Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение

Подождите немного. Документ загружается.

виду,

что

повышение чистоты приграничных объемов зерна

от

примесей

неметаллических включений повышает склонность стали, полученной

СШ,

ЭШП, ВДП и ВИ, к

росту зерна аустенита

при

нагреве.

1. УГЛЕРОДИСТЫЕ

КОНСТРУКЦИОННЫЕ

СТАЛИ

Углеродистые конструкционные стали подразделяют

на два

класса: обык-

новенного качества (ГОСТ

380-71)

качественные стали (ГОСТ

1050-74).

В зависимости

от

условий

степени раскисления различают несколько

ви-

дов сталей.

Спокойные

стали.

Эти

стали, получаемые полным раскислением метал-

ла

печи,

затем

ковше, содержат минимальное количество закиси

же-

леза,

что

обеспечивает «спокойное» застывание металла

изложнице,

про-

исходящее

уменьшением объема.

верхней части слитка образуются

усадочная раковина

околоусадочная рыхлость, удаляемые отрезкой

или

отрубкой

при

прокатке.

Кипящие

стали.

этому виду относятся стали, полностью нераскис-

лснные

(без

ферросилиция)

содержащие поэтому

до

затвердевания повы-

шенное

количество

FeO. При

застывании

изложнице закись железа

FeO

реагирует

углеродом металла, образуя

СО.

Выделение этих пузырьков

металле создает впечатление,

что он

кипит.

слитке кипящей стали

образуется большое количество газовых пузырей, вследствие чего практи-

чески

отсутствует

усадочная раковина. Если пузырьки имеют чистые

не-

окисленные

стенки,

то они

завариваются

при

горячей прокатке. Кипящие

стали являются более дешевыми,

так как при их

производстве отходы

ми-

нимальны.

По

сравнению

со

спокойной

полуспокойной сталью

они

боль-

ше склонны

старению

хладноломкости

хуже

свариваются.

Но

вместе

тем

кипящие сгали обладают высокой пластичностью

хорошо

при-

нимают вытяжку

холодном состоянии. Содержание кремния

кипящих

сталях

^0,05-0,07%.

Полуспокойные

стали.

Это

стали промежуточного типа.

Они

получают

все более широкое применение.

Кипящие

стали

при

маркировке дополнительно обозначают

кп,

полу-

спокойные

пс и

спокойные

— сп.

Стали обыкновенного качества. Эти

наиболее дешевые стали получили

широкое

применение.

процессе выплавки

они по

сравнению

каче-

ственными сталями меньше очищаются

от

вредных примесей

содержат

больше серы

фосфора. Кроме того,

их

отливают

крупные слитки,

вследствие чего

в них

значительно развита ликвация,

и они

нередко содер-

жат большое количество неметаллических включений.

Стали обыкновенного качества используют

для

менее ответственного

назначения,

из них

изготовляют горячекатаный рядовой прокат: балки,

прутки, швеллеры, уголки,

также листы, трубы

поковки, работающие

при

относительно невысоких напряжениях.

Их

широко применяют

для

строительных

других

сварных, клепаных

болтовых конструкций (балок,

ферм,

конструкций подъемных кранов, корпусов сосудов

аппаратов,

кар-

касов паровых котлов, драг

и т. д.), а

также

для

мало напряженных дета-

лей машин (осей, валов, шестерен, пальцев траков, втулок, валиков, болтов,

гаек

и т. д.).

Многие детали машин упрочняются термической обработкой.

251

В зависимости от назначения и гарантируемых свойств стали обыкно-

венного

качества подразделяют на три группы

Группа

А (табл. 5). Стали этой группы, поставляемые по механическим

свойствам без уточнения их химического состава, обозначаются буквами

Ст (сталь) и цифрами 1, 2, 3, ..., 6. Чем больше это число (табл. 5), тем

больше содержание

углерода,

а следовательно, выше прочность (ст

ст

0>2

)

ниже пластичность (5, \|/).

Эти

стали предназначаются для использования главным образом в со-

стоянии

поставки без последующей обработки давлением, сварки или тер-

мической

обработки, поскольку их химический состав, определяющий ре-

жимы обработки, может сильно колебаться.

Группа

Б. К этой группе относятся стали, поставляемые с гаранти-

руемым химическим составом (табл. 6). В обозначении марки сталей этой

группы впереди ставится буква Б (табл. 6).

Группа

В. Эту

группу

представляют стали повышенного качества, ко-

торые поставляют с гарантированными химическим составом и механиче-

скими

свойствами. В обозначение марки данной группы вводится буква В.

Стали группы В выплавляют

следующих

марок: ВСт1, ВСт2, ВСтЗ, ВСт4,

ВСт5. Состав стали

соответствует

аналогичной марке, приведенной

табл. 6, а механические свойства — той же марке, приведенной в табл. 5.

Ударная вязкость сталей ВСтЗсп и ВСтЗпс при +

20°С

составляет

поперечном направлении прокатки 5

—

8 кгс-м/см

и в продольном 7—10

кгс-м/см

а при -

20°С

соответственно 3

—

4 и 3

—

5 кгс-м/см

. Ударная

вязкость

сортового и фасонного проката вдоль прокатки при +

20°С

—

кгс-м/см

и при

-20°С

—

5 кгс-м/см

Стали групп Б и В применяют в тех

случаях,

когда сталь надо подвер-

гать

сварке, горячей деформации или упрочнять термической обработкой.

Для определения режима обработки необходимо знать химический состав

стали.

Сварные

конструкции изготовляют главным образом из спокойных

полуспокойных низкоуглеродистых сталей групп Б и В (Ст1, Ст2, СтЗ).

Для сталей, предназначенных для сварных конструкций, важна малая чув-

ствительность к термическому старению, а для сталей, подвергаемых хо-

лодной правке и гибке, малая склонность к деформационному старению.

Стали повышенного качества (группа В) имеют главным образом спе-

циализированное

назначение (мосто- и судостроение, сельскохозяйственное

машиностроение

и т. д.) и поступают по особым техническим условиям.

Например,

для мостостроения (ГОСТ 6713 —75) применяют сталь марки

16Д (0,10 — 0,18% С). Механические свойства стали: <т

= 38-г 52 кгс/см

ст

22 4- 24 кгс/мм

, 5 = 26% и и„ при - 20 С и после механического ста-

рения

при +20°С

3,5-4,0

кгс-м/см

Механические свойства стали обыкновенного качества

могут

быть зна-

чительно повышены термической обработкой (закалкой в

воде

с прокатно-

го нагрева, либо после специального нагрева, либо нормализацией). На-

пример,

термическое упрочнение листового проката из сталей СтЗ

В зависимости от нормируемых показателей стали группы А, И и В деляг на категории

1, 2, 3,..., 6. С повышением номера категории возрастают нормируемые покупатели (ГОСТ

380

—

71). В обозначении стали в конце добавляют номер соответствующей KaieropiiH,

напри-

мер:

СтЗпс2,

БСтЗкп2,

ВСтЗпс2. Первую категорию не указывают.

252

Таблица

Механические

свойства

сталей

обыкновенного

качества

группы

А*

Марка

стали

СтО

Ст1кп

Crlnc,

Grlcn

Ст2кп

Ст2пс,

Ст2сп

СтЗкп

<*в

<*0,2

кгс/мм

31-40

32-42

33-42

34-44

37-47

22-19

23-20

24-20

5,%

23-20

35-32

34-31

33-30

32-29

27-24

Марка стали

СтЗпс,

СтЗсп

Ст4кп

Ст4пс, Ст4сп

Ст5пс, Ст5сп

Ст5Гпс**

Стбпс, Стбсп

<*в

<*0,2

кгс/мм

38-49

41-52

42-54

50-64

46-60

25-21

26-23

27-24

29-26

32-30

26-23

25-22

24-21

20-17

15-12

Чем больше толщина проката,

тем

меньше

ст

<то,2>

Буква

указывает

на

повышенное содержание Мп.

Таблица

Химический

состав

(%)

углеродистых сталей

обыкновенного

качества

группы

Марка

стали

БСтО*

БСт1кп

БСт1сп

ЬСт2кп

БСт2сн

БСтЗкп

БСтЗсп

<0,23

0,06-0,12

0,09-0,15

0,14-0,22

Мп

0,25-0,5

0,3-0,6

0,40-0,65

0,05

0,12-0,30

«0,07

0,12-0,30

<0,07

0,12-0,30

Марка

стали

БСт4кп

БСт4сп

БСт5пс

БСт5сп

БСт5Гис

БСтбпс

БСтбси

0,18-0,27

0,28-0,37

0,22-0,3

0,38-0,49

Мп

0,40-0,70

0,50-0,80

0,80-1,20

0,50-0,80

<0,07

0,12-0,3

0,05-0,17

0,15-0,35

<0,15

0,05-0,17

0,15-0,35

Содержание

других

элементов

стали

БСлО

не

Более

0,07%

Р;

0.06%

S; в

сталях дру-

гих

марок

не

более 0,04%

Р;

0,05%

0,3% Сг; 0,3% Ni; 0,3% Си; 0,08%

As.

Таблица

Химический

состав

* и

механические свойства ** углеродистой качественной

конструкционной

стали (ГОСТ

1050—74)

Марка

стали

Юкп

:о

Содержа-

ние

углерода,

0,05-0,12

0.07-0,14

0,07-0,14

0,12-0.19

0,17-0,24

0,22-0,3

0,27-0,35

0,32-0,4

Механические

свойства

(не

менее)

ст

0,2

кгс/мм

Марка

стали

Содержа-

ние

углерода,

0,37-0,45

0,42-0,5

0,47-0,55

0,52-0,6

0,57-0,65

0,62-0,70

0,67-0,75

Механические

свойства

(не

менее)

ст

0,2

кгс/мм

Содержание

марганца

сталях

08, 10. 15 и 20

составляет

0,35

—

0,65%,

а в

осталь-

ных

0,5

—

0,8%.

Содержание

других

элементов:

0,17

—

0,37%

Si (в

кипящей

стали

<0,07%),

0,04%

(0,035%,

сталях

08 и

10)

=£ 0,04%

Р.

Нормы

механических

свойств

относятся

изделиям

диаметром

или

толщиной

до 80 мм

после

нормализации.

253

толщиной

—

10 мм при

охлаждении

воде повышает предел текучести

более

чем в 1,5

раза

при

сохранении высокой пластичности

(5 = 15

-=-

26%).

Для многих строительных конструкций

машин, работающих

в се-

верных районах, большое значение приобретает температура перехода

ста-

ли

хрупкое состояние. Порог хладноломкости

для

случая полностью

хрупкого излома наиболее распространенной мартеновской стали

СтЗ (ли-

стовая сталь) находится

для

кипящей стали

при 0°С и

спокойной

при

—

40°С.

связи

этим применение кипящей стали,

также полуспокойной

для северных районов недопустимо. Понижение порога хладноломкости

спокойной

стали

до

—

60 ч—

100°С

возможно путем закалки

высокого

отпуска (улучшения)

или

нормализации.

связи

этим строительные

кон-

струкции

машины, предназначенные

для

работы

северных районах,

сле-

дует

изготовлять

из

спокойной, термически обработанной стали. Срок-

службы строительно-дорожных машин

на

Севере

в 1,5-2

раза меньше

нормативных,

межремонтный цикл работ сокращается

до 8 раз. Ос-

новные

потери машинного времени экскаваторов

буровых станков,

а также автомобилей

других

машин

конструкций

для

Севера

(до 93%)

происходят из-за низкотемпературных поломок, поэтому стали

для

усло-

вий

Севера должны иметь

низкий

порог хладноломкости.

Для

мостовых

сталей северного исполнения ограничивают содержание

S <

0,03%,

Р <

0,025%

нормируют площадь излома

волокнистым строением

(не ме-

нее

60%).

Качественные углеродистые стали. Эти

стали выплавляют кислородно-

конверторным

способом

мартеновских

или

электропечах,

и в

зависимо-

сти

от

степени раскисления

они

могут

быть спокойными

или

кипящими.

Качественные

стали выплавляют

соблюдением более строгих условий

отношении состава шихты

ведения плавки

разливки.

сталям этой

группы предъявляются более высокие требования Относительно состава:

меньшее содержание серы

(^0,04%)

фосфора

0,035-0,04%);

количе-

ства неметаллических включений; макро-

микроструктуры.

Качественные

углеродистые стали маркируют цифрами

08, 10, 15,

20,

..., 85,

которые указывают среднее содержание

углерода

сотых долях

процента

(табл.

7).

Низкоуглеродистые стали 05кп,

08,

08кп,

10, Юкп

обла-

дают

невысокой прочностью

высокой пластичностью.

Эти

стали

без тер-

мической

обработки применяют

для

малонагруженных деталей (прокла-

док, шайб, капотов тракторов, змеевиков), элементов сварных конструкций

т. д.

Тонколистовую холоднокатаную низкоуглеродистую сталь исполь-

зуют

для

холодной штамповки изделий. Штампуемость стали

тем

хуже,

чем больше

в ней

углерода.

Кремний, повышая предел текучести, снижает

штампуемость, особенно способность стали принимать вытяжку, поэтому

для холодной штамповки, особенно

для

вытяжки, более широко исполь-

зуют

холоднокатаные полуспокойные

кипящие стали 08пс, 08кп, 08Фкп

(микролегирована

ванадием

0,02-0,04%).

Штампуемость

большей степени зависит

от

величины зерна феррита.

При

мелком зерне стали обнаруживают пружинящий эффект

сильно

из-

нашивают штампы,

а при

крупном зерне образуются шероховатая поверх-

ность

разрывы. Рекомендуется сталь

зерном балла

— 8. Штампуе-

мость резко снижается

при

выделении

по

границам зерна третичного

цементита.

254

Стали 15, 20, 25 применяют без термической обработки или в нормали-

зованном

виде (см. табл. 7). Стали поступают в виде проката, поковок,

труб,

листов, ленты и проволоки и предназначаются для менее ответ-

ственных деталей. Сталь хорошо сваривается и обрабатывается резанием

(Kv= ~

1,6)

Эти стали используют для цементуемых деталей, работаю-

щих на износ и не испытывающих высоких нагрузок, например кулачковых

валиков,

рычагов, осей, втулок, шпинделей, вилок и валиков переключения

передач, толкателей клапанов, пальцев рессор и многих

других

деталей ав-

тотракторного сельскохозяйственного и общего машиностроения.

Низкоуглеродистые качественные стали используют и для ответ-

ственных сварных конструкций. С повышением содержания в стали углеро-

да свариваемость

ухудшается.

Чем больше в стали

углерода,

тем выше

склонность

к образованию при сварке горячих и холодных (при низких

температурах)

трещин.

Среднеуглеродистые стали 30, 35, 40, 45, 50 применяют после нормали-

зации,

улучшении и поверхностной закалки для самых разнообразных де-

талей во

всех

отраслях машиностроения (распределительных валов,

шпин-

делей, фрикционных дисков, штоков, траверс, плунжеров и т. д.). Эти стали

нормализованном состоянии по сравнению с низкоуглеродистыми

имеют более высокую-прочность при более низкой пластичности. Стали

отожженном состоянии достаточно хорошо обрабатываются резанием.

Наиболее легко обрабатываются доэвтектоидные стали со структурой пла-

стинчатого перлита. После улучшения стали 40, 45, 50 имеют следующие

механические свойства: а

60ч-70,

=4O-f-6O кгс/мм

, \|/ = 50н-40% и

= 4 -г 5 кгс • м/см

. Прокаливаемость сталей невелика. Критический диа-

метр при закалке в

воде

не превышает 10-12 мм (95% мартенсита). В свя-

зи

с этим их

следует

применять для изготовления небольших деталей или

более крупных, но не

требующих

сквозной прокаливаемое™.

Стали 60, 65, 70, 75, 80 и 85

обладают

более высокой прочностью,

изно-

состойкостью и упругими свойствами; применяются после закалки и

отпу-

ска,

нормализации и отпуска и поверхностной закалки для деталей, рабо-

тающих в условиях трения при наличии высоких статических вибра-

ционных

нагрузок. Из этих сталей изготовляют пружины и рессоры,

шпиндели,

замковые шайбы, прокатные валки и т. д.

В соответствии с ГОСТ 1050 — 74 изготовляют горячекатаную и кова-

ную сталь как с термической обработкой (отжиг, нормализация, высокий

отпуск),

так и без нее; калиброванную сталь и серебрянку (шлифованную)

нагартованном состоянии и после термической обработки, включая нор-

мализацию и закалку с отпуском.

Сталь предназначается для горячей обработки давлением, механиче-

ской

обработки и для холодного волочения (подкат).

Обрабатываемость стали резанием определена для условий получистого точения без ох-

лаждения резцов из быстрорежущей стали (см. стр. 310) при постоянных глубине резания, подаче

главном

угле

в плане резцов. Обрабатываемость оценивалась по скорости резания, соответ-

ствующей 60-мннутной стойкости резца; коэффициент K

определяется по отношению к эта-

лонной

стали. За эталонную выбрана сталь 45 при а =65 кгс/мм

и НВ 179, скорость резания

которой

принята за единицу.

255

2. АВТОМАТНЫЕ СТАЛИ

Автоматные стали хорошо обрабатываются

при

больших скоростях реза-

ния,

и при

этом получается высокое качество поверхности.

При их

приме-

нении

снижается расход режущего инструмента.

Эти

свойства достигаются

повышением

автоматных сталях содержания серы

фосфора.

Сера

автоматной стали находится

виде сульфидов марганца MnS,

т. е.

вытянутых вдоль прокатки включений, которые способствуют образова-

нию

короткой

ломкой стружки.

При

повышенном содержании серы

уменьшается трение

между

стружкой

инструментом из-за смазывающего

действия сульфидов марганца.

Фосфор,

повышая твердость, прочность

порог хладноломкости,

спо-

собствует образованию ломкой стружки

получению гладкой блестящей

поверхности

при

резании.

Состав

механические свойства автоматных сталей приведены

табл.

Стали маркируют буквой

(автоматная), после которой

следует

цифра,

указывающая среднее содержание

углерода

сотых долях процента;

при

повышенном

содержании

стали марганца

конце марки добавляется

буква

Г,

например

А40Г.

Сталь

А12

используют

для

изготовления

на бы-

строходных автоматах винтов, болтов, гаек

различных мелких деталей

сложной

конфигурации. Стали

А20,

АЗО,

А40Г

применяют

для

изготовле-

ния

на

автоматах деталей, работающих

условиях повышенных напряже-

ний.

Для увеличения производительности станков автоматов Волжский

ав-

томобильный завод применяет стали

добавкой

0,15—0,3%

(AC11,

АС14). Свинец, находящийся

стали

виде мельчайших округлых включе-

ний,

связанных

сульфидами, действует

как

разрушитель стружки сильнее,

Чем

MnS.

Пленка свинца, образующаяся

при

резании, уменьшает трение

между

инструментом

обрабатываемым изделием. Добавка

сталь свин-

ца

увеличивает производительность механической обработки

при

точении

на

60 — 90%

скорость резания

на

70-100%.

Стали

повышенным содержанием серы

и со

свинцом обладают боль-

шой

анизотропией механических свойств, склонны

хрупкому разрушению

имеют пониженный предел выносливости.

Они не

могут

быть рекомен-

дованы

для

тяжелонагруженных ответственных деталей.

Таблица

Химический состав

механические свойства автоматных сталей

Марка

стали

А12

А20

АЗО

А40Г

Содержание

элементов,

0,08-0,16

0,15-0,25

0,25-0.35

0,35-0,45

Мп

0,6-0,9

0,7-1,0

1,2-1,55

0,08-0.2

0,08-0,15

0,18-0,30

'о

0,08-0,15

«0,06

<0,06

0,05

Механические свойства

горячекатаной стали

КГС/ММ

42-57

46-61

52-67

60-75

ив

160

168

185

207

Во псех сталях присутствует

0,15—0,35%

Si.

256

Улучшение обрабатываемости резанием может быть достигнуто и пу-

тем легирования стали селеном

(~0,1%).

Скорость резания повышается

1,2—1,8

раза, а стойкость инструмента более чем в 2 раза.

Стали с селеном менее склонны к хрупкому разрушению, однако

меха-

нические свойства их ниже, чем у обычных конструкционных сталей. Эти

стали не нашли у нас практического применения.

3. ЛЕГИРУЮЩИЕ ЭЛЕМЕНТЫ В КОНСТРУКЦИОННЫХ

СТАЛЯХ

Основными легирующими элементами конструкционных сталей являются

хром, никель, кремний и марганец. Вольфрам, молибден, ванадий, титан,

бор и

другие

легирующие элементы вводят в сталь в сочетании с хромом,

никелем и марганцем для дополнительного улучшения свойств. Большин-

ство конструкционных сталей относятся к перлитному классу, а в равно-

весном состоянии — к группе доэвтектоидных.

Легированные стали

обладают

лучшими механическими свойствами

после термической обработки (закалки и отпуска), которые сравнительно

мало отличаются от механических свойств углеродистой стали в изделиях

малых сечений. В изделиях крупных сечений (диаметром свыше

15—20

мм)

механические свойства легированных сталей значительно выше, чем

угле-

родистых. Особенно сильно повышаются предел текучести, относительное

сужение и ударная вязкость. Это объясняется тем, что легированные стали

обладают

меньшей критической скоростью закалки, а следовательно, луч-

шей прокаливаемостью. Кроме того, после термической обработки они

имеют более мелкое зерно и более дисперсные структуры. Из-за большей

прокаливаемости и меньшей критической "скорости закалки замена углеро-

дистой стали легированной позволяет производить закалку деталей в ме-

нее резких

охладителях

(масле,

воздухе),

что уменьшает деформацию изде-

лий

и опасность образования трещин. Легированные стали применяют

поэтому не только для крупных изделий, но и для изделий небольшого се-

чения,

имеющих сложную форму. Чем выше в стали концентрация леги-

рующих элементов, тем выше ее прокаливаемость.

Для достижения высокой прокаливаемости сталь чаще

легируют

более

дешевыми элементами - марганцем, хромом и бором, а также более доро-

гими — никелем и молибденом. Однако

следует

иметь в

виду,

что по до-

стижении необходимой для данного сечения прокаливаемости дальнейшее

увеличение в стали легирующих элементов может не

улучшить,

а, напро-

тив,

ухудшить

механические, технологические (обработку резанием, свари-

ваемость и т. д.) свойства стали. При этом повышается порог хладнолом-

кости и уменьшается запас вязкости. Например, увеличение содержания

стали хрома или марганца до 1,0% практически не влияет на порог

хлад-

ноломкости. Однако при больших их концентрациях порог хладноломко-

сти повышается. В связи с этим содержание легирующих элементов дол-

жно быть минимальным, обеспечивающим необходимую для данного

сечения и условий охлаждения сквозную прокаливаемость.

Исключение составляют никель и молибден. Никель повышает сопро-

тивление хрупкому разрушению стали, увеличивая пластичность и вяз-

кость, уменьшая чувствительность к концентраторам напряжений и

пони-

жает

температуру

порога хладноломкости. При содержании в стали 1,0% Ni

257

порог хладноломкости снижается на 6О-8О°С, дальнейшее увеличение кон-

центрации никеля до 3-4% вызывает менее сильное, но все же снижение

порога хладноломкости. Повышая запас вязкости, никель увеличивает а

К\

. Введение 3

—

4% Ni рекомендуется для обеспечения глубокой прокали-

ваемости. Никель — дорогой металл, поэтому чаще в конструкционные

стали его вводят совместно с хромом и другими элементами и притом

предельно минимальном количестве. В сложнолегированных сталях ни-

кель также обеспечивает высокое сопротивление хрупкому разрушению.

Легирование стали небольшими количествами (до

0,05—0,15%)

V, Ti,

и Zr, образующими труднорастворимые в аустените карбиды, измель-

чает зерно, что понижает порог хладноломкости, повышает работу распро-

странения трещины а

и уменьшает чувствительность к концентраторам

напряжений.

При большом содержании этих элементов прокаливаемость

сопротивление стали хрупкому разрушению уменьшается вследствие вы-

деления большого количества карбидов (VC, TiC и др.) по границам

зерен.

Легирующие элементы повышают устойчивость мартенсита против от-

пуска и задерживают коагуляцию карбидов.

После одинаковой температуры отпуска легированная сталь

будет

иметь более высокую прочность (твердость), но несколько меньшую пла-

стичность и вязкость, чем углеродистая сталь. Легирующие элементы су-

щественно повышают прочность стали после улучшения, упрочняя феррит-

ную основу (в том числе и за счет сохранения большей плотности

дефектов строения) и увеличивая дисперсность карбидных частиц. Наибо-

лее сильно упрочняют сталь Сг, Мо и Si.

В связи с этим легированная сталь и в отожженном (нормализованном)

состоянии

будет

обладать большей прочностью, но меньшей пластич-

ностью, чем углеродистая.

Для подавления обратимой отпускной хрупкости сталь легируют мо-

либденом (или вольфрамом), что очень важно для крупных изделий, в ко-

торых даже при охлаждении в воде от температур отпуска нельзя

устра-

нить

эту хрупкость. Кроме того, молибден (вольфрам) повышает

прокаливаемость (особенно в сочетании с никелем), устойчивость стали

против отпуска и способствует образованию мелкозернистой стали. Мо-

либден значительно

улучшает

механические свойства стали после цемента-

ции

(нитроцементации) и повышает твердость и прокаливаемость цементо-

ванного слоя, так как стали, содержащие молибден, не склонны

внутреннему окислению при взаимодействии с газовым карбюризато-

ром.

Кремний

замедляет процесс отпуска мартенсита и является полезным

легирующим элементом для сталей, подвергаемых изотермической закал-

ке.

Стали, содержащие кремний, после изотермической закалки обеспечи-

вают высокую вязкость и пониженную чувствительность к надрезу. Это

объясняется тем, что в процессе промежуточного превращения возрастает

количество высокоуглеродистого остаточного аустенита и повышается вяз-

кость бейнита вследствие уменьшения в а-фазе

углерода.

Маркировка

легированных конструкционных стален. Легированные кон-

струкционные стали маркируют цифрами и буквами, например 15Х,

40ХФА,

12ХНЗА,

20Х2Н4А,

18ХГТ

и т. д. Двухзначные цифры, приводимые

258

начале марки, указывают среднее содержание

углерода

в сотых долж

процента; буквы справа от цифры обозначают легирующий элемент:

А — азот, Б — ниобий, В — вольфрам, Г — марганец, Д — медь, Е - селен,

— кобальт, Н — никель, М — молибден, П — фосфор, Р — бор, С — крем-

ний,

Т - титан, Ф - ванадий, X - хром, Ц - цирконий, Ч — редкозе-

мельный, Ю — алюминий.

Цифры

после букв указывают примерное содержание соответствующе-

го легирующего элемента в целых процентах; отсутствие цифры указы-

вает, что оно составляет ~ 1 -1,5% и менее. Основная масса легированных

конструкционных сталей выплавляется качественными (<

0,035%

Р и

0,035%

S).

Высококачественные стали содержат меньше вредных примесей

0,025%

S и <

0,025%

Р) и обозначаются буквой А, помещенной в конце

марки.

КОНСТРУКЦИОННЫЕ

(СТРОИТЕЛЬНЫЕ)

НИЗКОЛЕГИРОВАННЫЕ

СТАЛИ

Низколегированными

называются стали, содержащие не более 0,22% С

сравнительно небольшое количество недефицитных легирующих элемен-

тов: Мп (до

1,8%),

Si (до

1,2%),

Сг (до 0,8%), а также Ni (до 0,8%), Си (до

0,5%), V (до

0,15%),

Ti (до

0,03%),

N (до

0,15%)

и др. Эти стали в виде ли-

стов, сортового фасонного проката применяют в строительстве и машино-

строении для сварных конструкций, в основном без дополнительной тер-

мической обработки (ГОСТ

19281-73,

ГОСТ

19282-73).

Низколегированные низкоуглеродистые стали хорошо свариваются. Это

значит, что они не образуют при сварке холодных и горячих трещин

свойства сварного соединения и участков, прилегающих к нему (зоны

термического влияния), близки к свойствам основного металла.

Легирующие элементы, растворяясь в феррите, уменьшая размер зерна

увеличивая склонность аустенита к переохлаждению, способствуют из-

мельчению карбидной фазы, поэтому низколегированные стали по сравне-

нию

с углеродистыми сталями обыкновенного качества (Ст2, СтЗ, Ст4)

имеют более высокие значения пределов прочности и текучести при сохра-

нении

хорошей пластичности, меньшей склонности к старению и хладно-

ломкости. Применение низколегированных сталей, имеющих ст

0 2

= 35

кгс/мм

, взамен углеродистых, позволяет сэкономить до 15% металла,

а при <т

0>2

= 40 кгс/мм

экономия достигает 25 — 30%.

Никель

понижает порог хладноломкости. Это важно для строительных

сталей, для которых при —

40°С

ударная вязкость должна быть 5=3

—

кгс

•

м/см

Введение меди, никеля или одновременно меди и фосфора увеличивает

коррозионную стойкость сталей в атмосферных условиях (стали 10ХСНД,

15ХСНД).

Низколегированные стали нередко поставляют после нормализации

(или

нормализации и высокого отпуска). Нормализация несколько тговы-

Горячие трещины образуются в шве в процессе кристаллизации, холодные — в

результате

мартенситного превращения. Увеличение в стали

углерода

и легирующих элементов

ухудшает

свариваемость.

259

шает пределы прочности

текучести

и,

измельчая зерно,

улучшает

пластич-

ность

вязкость, уменьшая склонность

хрупкому разрушению. Некоторые

стали (14Г2,17ГС, 15ХСНД) поступают после закалки

отпуска,

что

значи-

тельно повышает

их

прочность, понижает порог хладноломкости

склон-

ность

старению.

Применение

строительстве термически обработанных профилей

листов

из

низколегированной стали, имеющей

ог

= 40

-т-

кгс/мм

, даст

экономию

металла

до 50%.

Хорошее сочетание механических

технологических свойств дости-

гается

при

легировании низкоуглеродистой стали

0,05

—

0,12 V и 0,015 —

0,025

N. При

взаимодействии ванадия

азотом образуется нитрид ванадия,

позволяющий

получить сталь

очень мелким зерном (балл

10-12)

низким

порогом хладноломкости

(—

80°С).

На

этом принципе разработаны

и ос-

воены

низколегированные стали

14Г2АФ,

16Г2АФД

16Г2АФ

и др.

пределом текучести

до 45

кгс/мм

(после нормализации).

Легированная сталь, содержащая 0,2%. С,

0,5% Мо и

0,003%

В,

обладает

высокой

устойчивостью аустенита,

что

приводит

образованию

при

охла-

ждении

на

воздухе

бейнитовой структуры. Такая сталь имеет

ст

0 2

= 45

кгс/мм

при

хорошей пластичности.

последние годы повышение прочно-

сти строительной стали типа 10Г2ФБД достигается путем регулирования

теплового

механического режима прокатки («контролируемая прокат-

ка»).

Выбор стали для стальных конструкций зданий

сооружений производят

соответствии

с СН и

ПП —

В. 3

—72

которых обобщены результаты

многочисленных исследований. Марка стали выбирается исходя

из

вида

сооружения (элемента конструкции), условий эксплуатации

расчетных

температур, характера

величины действующих нагрузок

и т. д. Все

стали,

применяемые

для

стальных конструкций, подразделяют

на

условные

классы исходя

из

отношения

/(У

(С

38/23,

44/29

и др.). По

области

применения

стали

все

конструкции разделяют

на

девять групп. Приведем

некоторые

из них.

Группа

Сварные конструкции, работающие

особо тяжелых условиях

подвергающиеся непосредственному воздействию динамических

вибра-

ционных

нагрузок (балки рабочих площадок главных зданий мартеновских

конверторных цехов, элементы конструкции бункерных

разгрузочных

эстакад, подкрановые балки

и т. д.). В

этой группе принимают

две рас-

четные температуры:

t^ —40 и

—

40°C>t^

-60°C;

рекомендуются

ста-

ли

классов

44/1.9

(09Г2С),

46/33

(09Г2С, 10Г2С1,

10Г2С1Д,

15ХСНД

др.),

а С

52/40-10ХСНД

термообработанная 10Г2С1. Применение

вы-

сокопрочных сталей (о"

> 40

кгс/мм

), более склонных

хрупкому разру-

шению,

не

рекомендуется.

Группа

II.

Сварные конструкции, находящиеся

под

непосредственным

воздействием динамических

вибрационных нагрузок, кроме перечисленных

группе

(пролеты наклонных мостов доменных печей, пролетные строе-

ния

опоры транспортных галерей

и т. п.). Для

этой группы принимают

три расчетные температуры.

При

температуре

t =

—

30°С,

помимо сталей

260

Строительные нормы

правила, часть II, раздел

В.

Стальные конструкции. Москва,

1974.