Высокопрочная арматурная сталь

Раздел: Учебники

Исследовали арматуру периодического профиля диаметром 10, 14 и 22 мм из стали 20ХГС2 с —1% Сг в горячекатаном и термически упрочненном с отдельного и прокатного нагрева состояниях.Для сравнения испытывали арматурную сталь 20ГС2 (0,19% С; 1,2% Мп; 2,1% Si; 0,022% S; 0,011% Р).

Это объясняет тем, что в горячекатаной арматуре из стали 20ХГС2 при содержании хрома около 1% возникает феррито-бейнитная структура с темнотравящимися участками тонкодисперсного перлита. С возрастанием диаметра арматуры количество перлита увеличивается, а бейнита—уменьшается, что приводит к снижению прочностных характеристик, хотя и в диаметре 22 мм сталь 20ХГС2 продолжает оставаться по временному сопротивлению разрыву более прочной, чем сталь марки 20ГС2. Указанное направление изменения структурного состояния горячекатаной стали 20ХГС2 с ростом диаметра арматуры вытекает из характера ее термокинетической диаграммы.

Отметим, что при повышении содержания хрома в стали типа 20ХГС2 до 1,5% в горячекатаной арматуре диаметром 10 мм возникает только феррито-бейнитная структура с выделением избыточного феррита в виде разорванных сеток. В арматуре диаметром 14 мм феррит выделяется уже в форме сплошных сеток. Пластичность стали при этом ухудшается и продолжает снижаться с ростом диаметра арматуры, поскольку при этом, помимо выделения феррита в виде сеток, происходит огрубление структуры. Размер бейнитного зерна в стали с 1,5% Сг с ростом диаметра арматуры возрастает, достигая в арматуре диаметром 22 мм 4—5 балла по ГОСТ 5639—65 против 6—7 балла в арматуре диаметром 10 мм. О вредном влиянии ферритных сеток и огрубления структуры на пластичность и хладостойкость конструкционных материалов неоднократно указывалось в литературе (В. И. Саррак, В. А. Павлов, М. В. Якутович, Л. И. Гладштейн, Д. А. Литвиненко и др.).

Кроме того, с повышением содержания хрома в стали типа 20ХГС2 до 1,5%> качество поверхности передельной заготовки ухудшается, а при 2% Сг становится неудовлетворительным: появляется значительное число плен и рванин. Поэтому в стали марки 20ХГС2 содержание хрома не превышает 1,2%.

Закаленная с отдельного нагрева (1000°С, выдержка 15 мин) арматура из стали 20ХГС2 в интервале температур отпуска 300— 600 °С длительностью 1 ч разупрочняется значительно медленнее, чем арматура из стали 20ГС2 ( 72, а).

Степень разупрочнения еще более снижается, если термическое упрочнение осуществляется с прокатного нагрева в потоке стана. Действительно упрочненная таким способом арматура дна- 20ХГС2 после отпуска при 600 °С с выдержкой 1 ч имеет прочностные свойства (7В= 1010 и а0,2 = 900 МПа вместо 900 и 750 МПа после закалки с печного нагрева при близких исходных значениях а0,2 (около 1100 МПа), т. е. уровень этих показателей сохраняется соответственно на 12 и 20% более высоким. Это является результатом ранее рассмотренного эффекта ВТМО, степень проявления которого в хромистой стали выше, чем в сталях, не содержащих хрома.

Структура стали 20ХГС2 в термомеханически упрочненном на класс Ат—VI состоянии представляет собой слабоотпущенный низкоуглеродистый мартенсит  имеющий реечное строение с повышенной плотностью дислокаций в мартенситных пейкях

 Преимущества стали 20ХГС2 по сопротивляемости отпуску особенно заметны при кратковременном электронагреве, применяемом, как уже отмечалось, при электротермическом способе натяжения арматуры. Даже при электронагреве до 600 °С сталь 20ХГС2, термически упрочненная с прокатного нагрева, сохраняет еще существенный резерв прочности по классу дт—у (ств>1000 МПа), тогда как аналогично упрочненная сталь 20ГС2 уже заметно разупрочняется

Повышенная сопротивляемость отпуску термоупрочненной стали 20ХГС2 объясняется особенностью ее структурного состояния при воздействии повторного нагрева. При электронагреве, например, до 500 °С полностью сохраняются исходные кристаллы мартенсита, в которых наблюдается выделение карбидов. Реечное строение мартенсита также сохраняется, хотя плотность дислокаций в рейках мартенситных пакетов несколько снижается. Даже при нагреве до 600°С в структуре стали сохраняется неполностью распавшийся мартенсит с хорошо выраженными рейками. Плотность дислокаций остается еще довольно высокой.

Повышенная сопротивляемость разупрочнению при нагреве и 'связанный с этим плавный характер разупрочнения при отпуске (самоотпуске) обусловливают высокую технологичность стали 20ХГС2 при ее термическом упрочнении .с прокатного нагрева, поскольку свойства готового термоупрочненного проката при этом получаются менее чувствительными, к колебаниям-/техйологических параметров прокатки и охлаждения. На самом деле, термически упрочненная в гпотоке стана арматура из новой стали обладает достаточно стабильным распределением свойств по длине 80 м прутков, отвечающим требованиям класса Ат—VI

Обращают на себя внимание высокие значения равномерного удлинения: 4,8—7,8% против 2% по ГОСТ 10884—81.