Высокопрочная арматурная сталь

Раздел: Учебники

На  21 схематически изображены возможные характеры зависимостей временного сопротивления от температуры отпуска (самоотпуска) двух гипотетических закаленных материалов: А и Б. Для этих зависимостей при t2>t\ справедливы соотношения:

Ясно, что при одинаковом изменении температуры отпуска (самоотпуска) в материале А наблюдаются значительно более резкие колебания свойств (например, временного сопротивления), чем в материале Б. Следовательно, вызванное теми или иными причинами изменение температур самоотпуска при прочих равных условиях приведет к существенно большей колеблемости свойств в материале А, чем в Б.

Проведенные нами опыты по термическому упрочнению в потоке прокатки обычных арматурных сталей марок СтБсп и 35ГС диаметром 10—14 мм на класс Ат—VI показали большую неоднородность Прочностных свойств металла и закономерное их снижение по длине хвостовой части 80 м прутка, вызванное ускоренным прохождением его через охлаждающие устройства после рс- за летучими ножницами.

Разброс прочностных свойств может быть снижен, если проводить термическое упрочнение указанных сталей в режиме полной закалки без самоотпуска. К сожалению при такой обработке возникает слишком высокая прочность (ав= 1900—2000 МПа) и неудовлетворительная пластичность, что лишает такой материал возможности практического использования.

Высокий разброс свойств наблюдается и при электро- термоупрочнении арматуры из этих сталей

Большие колебания механических свойств при термической обработке арматурных сталей марок Ст5 и 35ГС как с прокатного, так и с отдельного нагревов становятся понятными, если обратиться к анализу построенных нами кривых улучшения этих сталей. Из  22 видно, что по характеру зависимостей прочностных свойств от температуры отпуска (самоотпуска) указанные стали отвечают гипотетическому материалу типа «А» на схеме  21, т. е. характеризуются крутым спадом прочностных свойств при отпуске (самоотпуске). В интервале температур отпуска 300—550°С располагаются все прочностные категории термоупрочненной арматуры от класса Ат—VII (ав не менее 1420 МПа) до класса Ат—IV (сгв не менее 785 МПа) по ГОСТ 10884—81.

Диапазоны температур отпуска (самоотпуска), обеспечивающие получение свойств соответствующего класса, узкие. К примеру, свойства класса Ат—V на стали 35ГС реализуются при температурах отпуска 400—450 °С, т. е. в интервале шириной всего 50 °С.

Узкие интервалы температур отпуска (самоотпуска) для достижения свойств заданного класса требуют соблюдения малых интервалов колебаний времени охлаждения при- термическом упрочнении с прокатного нагрева. Эти интервалы составляют всего лишь 0,08 и 0,12 с для получения, например, в арматуре диаметром 10—14 мм из этих сталей свойств классов Ат—V и Ат—VI соотретственно. Конечно, выдерживать такие узкие интервалы допустимых колебаний времени охлаждения на практике весьма затруднительно.

Таким образом, для осуществления технологического процесса термического упрочнения с прокатного нагрева движущейся арматуры на заданный класс возникла необходимость решения задачи, достижения минимальной колеблемости конечных свойств готовой продукции в условиях неодинаковых температур самоотпуска по> длине прутка при его термоупрочнении.

В рамках решения проблемы термического упрочнения длинномерных прокатных изделий в потоке высокоскоростных непрерывных мелкосортных станов в целом, помимо разработки технологии и оборудования, потребовалось создание технологичных при термоупрочнении, сравнительно несложных по составу и в производстве специфических видов материалов для организации на металлургических заводах производства термоупрочнеиной арматуры, классов Ат—V—Ат—VI массового применения, а также высокопрочных сталей с особыми свойствами: стойких против коррозионного растрескивания и свариваемых.

Поскольку СССР явился первой страной в мире, где была разработана и внедрена промышленная технология термического» упрочнения с прокатного нагрева движущихся длинномерных изделий (арматуры), то при проведении работ в этом направлении ни в отечественной, ни в зарубежной литературе не имелось указаний на то, каким материалом в связи с рассмотренными выше особенностями процесса и требованиями к конечному продукту следует отдавать предпочтение, а также каковы научные основы выбора материалов, предназначенных для изготовления высокопрочных арматурных сталей путем термического упрочнения с прокатного нагрева.

На основании полученных нами и другими исследователями результатов, а также накопленного опыта можно сформулировать, следующие основные научные, технологические и экономические принципы подхода к выбору или разработке материалов, предназначенных для изготовления на металлургических заводах высокопрочного проката, например, арматурной стали путем ее термического упрочнения с прокатного нагрева.

1. Теоретической основой выбора стали для изготовления термически упрочненной с прокатного нагрева арматуры в условиях колебания температур самоотпуска по длине охлаждаемых изделий должен быть анализ характера зависимости структурного состояния и свойств закаленной стали от температуры отпуска; (самоотпуска) на базе использования имеющихся или построения неизвестных ранее диаграмм улучшения стальных материалов.

Природа искомого материала должна обусловить плавный характер изменения свойств закаленной стали при отпуске (самоотпуске), чтобы получить достаточно широкие (>100°С) интервалы температур отпуска (самоотпуска) в пределах которых достигаются структурное состояние и свойства соответствующих классов. Это позволит обеспечить простоту управления и надежность технологического процесса термического упрочнения арматуры в потоке прокатки на заданный класс, достигнуть минимального разброса конечных свойств стали по длине прутков и в партии.

2.         Предполагаемый к применению для изготовления арматуры высокой прочности (огв>1230 МПа) материал в условиях его термического упрочнения с прокатного нагрева по способу прерванной закалки должен приобретать структуру высокопрочного, но достаточно пластичного и вязкого самоотпущенного мартенсита без необходимости проведения специального отпуска.

3.         Непременными условиями выбора стали для организации массового изготовления термически упрочненной арматуры являются:

возможность ее выплавки в любых сталеплавильных агрегатах •с применением сравнительно дешевых и доступных раскислителей и легирующих элементов;

достаточная технологичность в производстве на всех этапах металлургического передела;

отсутствие склонности к трещинообразованию как в процессе термического упрочнения, так и контактно-стыковой сварки стали.

4.         Рекомендуемый к практическому использованию материал должен обеспечить безусловную применимость высокопрочной термически упрочненной арматуры при электротермическом способе натяжения с сохранением исходного класса свойств.

5.         Выбор осложненного химического состава стали с применением дефицитных и дорогостоящих легирующих элементов оправдан лишь в тех случаях, когда изготовленная из нее термически упрочненная арматура приобретает наибольшее количество новых качественных признаков: повышенные коррозионную стойкость, свариваемость, усталостную прочность и др., а изготовление конечной продукции значительно не затрудняет металлургическое производство и но возможности не требует введения новых технологических операций, как то: замедленного охлаждения передельной заготовки после прокатки, специального отпуска готовой продукции, ее вылеживания и пр.

6.         Желательно, чтобы выбираемые или создаваемые марки стали для изготовления термически упрочненной арматуры в условиях металлургических заводов имели стали-спутники, что способствует организации наиболее гибкого производства термически упрочненного проката и других видов продукции.