Дополнительно к механизмам упрочнения, действующим в сталях с карбонитридным упрочнением после контролируемой прокатки, в низкоуглеродистых бейнитных сталях имеется повышенная плотность дислокаций (деформационное упрочнение). Сталь 08Г2МФБ со структурой игольчатого феррита и малоуглеродистого бейнита после контролируемой прокатки обеспечивает СТвбОО МПа, Стт >470 МПа, б>20%, KCU-s°g=0,9 МДж/м, K.CU-°=-0,65 МДж/м2.

Сталь 08Г2МФБ также предназначена для изготовления газопроводных труб.

В СССР задача создания высокопрочных и хладостойких сталей и их эффективного использования в строительстве решена благодаря применению сталей с карбонитридным упрочнением, легированных недефицитным для нашей страны ванадием в сочетании с азотом и алюминием.

5. Арматурные стали

Арматурная сталь в виде стержней, гладких и периодического профиля, применяется для армирования железобетонных конструкций. Последние бывают ненапряженными и предварительно напряженными. Арматурные стержни в предварительно напряженной железобетонной конструкции работают на растяжение и испытывают большие нагрузки. В зависимости от напряжений применяют сталь разных классов прочности. Арматурные стали горячекатаные поставляют по ГОСТ 5781-82, а термомеханически и термически упрочненные - по ГОСТ 10884-81.

В табл. 12 приведены гарантируемые механические свойства для семи классов арматурных сталей и рекомендуемые в каждом классе стали и их обработка.

Стали классов AI, АН и AIII используют для ненапряженных конструкций, а более высокопрочные стали классов AIV и выше применяют для армирования предварительно напряженного железобетона. Горячекатаные стали удовлетворяют требованиям классов от AI до AV. По мере увеличения класса прочности возрастает степень легирования сталей.

На металлургических заводах СССР в процессе производства стали широко применяется термическое упрочнение арматуры. Технология термоупрочнения подобна технологии термоупрочиення е мрокатиого нагрева сталей для строительных металлоконструкций. Тмическое упрочнение стержневой арматуры проводят на выходе стержяя из прокатной клети. На специальных устройствах осуществляетвя врерваииое охлаждение, обеспечивающее самоотпуск стали. Применяемая техио-

о, я

о ш S

? S X

С] X

ся Н

si If

§

те a

S о s

логия позволяет использовать эффект высокотемпературной термомеханической обработкиВ результате термоупрочнения получается мелкозернистая структура с дисперсной феррито-карбидной смесью, что обеспечивает требуемую прочность в сочетании с высокими характеристиками пластичности (в том числе равномерного удлинения). Термическое упрочнение позволяет повысить на один-два класса прочности уровень свойств определенной стали по сравнению с горячекатаным состоянием, что обеспечивает экономию легирующих элементов и снижение себестоимости арматуры. Благодаря термическому упрочнению были созданы арматурные стали классов AVI и AVII. Высокопрочная арматурная сталь может подвергаться коррозионному растрескиванию под напряжением. Для повышения сопротивления этому явлению применяют индукционный нагрев для получения высокоотпущенного состояния в поверхностных слоях арматурных стержней, а также используют стали с высокой устойчивостью против коррозионного растрескивания в высокопрочном состоянии (20ХГС2).

Термическое упрочнение арматурной стали позволяет получить экономию металла в среднем на 22 %.

Часть МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫЕ пятая СТАЛИ

К машиностроительным относят конструкционные стали, предназначенные для изготовления различных деталей машин, механизмов и отдельных видов изделий.

В машиностроении потребляется около 40 % от производства в стране стали, и по числу марок машиностроительные стали являются самыми многочисленными. В зависимости от условий эксплуатации, а они в отдельных машинах и механизмах сильно различаются, требования к сталям будут неодинаковыми. Однако к конструкционным машиностроительным сталям предъявляется и целый ряд общих требований, основными из которых являются: высокая конструктивная прочность, определяемая оптимальным сочетанием прочности, вязкости и пластичности, необходимые технологические свойства - хорошая обрабатываемость давлением, резанием и свариваемость, малая склонность к образованию трещин, короблению, обезуглероживанию при термической обработке, а также иногда и специальные свойства: износостойкость, теплоустойчивость, определенные физические свойства и т. д. Существует несколько приз-

Наряду с термоупрочнеинем с прокатного нагрева применяют технологию упрочнения со специального электронагрева и последующего отпуска.

наков классификации машиностроительных сталей: по составу (углеродистые, легированные), по обработке (улучшаемые, нормализуемые, цементуемые, азотируемые, мартеиситио-стареющие и т.д.), по назначению (пружинные, шарикоподшипниковые, криогенные и т. п.). Ниже рассматриваются отдельные группы машиностроительных сталей по указанным признакам.

Глава XII

УГЛЕРОДИСТЫЕ КАЧЕСТВЕННЫЕ СТАЛИ

В машиностроении находят применение для изготовления деталей и изделий, чаще всего неответственного назначения, дешевые углеродистые качественные стали.

1. Влияние углерода на свойства стали

Свойства углеродистых сталей определяются содержанием углерода и применяемой обработкой. Горячекатаные, нормализованные и отожженные стали имеют феррито-перлит-ную структуру. С увеличением содержания углерода количество перлита возрастает и при -0,8 %С сталь имеет полностью перлитную структуру. В заэвтектоидной стали наряду с перлитом появляется избыточный цементит. Увеличение содержания углерода (перлита) приводит к росту прочности и падению пластичности и вязкости феррито-перлитной стали (рис. 80), при этом порог хладноломкости существенно повышается (рис. 81).

Структура закаленной стали зависит от содержания углерода и температуры нагрева под закалку. Углерод, растворенный при нагреве под закалку в аустените, будет понижать температурный интервал мартенситного превращения (рис. 82). При содержании в аустените более 0,5 % С температуры окончания мартенситного превращения Мк будет ниже комнатной температуры, вследствие чего после закалки в стали наряду с мартенситом присутствует остаточный аустенит. Количество растворённого в аустените углерода будет определять тетрагональность и твердость мартенсита, а также количество остаточного аустенита. Следовательно, твердость закаленной стали будет бпреде-ляться перечисленными факторами (рис. 83).

Так, в углеродистой закаленной стали до содержания - 0,6% С твердость возрастает пропорционально его со-

держанию в стали, дальнейшее увеличение углерода до 0,8 % приводит к замедлению темпа прироста твердости так как появляется остаточный аустенит, а при содержа-НИИ углерода больше эвтектоидного твердость стали воз-растает мало, лишь за счет появления избыточного цементита (при закалке от температур выше Aci).

Закалка заэвтектоидной стали от температуры выше Асз приводит к сильному увеличению количества остаточного аустенита и падению твердости. Легирование относи-

Рнс. 80. Влияние содержания углерода сталей со структурой феррито-карбидной

-150-100-30 О 50 100 150tuc °0

Рис. 81. Изменение порога хладноломкости и энергии разрушения (u) под влиянием содержания углерода для сталей со структурой феррито-карбид- , * ной смеси (Д. Рейнболт): содержание С, %: / - 0,11; 2 - 0,20; 3-0,31; 4 - 0,41; 5 - 0,49; в -0,60; 7 - 0,69; в - 0,80

иа механические свойства углеродистых смеси (А. П. Гуляев)

тельно мало повышает твердость мартенсита, однако способствует увеличению остаточного аустенита, что так же, как и перегрев заэвтектоидной углеродистой стали, приводит при определенном содержании углерода к уменьшению твердости стали.

Основным недостатком углеродистой стали является малая устойчивость переохлажденного аустенита, а отсюда и низкая прокаливаемость. Критический диаметр при закалке в воду (мартенситная структура) для различных углеродистых сталей составляет от 10 до 20 мм и увеличивается в указанных пределах при повышении содержания углерода от 0,3 до 0,6 %.

В углеродистых сталях уже в сечениях около 40 мм даже при закалке в воду в центре протекает феррито-перлит-ное превращение. Малая прокаливаемость обусловливает и низкую закаливаемость углеродистой стали. Чем меньше содержание углерода, тем меньше закаливаемость.

Требуемые свойства достигаются при последующем отпуске стали. На рис. 84 показано изменение механических свойств закаленной углеродистой стали 40 при отпуске на разные температуры. С повышением температуры отпуска прочностные характеристики непрерывно уменьшаются, а пластичность и вязкость стали увеличиваются. По таким

Fe 0,1 0.8 1,2 1,6 С, % (по массе)

О 0,2 0,Ц 0,6 0,8 1,0Z°/o

Рис. 82. Влияние содержания углерода иа температуру начала АГ и конца мартенситного превращения

Рис. 83. Зависимость твердости закаленной стали от содержания углерода и легирования стали:

/ - легированный мартенсит; 2 - углеродистый мартенсит; 3 - мартенсит с остаточным аустенитом

ства стали 40 в зависимости от температуры отпуска. Отметки на левой шкале - свойства после закалки, на правой - после отжига (А. П. Гуляев)

300 100 500 ООО 7О0

toTn,°C

диаграммам выбирают режим термической обработки (улучшения), обеспечивающий необходимый для той или иной детали комплекс механических свойств. Подобные диаграммы построены для широко распространенных углеродистых и легированных сталей и приводятся в справоч-, ной литературе.