрочной арматуры электротермический способ натяжения и
использовать в строительстве немерные длины из такой арматуры в качестве
свариваемой арматурной стали класса А—IIIHC наравне с горячекатаной сталью
класса А—III.
Сталь марки 20ГС введена в ГОСТ 10884—81 (приложение № 1,
обязательное) и вошла в соответствующие нормативно-технические документы но
строительству. Сталь марки 20ГС внедрена на Криворожском, Череповецком и
Западно-Сибирском металлургических комбинатах. С 1981 г. началось производство термоупрочненной арматуры из этой марки стали на заводе «Сарканайс
металургс».
В результате дальнейшего выполнения работ по
совершенствованию составов стали для изготовления термоупрочненной арматуры в
потоке прокатки, Институтом черной металлургии и комбинатом «Криворожсталь»
при участии Научно-исследовательского^ института бетона и железобетона под
руководством В. В. Калмыкова создано новое поколение высокопрочных
термомеханически упрочненных арматурных сталей с повышенным (до —2%) содержанием
кремния: сталь 20ГС2 — 0,17—0,22 С; 1 —1,5 Мп; 1,6—2,4 Si; <0,04 S;
<0,04 Р сталь 20ГС2Ф — 0,17— 0,22 С; 1 — 1,5 Мп: 2—2,5 Si; 0,06—0,12
V; <0,04 S; <0,04 Р; сталь 10ГС2 — 0,08—0,13 С; 1 — 15 Мп; 1,6—2,1 Si;
<0,045 S; <0,045 Р и др.
Использование сталей такого типа позволяет в
термоупрочнен^ ной с прокатного нагрева арматура классов Ат—V—Ат—VI
достигнуть в сравнении со сталью 20ГС еще лучшей равномерности и стабильности
свойств по длине 80—100 м арматурных стержней, и внутри партии, повысить
допустимые температуры повторного электронагрева без потери исходного класса
свойств особенно при производстве арматуры класса Ат—VI по ГОСТ 10884—81
(стали 20ГС2 и 20ГС2Ф), улучшить показатели по равномерному удлинению и, что
очень важно, на порядок увеличить стойкость, высокопрочной термоупрочненной
арматуры против коррозионного растрескивания под напряжением
Сталь марки 10ГС2 технологична в металлургическом нроиз-
водстве, позволяет получить в термоупрочнеиной с прокатного нагрева арматуре
(соответствующей классу Ат—IVK^-At—V) высокое сочетание прочности и
пластичности, повышенную сопротивляемость коррозионному растрескиванию и,
по-видимому, наиболее высокую циклическую прочность: 540 МПа в арматуре
диаметром 14 мм при ав = 1150 МПа и р = 0,5.
|