Высокопрочная арматурная сталь

Раздел: Учебники

Проведенные исследования показали, что с помощью легирования одним лишь кремнием, вводимым в количестве до 2% в низкоуглеродистую (0,10—0,20% С) марганцовистую (1—1,5% Мп) сталь еще не удается достигнуть в термически упрочненной с прокатного нагрева арматуре, например, диаметром 10 мм в состоянии поставки без дополнительного отпуска (электронагрева) необходимой стойкости против КР при расчетных сопротивлениях, отвечающих требованиям класса Лт—V, а тем более Ат—VI. Поэтому Институтом черной металлургии совместно с Криворожским металлургическим комбинатом и НИИЖБ Госстроя СССР проведены исследования по опенке влияния хрома на сопротивляемость КР высокопрочной арматурной стали с повышенным (до 2%) содержанием кремния. Для этой цели на базе стали марки 20ГС2 в 130-1 конисртсрпх Криворожского металлургического комбината из мартеновского передельного чугун.» выплавили группу опытных арматурных сталей с различным содержанием хрома, в том числе дополнительно легированных бором или алюминием

При выплавке опытных сталей раскисление и легирование металла лрово- дили в ковше ферромарганцем, ферросилицием и феррохромом, а затем алюминием из расчета 300 г/т. Для дополнительного легирования стали бором или алюминием ферробор и гранулированный алюминий давали на струю металла в изложницы.

Разливали сталь в уширенные кверху изложницы с прибыльными надставками в слитки массой 8,35 т. Прокатку слитков, оценку макроструктуры и химической неоднородности металла проводили по ранее описанному методу. Качество поверхности и макроструктура передельной заготовки квадрат 80 мм опытных сталей оказались удовлетворительными. При всех исследованных содержаниях хрома его распределение по высоте слитка достаточно равномерное, близкое к плавочному анализу, а химическая неоднородность в распределении остальных элементов по высоте слитка опытных сталей не превышает значений, относящихся к спокойному металлу.

Опытные стали прокатывали на арматуру диаметром 10 мм, которую термически упрочняли в потоке стана 250-1 на класс Ат—VI с ав = 1300—140*0 МПа.

Видно, что небольшие добавки хрома (0,44%) заметно улучшают коррозионную стойкость арматуры класса Ат—VI из стали типа 20ГС2. С повышением содержания хрома до 0,56—0,83% сопротивляемость КР продолжает возрастать. Например, в стали с 0,83% Сг при напряжении 700 МПа, что превышает расчетное сопротивление арматуры класса Ат—V (630 МПа), коррозионное растрескивание не возникает в течение более 200 ч испытаний в кипящих нитратах.

Еще более высокая коррозионная стойкость достигается в опытной стали с г-1 % Сг. Такая сталь при напряжении 800 МПа, превышающем расчетное сопротивление арматуры класса Ат—VI по первой категории качества (785 МПа), выдерживает более 300 ч непрерывных испытаний в кипящих нитратах без разрушения ( 130, кривые 3 и 4). Следовательно, введение 0,8—1% Сг в низкоуглеродистую марганцовистую сталь с повышенным (до 2%) содержанием кремния позволяет при напряжениях, соответствующих расчетным сопротивлениям классов Ат—V и Ат—VI в 200 раз повысить коррозионную стойкость термоупрочненной арматуры по сравнению, скажем, со сталью 20ГС. Такая сталь обозначается маркой 20ХГС2, химический состав которой был приведен в гл. VIII. Термически упрочненная арматура из этой стали может быть охарактеризована как стойкая против КР при напряжениях, отвечающих расчетным сопротивиолнительного отпуска для повышения сопротивляемости КПН £ такой стали не требуется. Следует подчеркнуть, что до- | стигнутые результаты относятся ^ ш к самому «трудному» диаметру арматуры (10 мм), где наиболее эффективно влияние концентраторов напряжения в виде ребер периодического профиля. В арматуре большего диаметра, где воздействие ребер как концентраторов напряжений снижается, сопротивляемость КР будет еще выше.

Высокая коррозионная стойкость стали 20ХГС2 отмечается и другими исследователями

Поскольку разработанная сталь указанной марки является одновременно и свариваемой по классу Ат—V, то в соответствии с ГОСТ 10884—81 термически упрочненная арматура из стали 20ХГС2 может поставляться потребителю в классах Ат—VCK (в мерных длинах вместе с немерными) и Ат—VIK. Согласно рекомендациям НИИЖБ Госстроя СССР термоупрочненная арматура из стали 20ХГС2 этих классов может применяться в слабо-, средне- и сильноагрессивных средах (в последнем случае в конструкциях второй и первой категорий трехцино- стойкости для арматуры классов Ат—VCK и Ат—VIK соответственно).

В заключение скажем, что микролегирование стали типа 20ХГС2 бором мало изменяет ее коррозионную стойкость, в то время как дополнительное ее легирование алюминием в количестве до 0,4% довольно значительно увеличивает ее стойкость при напряжениях порядка 1000 МПа, что соответствует расчетным сопротивлениям уже класса Ат—VII (табл. 76 и  108, кривая 5). Эффект особенно заметен после электронагрева до 500°С: при стп= 1200 МПа стойкость в кипящих нитратах под напряжением 1000 МПа (0,81 ав) арматуры диаметром 10 мм составляет свыше 100 ч. Возможно, что модифицированная сталь такого типа (марка 20ХГС2Ю) сможет найти применение в особо тяжелых условиях эксплуатации преднанряженных конструкций при воздействии высоких растягивающих напряжений (900 МПа и выше) и коррозионно-активных сред. Положительный эффект алюминия на повышение сопротивляемости коррозионному растрескиванию обнаружен также С. Н. Алексеевым и Б. А. Гусевым.

Технологическим способом повышения стойкости высокопрочной арматуры против коррозионного растрескивания является индукционный нагрев до 700—760 'С, приводящий к образованию вы- сокоотпущенного поверхностного слоя и замене неблагоприятных растягивающих остаточных напряжений сжимающими. Такая технология, разработанная Институтом черной металлургии, НИИЖБ Госстроя СССР и Макеевским металлургическим комбинатом внедрена при производстве термоупрочненной арматуры класса Ат—VK в условиях стана 350-2 этого комбината. Разумеется, указанная термическая обработка дает положительные результаты лишь в том случае, если металл до этой операции не получил поверхностных дефектов, например, закалочных трещин, к которым особенно склонна сталь 35ГС.

Недостатком рассмотренного способа увеличения коррозионной стойкости является необходимость в дополнительной технологической операции по нагреву металла, что требует определенных капитальных вложений на строительство участка индукционного отпуска, расхода энергии, затрат на обслуживание и ремонт соответствующего оборудования. Линии такого типа обладают также сравнительно невысокой производительностью

Получить высокоотпущенный поверхностный слой в термоупрочненной арматуре можно более производительным способом: с помощью двух и более ступенчатого (прерывистого) охлаждения движущегося проката в потоке стана. Такой способ может существенно улучшить сопротивляемость КР термоупрочненной арматуры массового производства, например, из стали марки 20ГС, и в сочетании с выбором подходящего материала быть серьезным фактором улучшения качества выпускаемой продукции.

Для достижения удовлетворительных показателей по коррозионной стойкости арматуры более высоких классов прочности (Ат—VII—Ат—IX) будет продолжать весьма значительную роль играть выбор эффективных химических составов и структурного состояния стали. При этом, на основании уже имеющегося экспериментального и промышленного опыта можно считать, что для решения такой задачи будет перспективным применение сталей кремнехромистых композиций при умеренных содержаниях марганца и углерода. Положительную роль могут играть алюминий, церий, кальций, эффективные способы раскисления, а также снижение в стали содержания фосфора и серы, в частности, при переходе к арматуре особо высокой прочности (ав>1600 МГ1а). Помимо выбора удачных составов сталей для обеспечения необходимой коррозионной надежности, потребуется дополнительный - отпуск.

Дальнейшее совершенствование технологии термического упрочнения в сочетании с выбором экономнолегированных сталей позволит улучшить качество продукции и расширим щмнгимд ство высокопрочных армирующих материалов