Вся электронная библиотека >>>

  арматурная сталь >>>

 

 

Высокопрочная арматурная сталь


Раздел: Учебники



 

Свойства при пониженных температурах

  

 

Поскольку в реальных условиях изготовления и эксплуатации предварительно напряженных железобетонных конструкций арматура может подвергаться воздействию пониженных температур, агрессивных сред, механических или сварочных (ожоги, каверны, вмятины и др.) повреждений представляется целесообразным оценить" конструктивную прочность и надежность нового вида высокопрочной арматурной стали марки 20ХГС2 на основании ее испытаний с различными формой и остротой надрезов в широком температурном интервале.

Исследования проводили на стали 20ХГС2 (0,18% С; 1,24% Мп; 2,46% Si; 0,97% Сг; 0,023% S; 0,014% Р) диаметром 10 и 14 мм в различном структурном состоянии. Для оценки чувствительности металла к надрезу, последний выполняли на одной из сторон арматурного прутка, не затрагивая продольные ребра жесткости. Мягкий надрез изготовляли радиусом 1 мм и глубиной 2 мм, острый — радиусом 0,25 мм, глубиной 1,5 мм и углом раскрытия надреза 60°. Испытывали также арматурные образцы с V-образной кольцевой выточкой глубиной 1 мм, радиусом 0,25 мм и углом раскрытия-60°.

Арматуру диаметром 10 мм упрочняли в потоке стана 250-1 комбината «Криворожсталь» при скорости прокатки 15,7 м/с по нижеприведенным режимам 1—3, обеспечивающим получение прочностных свойств классов Ат—V, Ат—VI и Ат—VII по ГОСТ 10884—81 соответственно.

Режим 1. Упрочнение в короткой трассе без предварительного охлаждения; работают две форсунки, давление воды 2,1 МПа.

Режим 2. Упрочнение в короткой трассе с подохла ж дением. Давление на двух включенных форсунках 2,1 МПа, в линии подохлаждения 0,5 МПа.

Режим 3. Упрочнение в длинной трассе охлаждения; работают три форсунки, давление 1,8—2 МПа.

Образцы испытывали на растяжение в интервале температур от +20 до — 60°С на машине ЦДМУ-30 по ранее описанной методике

 


 

В табл. 58 приведены данные по влиянию пониженных температур на механические свойства стали 20ХГС2, термоупрочнеиной на различные уровни прочности в потоке прокатки.

При всех уровнях прочности, отвечающих классам Ат—V (ав не менее 1000 МПа), Ат—VI (ав не менее 1250 МПа) и Ат—VII (сув не менее 1400.МПа), термомеханически упрочненная арма

тура с понижением температуры испытания до — 60°С обнаруживает четкую тенденцию к повышению пределов упругости (00,02) и текучести (00,2), равно как и временного сопротивления разрыву, что является характерным для металлов с о.ц.к.— решеткой. Пластические свойства при этом изменяются незначительно, сохраняясь на высоком уровне (65= 14—16%) вплоть до температуры испытания — 60 СС.

Термомеханически упрочненная арматура из исследованной стали, например, диаметром 10 и 14 мм обладает существенно более высокой несущей способностью в сравнении с горячекатаной при температурах испытания от 20 до — 60 °С и полностью отвечает требованиям ГОСТ 10884—81. Обращает на себя внимание то обстоятельство, что величина равномерного удлинения при всех температурах испытания в термомеханически упрочненной стали находится на весьма высоком уровне (5—7%).

Боковой поперечный надрез снижает несущую способность горячекатаной стали со смешанной структурой феррита, бейнита и тонкопластинчатого перлита, причем тем больше, чем выше острота надреза.

Мягкий надрез (г=1 мм) снижает исходную прочность в среднем при исследованных температурах на 15%, острый (г= = 0,25 мм)—на 36%. В горячекатаной арматуре надрез значительно уменьшает пластичность и, чаще всего, тем сильнее, чем больше его острота.

В термически упрочненной на ав= 1300—1400 МПа арматуре, в отличие от горячекатаной, надрез почти не снижает несущую способность — временное сопротивление разрыву (сгв) сохраняется на уровне класса Ат—VI даже при остром (г = 0,25 мм) надрезе и температуре -60°С. Кроме того, снижение пластичности под влиянием возрастающей остроты надреза оказывается не столь активным. Правда, при термоупрочнении на ав менее 1200 МПа отмечается снижение несущей способности арматуры под влиянием надреза. Однако и в этом случае, при доста

точно жестких условиях испытания, несущая способность оказывается не ниже класса Ат—IV.

 Неодинаковая чувствительность к надрезу стали различных уровней прочности объясняется тем, что при термоупрочнении„ например, на ав=1300—1400 МПа (режимы 2 и 3) по всему поперечному сечению арматуры образуется низкоуглеродистый самоотпущенный реечный мартенсит, а при обработке на ств менее 1200 МПа (по режиму 1) в основной части поперечного сечения возникает преимущественно промежуточная структура распада аустенита (бейнит). Таким образом, бейнитная структура в стали кремнисто-марганцовисто-хромистой композиции характеризуется •относительное большей чувствительностью к надрезу, чем структура самоотпущенного низкоуглеродистого мартенсита.

Если на арматурный пруток нанести V-образный острый (/* = = 0,25 мм) кольцевой надрез, то при растяжении материал в районе надреза будет находиться в условиях сложного напряженного состояния. Обычно при этом возрастают прочностные характеристики и снижается пластичность. В то время, как горячекатаная арматура из стали 20ХГС2, например, диаметром 10 мм без над;- реза обнаруживает четкое повышение временного сопротивления разрыву с понижением температуры испытания, то в той же арматуре, но с V-образным кольцевым надрезом, наблюдается снижение этой характеристики с 970 МПа при 20 °С до 920 МПа при — 60 °С, т. е. имеет место некоторое снижение хрупкой прочности с понижением температуры испытания. Это объясняется возникновением в такой арматуре неоднородной, смешанной структуры из феррита, бейнита и мелкодисперсного перлита, 'О чем уже упоминалось.

В отличие от горячекатаной, в термомеханически упрочненной •арматуре с ав=1300—1400 МПа V-образный кольцевой надрез приводит к повышению временного сопротивления разрыву как при комнатной, так и пониженных температурах испытания

Хотя пластичность под влиянием острого кольцевого надреза, так же как и в горячекатаном состоянии, резко снижается, како- то-либо уменьшения хрупкой прочности по мере снижения температуры испытания на наблюдается. Лишь в арматуре, упрочненной по мягкому режиму с преимущественным возникновением бейнитной структуры отмечается небольшое снижение временного сопротивления разрыву образцов с кольцевым надрезом с 1525 МПа при 20 °С до 1300 МПа при -60°С. Однако, и в этом случае совместное влияние острого кольцевого надреза и достаточно низкой ( — 60°С) температуры испытания не приводит к уменьшению временного сопротивления разрыву, а, следовательно, и несущей способности ниже требований класса Ат—VI по ГОСТ 10884—81. Таким образом, термомеханически упрочненная свариваемая арматурная сталь марки 20ХГС2 со структурой низкоуглеродистого самоотпущенного мартенсита и бейнита обладает хорошим сочетанием прочности и пластичности при отрицательных температурах, отличается сравнительно небольшой чувствительностью к надрезу и характеризуется повышенными показателями конструктивной прочности и надежности при жестких условиях исиытания.

Хладостойкость. Исследовали сопротивляемость хрупкому разрушению при- ударном нагружении арматуры диаметром 22 мм из стали 20ХГС2 с —1% Civ Сталь упрочняли с прокатного нагрева в потоке стана 250-5 комбината «Криво- рожсталь» и получили механические свойства (а0,2=980 МПа; ов = 1220 МПа; б5= 15,2%; 6Р = 7,7%), отвечающие требованиям класса Ат—V по ГОСТ 10884—81. Для сравнения сталь испытывали в горячекатаном состоянии.

Ударную вязкость определяли на образцах Менаже по ГОСТ 9454—78 с надрезами типов I (r= 1 мм), II (г=0,25 мм) и с усталостной трещиной (г=0 мм) в интервале от —196 до +160 °С.

Образцы вырезали у поверхности термоупрочненных прутков, чтобы ударная вязкость отражала влияние изменения структурного состояния металла от поверхности к центру.

За критическую температуру хрупкости (7'кр) принимали температуру максимума «п», а в случае его размытия по температурной шкале — наиболее- низкую температуру испытания, при которой коэффициент «п» сохраняет еще- наибольшее значение.

Термомеханическое упрочнение резко повышает сопротивляемость хрупкому разрушению стали 20ХГС2 по сравнению с горячекатаным состоянием. В результате такой обработки» несмотря на увеличение прочности в 1,5 раза с достижением сгв = = 1220 МПа, Гкр снижается до —130°С по сравнению с +20°С для горячекатаной стали (сгв = 800 МПа). Кроме того существенно понижается и чувствительность стали к надрезу. Если в горячекатаной стали при + 20°С увеличение остроты надреза с г= 1 до г = 0,25 мм приводит к снижению ударной вязкости в восемь раз (с 0,99 до 0,12 МДж/м2), то в термомеханически упрочненном состоянии— только в 1,7 раза при заметном повышении ударной вязкости образцов с обоими типами надрезов.

Трещииостойкость. Металлопрокат, в том числе и арматурная сталь, может содержать различного рода дефекты: макро- и микропоры, раковины, флокены, газовые пузыри, волосовины, закаты, экзогенные и эндогенные неметаллические- включения и др. Такие дефекты при эксплуатации изделий способствуют появлению и развитию трещины, что нередко приводит к хрупкому разрушению конструкций. Особенно опасны они для высокопрочных сталей. Поскольку термически упрочненная арматура с прочностью 1000 МПа и выше используется: в предварительно напряженных конструкциях, ее трещииостойкость является важной характеристикой эксплуатационной надежности.

Для исследования трещиностойкости использовали тот же материал, что и для оценки хладноломкости: арматуру диаметром 22 мм из стали 20ХГС2 с -1% Сг (0,18% С; 1,24% Мп; 2,46% Si; 0,97% Сг; 0,023% S; 0,014% Р) в горячекатаном и термомеханически упрочненном состояниях

Трещииостойкость определяли на вырезанных из арматуры круглых образцах диаметром 14 мм с V-образной кольцевой выточкой, из устья которой- предварительно выращивали усталостную трещину. При выращивании трещины определенной глубины применяли электромагнитный метод, а глубину трещины< выбирали при соблюдении условия

Зависимость критических коэффициентов интенсивности напряжений термоупрочненной стали от температуры испытаний нелинейна: при —100 °С наступает ослабление влияния понижения температуры на этот параметр. Критические коэффициенты интенсивности напряжений в вершине трещин, при этих температурах,

«по-видимому, приближаются к значениям К\с, определенным в условиях плоских деформаций.

Электронно-фрактографическое исследование изломов образцов с кольцевыми усталостными трещинами показывает, что при визуально хрупком характере разрушения в изломе наблюдаются микроучастки с вязким и квазивязким развязкие участки практически исчезают, в то время как в термомеханически упрочненном СОСТОЯНИИ даже при — 160 °С тенсивности напряжений в вершине трещины арматурной

Итак, термоупрочненная с прокатно- ное го нагрева арматурная сталь 20ХГС2

обладает высокой несущей способностью при воздействии максимально острого концентратора напряжений (кольцевой трещины) и характеризуется повышенной сопротивляемостью распространению трещины под действием рабочих нагрузок.

Усталостная прочность. Натурные усталостные испытания стали 20ХГС2 проводили на гидропульсационной машине ЦД-100ПУ в условиях циклического растяжения с коэффициентом асимметрии цикла р = 0,5 на образцах диаметром 14 мм при частоте на- гружения 400 циклов в минуту и базе испытаний 2/-106 циклов

Испытывали горячекатаную и термически упрочненную с прокатного нагрева арматуру. Механические свойства горячекатаной стали приведены в табл. 53, а после термического упрочнения получили: По.2 = 1050 Mlhr,

При достаточно жестких условиях испытания (р = 0,5) усталостная прочность натурных образцов термоупрочненной арматуры из стали 20ХГС2 оказывается на 12% более высокой,, чем горячекатаной и составляет 450 МПа. Это в три раза выше, чем для термически упрочненной арматуры из стали 35ГС того же диаметра, профиля и прочности. Повышенная усталостная прочность термически упрочненной арматуры из стали 20ХГС2 объясняется высокими значениями коэффициента интенсивности напряжений.

В заключение отметим, что повышенные значения параметров, определяющих конструктивную прочность в условиях растяжения при отрицательных температурах, хладостойкость, трещииостойкость^ сопротивляемость распространению трещин и усталостную прочность термомеханически упрочненной арматурной стали марки 20ХГС2, объясняются спецификой химического состава этой стали,, возникновением благоприятной структуры с мелкодисперсными кристаллами низкоуглеродистого самоотпущенного мартенсита и бейнита и проявлением эффекта ВТМО, особенно в связи с достижением повышенной чистоты границ зерен и субзерен деформированного аустенита при термомеханической обработке.

 

 

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