ё £

fcf*

CO c5 о о

I I I I

Ш и Ч я я я

CD

о о

I I I I I

м сч <м

со - со

сЗ сч сч <гч

i I I 1 i

s 2 § § -q.

S § 8 I

lO о Ю Ю

> > S 25 52;

2 2 о cnD, Я.Я. . .

Я, Я. Я. ООО ооЯ.Я.

ООО оо

00 S 5 Ю CN t-.

о

1 со с1 i d 4. М. . Г Г -Г о* - о

го о

S5 CD ?

- t- го

т т ?

tl lA 00 1

. о о - о - о

~1 о

(N (N СЧ

00 g 2 2 -

f f f f f

о о о о о

2 е Н е

g g 2 2

а)сл й .

О) со

я о. go.

ется ударная вязкость при температурах -40 и -70°С, тогда как для сталей с более высоким содержанием углерода ударная вязкость нормируется лишь при -40 С. В сталях с ванадием и ниобием (15ГФ, 15Г2СФ и 10Г2Б), кроме того, наблюдается дисперсионное упрочнение и упрочнение вследствие измельчения зерна в результате образования дисперсных карбидов VC и NbC.

Механические свойства сталей повышенной прочности сильно зависят от толщины проката. Так, гарантируемые значения предела текучести стали 09Г2С следующим образом убывают с увеличением сечения проката:

Толщина проката, мм . . 4 5-9 10-20 21-32 33-60 61-80 Более 80 От, МПа (не

менее) ... 350 350 330 310 290 280 270

Иногда стали повышенной прочности применяют в нормализованном состоянии. Нормализация приводит к большей стабильности механических свойств, улучшению характеристик пластичности, ударной вязкости и хладостойкости по сравнению с горячекатаным состоянием. При этом прочностные характеристики практически не измениются.

Стали повышенной прочности могут подвергаться термоулучшению (закалке с высоким отпуском). Термоулучшение низколегированных сталей отличается от термоупрочнения низкоуглеродистых сталей тем, что, как правило, закалка стали проводится со специального, а не с прокатного нагрева. И самое главное, что в процессе охлаждения стали из аустенитного состояния протекают промежуточное и мартеиситиое превращения. После закалки обязательно проводят высокий отлуск. В результате такой обработки сталь имеет дисперсную сорбитную структуру.

Гарантируемые механические свойства лястового проката после термоулучшения приведены в табл. 10.

Таблица 10. Механические сиойства (не менее) инзколегироваииых сталей повышенной прочности после термоулучшення

Сравнение гарантируемых механических свойств для сталей одних и тех же марок в горячекатаном (табл. 9) и термоулучшенном состояниях (табл. 10) показывают, что закалка с высоким отпуском низколегированных сталей повышает их прочность до 20-25 % и обеспечивает увеличение уровня и гарантию ударной вязкости при температурах ие только -40, но и при -70 °С. Сталь 15Г2СФ после термоулучшения может быть отнесена к сталям высокой прочности.

10-970 145

4. Высокопрочные стали

Высокая прочность (ат=450-750 МПа) низколегированных строительных сталей должна сочетаться с малой склонностью к хрупким разрушениям. Как отмечалось ранее, одновременное повышение прочности и снижение хладноломкости является весьма сложной проблемой.. Решение ее осуществляется несколькими путями: карбонитридным упрочнением сталей, термической обработкой, контролируемой прокаткой, созданием малоперлитных и бейнитных сталей.

Карбонитридное упрочнение сталей представляет собой способ воздействия на структуру и свойства сталей посредством образования упрочняющих дисперсных карбонитридных фаз при легировании стали ванадием и ниобием (иногда дополнительно алюминием и титаном) в сочетании с повышенным содержанием азота (до 0,030 %)

Главными факторами карбонитридного упрочнения являются: собственно дисперсионное упрочнение, измельчение аустенитного и действительного зерна стали, а при определенной технологии - образование субзеренной структуры. Вследствие этого стали с карбонитридным упрочнением обладают наивысшей прочностью и наименьшей температурой перехода из вязкого в хрупкое состояние.

Рассмотренные выше стали повышенной прочности , 15ГФ, 15Г2СФ и 10Г2Б также относятся к сталям с карбонитридным упрочнением, поскольку упрочняющими фазами в них являются карбиды ванадия и ниобия, в которых часть атомов углерода замещена азотом за счет остаточного азота в стали (0,005-0,008 %)

Таблица 11. Состав и механические свойства высокопрочных

Стали могут содержать повышенное содержание меди (0,15-0,25%), тогда упрочнение.

Введение в сталь повышенного содержания азота (до 0,030%) приводит к образованию комплексных фаз - карбонитридов: V(C, N) и Nb (С, N), а также нитридов A1N. Стали с азотом и карбидообразующими элементами обладают значительно более высокими механическими свойствами. /

В табл. 11 приведены данные о составе и свойствах основных высокопрочных сталей с карбонитридным упрочнением. Наиболее широкое применение из них нашла сталь 16Г2АФ. Нормализация этой стали обеспечивает получение мелкого зерна, вследствие чего сталь имеет по сравнению с другими строительными сталями (ВСтЗсп, 09Г2С и др.) наивысшую прочность и наименьшую температуру перехода из вязкого в хрупкое состояние (рис. 78).

в 8 т 12 П !В

Размер зерна ср

1,0 If

l.B z,z ind-i

Z.6 3,0

Рис. 78. Зависимость предела текучести с. и температуры перехода Т от раз-Жф ?, С-З U). инзколегироваиной 09Г2С (2) и стали

itSlniaBKi (Л.да;аХн) Р - - лабораторная?/- промыГ-

сталей с карбонитридным упрочнением

лементов, %

0,07-0,12,

0,08-0,14 0,08-0,15 0,07-0,15 0,05-0,10

другие элементы

0,15-0,25Мо

1.4-l,7Ni 0,15-0,25Мо 0.05-0,10А1

KGU, МДж/и при t, С

-40 -70

550 600 600 700 700

Состояние поставки**

400 450 450 600 600

20 20 19 14 14

0,4 0,4 0,4 0,35

0,3 0.3 0

Н или ТУ ТУ ТУ

в обозначении марки добавляется буква Д.. Н - нормализация, ТУ-

термо-

в стали 16Г2АФ упрочнение сочетается с понижением порога хладноломкости благодаря получению зерна размером 10-20 мкм (№ 9-11), тогда как в обычной низколегированной стали типа 14Г2 зерно имеет размер 60-80 мкм (№ 5-6) - рис. 79. Отличительной особенностью сталей с карбонитридным упрочнением является то, что их механические свойства мало зависят от сечения проката. Более высокую прочность (ат<600 МПа) имеет сложнолегирован-

Рис. 79. Действительное зерно низколегированной стали 14Г2 (а) и стали с карбонитридным упрочнением 16Г2АФ (б), Х200 (А. В. Рудченко)

ная сталь 12Г2СМФ и ее хладостойкая модификация - сталь 12ГН2МФАЮ. Эти стали обладают высоким комплексом механических свойств после термического улучшения (закалка и высокий отпуск).

Стали с карбонитридным упрочнением применяют для изготовления наиболее ответственных сварных металлоконструкций, эксплуатируемых в обычных климатических условиях, а также в сооружениях северного исполнения, эксплуатируемых в районах с температурой ниже -40°С. Так, сталь 16Г2АФ широко применяется при сооружении мощных металлургических агрегатов (доменных печей, конвертеров ИТ. п.), железнодорожных и автомобильных мостов, труб магистральных газопроводов, телемачт, резервуаров нефтехранилищ и других ответственных сооружений.

Достигаемая при этом экономия металла в сравнении с его расходом на конструкции из обычной низколегированной стали типа 10Г2С1 и 14Г2 составляет 15-30%, а по сравнению с конструкциями из углеродистой стали СтЗ- около 30-50%.

Малоперлитные стали имеют пониженное содержание углерода (до 0,10%), что приводит к уменьшению количества перлита в стали, а следовательно, к повышению ударной вязкости и пластичности, снижению порога хладноломкости и улучшению свариваемости. При этом снижение прочностных характеристик компенсируется введением в сталь карбонитридообразуювдих элементов - ванадия, нио- бия, азота и алюминия. Следовательно, малоперлитные стали являются разновидностью сталей с карбонитридным упрочнением при пониженном в них содержании углерода. В СССР разработана малоперлитная сталь 09Г2ФБ, содержащая 0,04-0,08 % V, 0,02-0,05 % Nb и до 0,015 % N. Такая сталь имеет мелкозернистую структуру феррита с дисперсными карбонитридами ванадия и ниобия и небольшим количеством перлита (до 5-10%). Оптимальная структура стали и высокие механические свойства достигаются после контролируемой прокатки.

Контролируемая прокатка - разновидность термомеханической обработки, она представляет собой обработку металла давлением, регламентируемую определенной температурой окончания прокатки (800-850°С) и заданной степенью обжатия (15-20%) в последних пропусках.

Контролируемая прокатка позволяет получить оптимальное сочетание прочности и вязкости при использовании сталей с карбонитридным упрочнением. Карбонитриды тормозят процессы возврата и рекристаллизации после прокатки, что обеспечивает получение мелкого зерна стали, хорошо развитой субзеренной структуры и дисперсионного упрочнения. Применение контролируемой прокатки исключает последующую термическую обработку.

Малоперлитная сталь 09Г2ФБ после контролируемой прокатки обеспечивает следующие механические свойства: <тп>560 МПа, ат460 МПа, KCU- о,9 МДж/м2; КСи-®° =0,6 МДж/м2. Такую сталь используют для изготовления магистральных газопроводных труб северного исполнения. Применение контролируемой прокатки эффективно и для других сталей с карбонитридным упрочнением.

Низкоуглеродистые бейнитные стали благодаря легированию имеют такую устойчивость переохлажденного аустенита, которая обеспечивает после контролируемой прокатки превращения аустенита с образованием продуктов промежуточного превращения - игольчатого феррита. Типичным представителем таких сталей является сталь 08Г2МФБ (<:0,08% С, -1,6% Мп; -0,2 % Мо, -0,06 % V и -0,05 %Nb).