|
Дальнейшее повышение прочности
свариваемой стержневой арматурной стали было достигнуто совершенствованием химического-
состава низколегированной горячекатаной стали марок 20ХГ2Ц и 20ХГ2Т путем
увеличения содержания хрома и микролегирова- нием алюминием. В сочетании с
низкотемпературным отпуском после прокатки и рядом других технологических
мероприятий это позволило Череповецкому металлургическому комбинату (ЧерМКК
ЦНИИЧМ и НИИЖБу разработать и внедрить свариваемую стержневую арматурную
сталь класса А—V марки 23Х2Г2Т с химическим составом, приведенным в табл. 69.
Технология производства этой стали была окончательно
отработана после пуска на ЧерМК печи для низкотемпературного- отпуска. Сталь
выплавляют в мартеновских печах емкостью 300 и 600 т с использованием жидкого
чугуна в количестве 55—60% массы металлический шихты. Раскисление проводят в
два этапа: предварительно в печи силикомарганцем или ферромарганцем и
окончательно в ковше, куда вводят алюминий, ферротитан и 45%-ный
ферросилиций. Разливку стали на слитки массой 8,35 и 8,1 т осуществляют
сверху из двухстворчатых 300-т сталеразли- вочных ковшей через стакан
диаметром 60 мм. После охлаждения на холодильнике до 500—600 °С заготовки
укладываются в ямы замедленного охлаждения, где их выдерживают 45—65 ч, а
затем прокатывают в арматуру периодического профиля диаметром 12—22 м.
После прокатки (не позднее чем через 48 ч) стержни
арматуры подвергают низкотемпературному отпуску при 250 °С в течение 8 ч.
Осваивается также промышленное производство стержней диаметром 25—40 мм этого
класса прочности.
В настоящее время эта арматурная сталь является самой
эффективной массовой свариваемой арматурой. Ее применение взамен стали
классов А—Шв и А—IV в предварительно напряженных железобетонных конструкциях
пролетом 12—26 м, таких как стойки опор ЛЭП, балки, фермы и т. п.
обеспечивает экономию 25—40% стали и 34—65 руб. на 1 т арматуры класса А—V.
В работах приводятся данные исследований, выполненных в
период освоения производства стали класса А—V марки 23Х2Г2Т. Вероятностная
оценка характеристик механических свойств 27 плавок—партий арматуры диаметром
10—22 мм, испытанных на растяжение и изгиб в холодном состоянии показала, что
при средних значениях о0,2, <тв и 65 соответственно 900 МПа, 1185 МПа и
14,01% изменчивость этих величин характеризуется коэффициентами вариации
8,95; 6,33 и 15%. Значительная изменчивость условного предела текучести ао,2
объясняется тем, что часть партий стали 23Х2Г2Т, отвечавшей в горячекатаном
состоянии требованиям класса А—V, поставляли без отпуска.
Испытания на изгиб в холодном состоянии до 140— 180°
вокруг оправки диаметром 5d арматурные образцы класса А—V выдерживают без
разрушения или трещин. Начальный модуль упругости в среднем составляет около
1,9-103 МПа и изменчивость его уменьшается после отпуска и вылеживания стали.
В пределах партии изменчивость механических свойств стали класса А—V в
горячекатаном состоянии находится в тех же диапазонах, что и у стали класса
А—IV марок 20ХГ2Ц и 20ХГ2Т и уменьшается после отпуска.
Низкотемпературный отпуск также значительно повышает
относительное удлинение после разрыва 65, условные пределы упругости и
текучести (сто,02, ао,о5, tfo,2 и т- п-) в результате чего улучшаются
практически все эксплуатационные свойства стали и в том числе диаграмма
растяжения.
Среднее отношение 00,2/0» в горячекатаном состоянии по
данным исследований составляет 0,682, а после отпуска — 0,773.
Влияние масштабного фактора в значительной степени
нивелируется регулированием оптимального для каждого диаметра химического
состава стали и последующим отпуском. Однако общая тенденция к снижению
механических свойств стали с увеличением диаметра имеет место и
корреспондируется с аналогичными данными по стали 20ХГ2Ц класса А—IV.
Изменчивость механических свойств арматурной стали класса А—V марки 23Х2Г2Т
Опыты показали, что механические свойства стали класса А—V
могут быть обеспечены и у арматуры диаметром 32—40 мм Анализ
результатов контрольно-сдаточных испытаний стали класса А—V диаметром 12—18
мм на ЧерМК и ЧМЗ, а также предприятиях стройиндустрии показал, что
механические свойства стали соответствуют приведенным выше. Вместе с тем при
испытаниях у потребителя заметно повышение относительного удлинения 65,
которое, как правило, не ниже 10—15%.
Среднестатистическая диаграмма условно-мгновенных
пластических деформаций стали класса А—V марки 23Х2Г2Т диаметром 12—22 мм при
Ban ДО 0,005 в состоянии поставки характеризуется пара м етром упругости
Исследования показали, что рассматриваемая арматурная
сталь как при нормальной, так и при отрицательных температурах до минус 70 °С
обладает более низкой чувствительностью к концентраторам напряжений,
вызванным механическими повреждениями или сварочными ожогами, чем арматура
класса А—IV.
Технологию и режимы контактной стыковой и дуговой сварки с
накладками изучали в лаборатории сварки ЦНИИСКа им. Кучеренко, во Всесоюзном
научно-исследовательском институте железобетона (ВНИИжелезобетона), а также в
НИИЖБе и на ряде заводов ЖБК
Выявлено, что тепловая и эксплуатационная свариваемость
стали 23Х2Г2Т оценивается в тех же уровнях, что и у стали 20ХГ2Ц класса А—IV,
а металлургическая свариваемость даже выше.
Производственная проверка показала, что при указанных выше
видах стыковой сварки разупрочнение сварных соединений не превышало 7% и во
всех случаях прочность сварных соединений была не ниже 1000 МПа.
Полученные данные позволили рекомендовать в СНиП П—21—75
применение стали класса А—V марки 23Х2Г2Т в качестве свариваемой напрягаемой
арматуры железобетонных изделий пролетом 12 м и более при расчетных температурах до минус 55 °С, а без сварки в виде целых стержней мерной длины — без
ограничения температуры и вида нагрузок.
В настоящее время сталь класса А—V широко применяется в
виде сварной напрягаемой арматуры преднапряженных железобетонных стоск опор
ЛЭП, балок и др. конструкций пролетом до 26 м.
Для решения вопроса о выборе химического состава и
технологии производства свариваемой арматурной стали класса А—VI
ЦНИИЧМ, ЧерМК и НИИЖБ совместно с Институтом черной
металлургии (ИЧМ) были рассмотрены три возможных решения:селектирование стали
23Х2Г2Т по химическому составу с последующим за горячей прокаткой
низкотемпературным отпуском при температуре Г=250—300 °С;использование
механизма нитридно-карбидиого упрочнения путем введения в металл азота и
низкотемпературного отпуска стали после прокатки;
охлаждение стали в потоке проката для получения
оптимальных скоростей охлаждения в интервале температур 750—500 °С с
последующим самоотпуском или отпуском со специального нагрева при тех же
температурах, что и в первом случае.
Практическая возможность получения механических свойств
арматуры класса А—VI путем селектирования химического состава стали 23Х2Г2Т
показана в исследованиях и подтверждена практикой производства этой стали на
ЧерМК.
Установлено, что при содержании в стали 23Х2Г2Т марганца и
хрома до 3% распад аустенита при охлаждении арматуры диаметром 10—16 мм на
холодильнике происходит с образованием промежуточной структуры.
Дополнительное увеличение содержания марганца и хрома приводит к тому, что
вследствие дальнейшего повышения устойчивости аустенита, а также структурного
превращения его в бейнит происходит не полностью, в отдельных участках прутка
(продольные и поперечные ребра) может наблюдаться образование мартенситной
структуры, что ведет к охрупчиванию стали такой композиции, особенно в
плавках с повышенным содержанием углерода [161, с. 25—28]. Охрупчиванию
способствует и возрастающее при таком легировании содержание водорода в
стали. Поэтому такой вариант получения стали класса А—VI требует очень
жестких условий по селектиро- ванию химического состава, проведению отпуска
после прокатки, а также выполнения ряда других мероприятий.
Одним из вариантов решения является микролегирование стали
класса А—VI бором и за счет этого обеспечение механических свойств при
относительно небольшом увеличении расхода других легирующих элементов.
Химический состав такой стали марки 22Х2Г2Р приведен в табл. 3.
В 1982—1983 гг. ЧерМК совместно с ЦПИИЧМ освоил
промышленное производство стали 22Х2Г2Р диаметром 10—18 мм, а также начал
опробование выпуска такой арматуры диаметром 22—40 мм. Это позволило НИИЖБу
исследовать механические свойства оиытно-нромышленных партий стали этой
марки, а ЦНИИЧМ и ЧерМК установить оптимальные пределы химического состава.
По данным исследований арматуры класса А—VI диаметром
10—18 мм установлены основные соотношения характеристик механических свойств
и диаграммы условно-мгновенного растяжения.
Арматурная сталь масса А—VI марки 22Х2Г2Р исследованных
партий после низкотемпературного отпуска характеризуется следующими средними
значениями механических свойств <тв= 1303 МПа; сг0,2= 1058 МПа; б5 = =
12,2% и бр = 3,2%. Среднее соотношение а0,2/ав = 0,81 и г| = 0,6. С
увеличением диаметра прокатываемой арматуры наблюдается монотонное снижение
характеристик прочности ав, <То,5 и <7о,2, характеризуемое величиной 5
МПа на 1 мм диаметра. Относительное удлинение 65 и бр имеет при этом
тенденцию к увеличению.
Изучение механических свойств стали класса А—VI,
легированной лзотом и алюминием, марки 22Х2Г2АЮ проводили на арматуре 10
опытно-промышленных партий диаметром 12, 16 и 18 мм. Результаты статистической обработки методом сумм данных опытов со сталыо диаметром 12 мм четырех партий—плавок приведены в табл. 70.
Влияние масштабного фактора на механические свойства в
стали этой марки больше, чем в 22Х2Г2Р. При одинаковом химическом составе значения
ав и ао,2 арматуры диаметром 18 мм были на 100—150 МПа ниже, чем у арматуры
диаметром 12 мм при несколько больших (на 1—2%) значения б5 и бр.
Специальное охлаждение в потоке проката является наиболее
перспективным направлением получения стали класса А—VI как с точки зрения
однородности механических свойств» так и в связи с сокращением расхода
легирующих элементов.
Проведенные исследования механических свойств арматурной
стали марок 23Х2Г2Т и 20Х2Г2СР, охлажденных в погоне стана,
показали, что такая технология позволяет уменьшить
коэффициент вариации ав и а0,2 в партии—плавке примерно вдвое против-
горячекатаной стали.
Для промышленного выпуска такой свариваемой арматурной
стали необходимо совершенствовать технологию термоупрочнения на ЧерМК,
обеспечив возможность регулирования режимов охлаждения для каждого диаметра
арматуры. Опыты показали, что- соотношение ао.г/о'в у стали этого типа для
арматуры диаметром 12 мм составляет 0,68—0,71, а у стали диаметром 16 мм — 0,71—0,75. Значения параметров упругости составляют соответственно 0,5 и 0,6.
Эти данные указывают на необходимость низкотемпературного
отпуска стали 20Х2Г2СР после термомеханической обработки в процессе прокатки
для обеспечения более высоких значений
Исследование усталостной прочности стали А—VI
рассматриваемых марок показало, что эта характеристика значительно выше, чем
у стали классов А—V и Ат—V. Арматурная сталь класса А—VI после
низкотемпературного отпуска отличается также удовлетворительной ударной
вязкостью при низких отрицательных температурах и стойкостью против хрупкого
разрушения. Эти особенности механических свойств свариваемой арматуры класса
А—VI позволили рекомендовать ее применение в железобетонных конструкциях,
эксплуатируемых как при нормальных, гак и низких отрицательных температурах.
Весьма перспективным является также применение стали класса А—VI диаметром
22—40 мм в специальных конструкциях, подвергаемых динамическим нагрузкам и
воздействию неременных температур, где требуется повышенная надежность
арматуры.
Вместе с тем работы по совершенствованию технологии
производства и химического состава этой наиболее высокопрочной и
универсальной арматурной стали должны быть продолжены для обеспечения ее
производства в полном сортаменте и требуемой свариваемости.
|