|
Производство и применение
горячекатаной арматурной стали класса А—IV с условным пределом текучести
ас,2>600 МПа и временным сопротивлением ав>900 МГ1а было начато в 1956
году. Первой сталью этого класса была 30ХГ2С, химический состав которой
приведен в табл. 69.
Многолетнее промышленное, производство и применение стали
.30ХГ2С, широкие исследования ее физико-механических свойств и свариваемости
показали, как уже упоминалось, значительную неоднородность, низкую
пластичность и ограниченную, а в ряде случаев неудовлетворительную
свариваемость этой стали в горячекатаном состоянии.
Это объясняется тем, что в зависимости от условий
охлаждения и колебания химического состава 30ХГ2С. имела структуры,
относящиеся к различным температурным областям распада аустенита. Основная
масса стали имела структуру бенннта,ряду с которой достаточно часто
встречались структуры: перлит+ + феррит и мартенсит. Сталь этой марки требует
обязательной улучшающей термообработки после горячей прокатки.
Дальнейшие исследования были направлены на создание и
внедрение горячекатаной арматурной стали класса А—IV двух видов:
экономичной стали с повышенным содержанием углерода и
уменьшенным расходом легирующих элементов (марок 80С и 65ГС); свариваемой, с
более низким по сравнению со сталью марки 30ХГ2С содержанием углерода и
повышенным содержанием марганца или кремния и хрома, а также дополнительно
легированной титаном, цирконием или другими элементами (см. табл. 69).
Возможность применения несвариваемой напрягаемой
стержневой арматуры с повышенным содержанием углерода связана с высокой
степенью унификации размеров сборных предварительно напряженных
железобетонных изделий, где при пролетах до 12 м стержни мерной длины могут применяться без сварки.
Основной арматурной сталью этого типа является сталь марки
80С, разработанная в 1963 г. Макеевским металлургическим комбинатом.
Центральным научно-исследовательским институтом черной металлургии (ЦНИИЧМ) и
Науч- но-исследовательским институтом бетона и железобетона (НИИЖБ).
Испытания образцов арматуры диаметром 12, 14, 16, 25 и 32 мм 42 партий—плавок на растяжение и изгиб в холодном состоянии показали, что в состоянии поставки
механические свойства арматурной стали марки 80С диаметром 12—16 мм полностью
соответствуют требованиям ГОСТ 5781—82 к горячекатаной стали класса А—IV.
Установлена высокая однородность свойств этой стали,
характеризуемая коэффициентами вариации величин ав, ffo.2 и б5 соответственно
равными 4,7; 7,44 и 19,4%. Временное сопротивление стали марки 80С, как
правило, больше 1000 МПа, отношения а0,г/ав и OoWtfo,» в среднем составляют
соответственно 0,605 и 0,84 и изменяются в пределах: 0,59—0,64 и 0,75—0,9.
Параметр упругости г) в среднем составляет 0,74 (см. табл. 1). Наименьшие
опытные значения 65=6% и 5р = 3%.
Внутриплавочная изменчивость механических свойств,
выявленная в результате испытаний в НИИЖБе 59 образцов арматуры диаметром 14 мм определяется размахом по ав, сг0,2, сго.ог, 65 и бр соответственно равным 45, 40; 100 МПа, 6 и
4%. Изменчивость значений <ь и а0,2 по длине 6-м прутка не превышает 10
МПа, т. е. сопоставима с погрешностью при определении этих характеристик.
Изменчивость значений 6s составляет 2%.
Начальный модуль упругости Епвч в среднем составляет
2,06-10б МПа. В опытах НИИЖБ он изменялся в пределах от 1,96 до 2,16-105, что
выше, чем у других сталей этого класса.
Угол изгиба вокруг оправки диамет- 6а,МПа ром 5d для
арматуры диаметром 12 и 14 мм составил 140—180°, а для образцов диаметром 16,
25 и 32 мм —38—180° и значительно изменялся по длине прутка.
Ударная вязкость стали 80С низкая: при 20 °С — от 0,13 до
0,26 МДж/м2, а при -30°С —от 0,06 до 0,8 МДж/м2. Опыты Н. М. Мулина и В. 3.
Мешкова показали чувствительность этой стали к концентраторам напряжений в
виде надрезов глубиной 0,05d и ожогов на продольных ребрах от электрической
дуги. Понижение температуры испытаний на растяжение от + 20 до — 40 °С
сопровождается уменьшением 6Р почти в 10 раз и заметным снижением On. Поэтому
арматурную сталь марки 80С не рекомендуется применять в конструкциях,
эксплуатируемых на открытом воздухе и в неотапливаемых помещениях при
температуре ниже — 30 °С.
Статистическая обработка результатов испытаний 2643
образцов арматурной стали диаметром 10—14 мм 522 плавок Ма- кеевского и
Магнитогорского металлургических комбинатов подтвердили результаты испытаний
НИИЖБ и показали, что при средних в зависимости от диаметра прокатываемой
стали значениях ов от 1130 до 1060 МПа и сто,2 от 720 до 610 МПа коэффициенты
вариации ов и о0,2 составили соответственно 3,58—5,12 и 5,25—10%. С
увеличением диаметра прокатываемой арматуры наблюдается общее монотонное
снижение ов, о0,2 и б5. Влияние масштабного фактора на механические свойства
стали 80С показано на 91.
Основной объем производства и применения стали марки 80С
составляет арматура диаметром 12 и 14 мм. Средние значения механических свойств этой, стали, полученные по данным 3242 испытаний, приведены в табл. 1.
Диаграмма условно-мгновенной пластической деформации стали
80С в состоянии поставки определенная как средняя по результатам испытаний 72
образцов диаметром 12—16 мм, взятых от 12 партий—плавок различного
химического состава, в соответствии с методикой, рассмотренной в гл. I,
оценивается в пределах еаи до 0,005 по формуле
Арматурная сталь 80С является стойкой против коррозионного
растрескивания, поэтому- она рекомендуется для применения в качестве
напрягаемой арматуры железобетонных конструкций, эксплуатируемых в
агрессивных средах. При этом из-за плохой свариваемости, недостаточной
прочности и пластичности при низких отрицательных температурах область
применения этой стали ограничивается арматурой диаметром 10—18 мм мерных длин
для предварительно напряженных конструкций пролетом до 12 м
Исследования влияния химического состава на свариваемость
арматурной стали класса А—IV, проведенные ЦНИИЧМ показали, что
удовлетворительной свариваемостью в сочетании с требуемой прочностью обладают
хромо - марганцовистые стали с содержанием углерода 0,2—0,28%. Поэтому
созданные (взамен стали 30ХГ2С) виды свариваемой стержневой арматуры имеют
уменьшенное содержание углерода, которое компенсируется большим расходом
Исследования влияния масштабного фактора на механические
свойства стали 20ХГ2Ц, проведенные НИИЖЬ совместно с ЧерМК и Ц11ИИЧМ, на
стержнях диаметром 12—32 мм показали, что оно имеет сложный характер,
обусловленный комплексом технологических факторов: степенью обжатия
заготовки, температурой конца прокатки, скоростью прокатки и охлаждения
стали, которые наряду с химическим составом определяют конечные свойства
арматурной стали.
Снижение характеристик прочности Ов и в среднем составляет
5 МПа при увеличении номинального диаметра на 1 мм при соответствующем увеличении бр на 0,2% (абс.).
Изменение механических свойств стали в зависимости от диаметра
прокатываемой арматуры наиболее заметно по результатам испытаний
горячекатаной стали на верхнем пределе химического состава и нивелируется
после вылеживания или низкотемпературного отпуска. Вылеживание сталей 20ХГ2Ц,
20ХГ2Т и 20ХГСТ так же и для рассмотренных ранее сталей марок 30ХГ2СТ и 80С
способствует повышению ее пластичности, которая достигает браковочных
значений на 6—10 день, а более высоких значений (65=9—18%) через 20—30 дней
вылеживания.
Выявлено , что это связано с диффузией водорода, зависимость
которой от времени показана на 92. Средняя внутриплавочная изменчивость
механических свойств определяется коэффициентами вариации о„, Оо.г,
<То,ог, б5 и бр соответственно равными 3, 4, 5, 10 и 22%, что несколько
ниже, чем у стали 30ХГ2С, но превышает аналогичные показатели стали 80С.
Характерным для стали марок 20ХГ2Ц, 20ХГСТ, 20ХГ2Т и
20ХГ2Ф являются низкие средние отношения о0,2/^0.2 и Оо.г/сТв, равные
соответственно 0,63 и 0,67. Данные НИИЖБ о средних значениях и показателях
изменчивости механических свойств этих сталей, полученные по результатам
испытаний 282 образцов арматуры диаметром 10—32 мм 47 плавок
Исследования сопоставимости расчета деформаций по формуле
и опытных данных испытаний 72 образцов арматурной стали диаметром 12—32 мм 12
партий—плавок различного химического состава показали, что в указанном выше
интервале напряжений предельные отклонения расчета от опыта в 90% случаев не
превышают ±12%. Относительные удлинения 65 и бр в состоянии поставки в
среднем составили 13,5 и 5,94% при среднеквадратических отклонениях
соответственно 2,4 и 2,04%. Начальный модуль упругости Еаач изменялся в
пределах 1,6—2,5-105 МПа и в среднем равен 1,85-105 МПа.
Значительное влияние на механические свойства стали марок
20ХГ2Ц и 20ХГ2Т оказывает низкотемпературный отпуск при температуре 250—300
°С, который повышает характеристики пластичности, угол изгиба в холодном
состоянии и сопротивления стали малым пластическим деформациям Оо.ог, tfo.os,
^0.2 и др. В результате соотношения Оо.ог/сго.г и (То.г/сГа увеличиваются до
0,73—0,78, а диаграмма условно-мгновенных пластических деформаций
определяется параметром упругости ri = 0,5.
Арматурная сталь класса А—IV этих марок значительно лучше,
чем 30ХГ2С,. спаривается контактной стыковой и дуговой сваркой протяженными швами,,
обладает хорошей ударной вязкостью при температурах до минус 40 °С, сохраняет
высокие пластические свойства в условиях низких отрицательных температур и
динамических нагрузок. Поэтому она рекомендуется для применения в
предварительно напряженных железобетонных конструкциях без orpaHV' чения
длины их пролета и условий эксплуатации.
|