|
Хладноломкость горячекатаных низкоуглеродистых сталей, легированных марганцем и кремнием в различных композициях, оценивали с помощью ударных испытаний, проведенных на образцах Менаже со стандартным (г= 1 мм) и V-образным острым (г=0,25 мм) надрезами.
Как видно из данных, приведенных на рис. 109, при испытании образцов со стандартным надрезом низкоуглеродистые стали с 0,5 и 1,2% Мп имеют одинаковое сопротивление хрупкому разрушению: кривые ударной вязкости этих сталей переплетаются между собой, а их верхние критические температуры хрупкости (Ткр) совпадают. При испытании образцов с острым надрезом сталь, легированная 1,2% Мп, обладает лучшей сопротивляемостью хрупкому разрушению, чем обычная сталь Ст.Зсп с 0.5% Мп (рис. 110). Дальнейшее увеличение содержания марганца до 2% приводит к снижению ударной вязкости и повышению верхней Ткр при испытании образцов со стандартным и острым надрезами (табл. 53). 
Такой характер влияния марганца на ударную вязкость низкоуглеродистой стали отмечался и ранее. В стали типа 17ГС с увеличением содержания марганца свыше 1 % также наблюдается тенденция к снижению ударной вязкости при —40°С. Полученные данные не подтверждают то положение, что марганец в количестве до 2,30% непрерывно улучшает сопротивляемость низкоуглеродистой стали хрупкому разрушению
и понижает нижнюю критическую температуру хрупкости. Как видно из табл. 53, марганец при повышении его содержания до 1,2% не влияет на эту температуру, а в стали с 2% Мп при испытании образцов с острым надрезом она повышается на 40°С.
Введение в низкоуглеродистую сталь, содержащую 1,0—1,4% Мп, кремния снижает ударную вязкость и повышает верхнюю Ткр. Нижняя Т кр не изменяется. Несмотря на это, сталь, легированная примерно 1 % Мп и 1 % Si, имеет большую сопротивляемость хрупкому разрушению и лучшее соотношение прочностных и пластических свойств, чем сталь, легированная одним марганцем до 2%.
Если в сталь, содержащую 2% Мп, добавить кремний в количестве до 0,7%,то хрупкость ее дополнительно увеличивается. Однако результаты испытаний натурных образцов диаметром 14 мм показывают, что эта сталь по склонности к хрупкости равноценна стали 35ГС. Относительно низкоуглеродистой кремнемарганцовистой стали с 1 % Мп и 1 % Si следует отметить, что и в этом случае она имеет преимущества по сопротивляемости действию ударных нагрузок и концентраторов напряжений по сравнению со сталью 35ГС и низкоуглеродистой сталью с 2% Мп при близких значениях прочностных свойств.
На рис. 111 приведены данные по влиянию термической обработки на ударную вязкость, а также вид излома низколегированных сталей с различным содержанием марганца и кремния в условиях испытания образцов со стандартным надрезом Менаже при +20°С. Образцы закаливали с температур на 20—30 град выше верхних критических точек и отпускали в интервале температур 200—600°С с выдержкой в течение часа. Охлаждение после отпуска проводили на воздухе.
Видно, что в закаленной низкоуглеродистой арматурной стали с увеличением содержания марганца до 2% наблюдается повышение прочностных свойств до уровня класса Ат-VI по ГОСТ 10884—64 [ов не менее 1180 Мн/м2 (120 кГ/мм2)] с одновременным возрастанием ударной вязкости и количества вязкой составляющей в изломе. Это связано с возрастанием прокаливаемости низкоуглеродистой стали за счет легирования ее марганцем. Однако в интервале температур отпуска 250—400°С, когда прочностные свойства арматуры диаметром 10 мм
соответствуют требованиям класса Ат-V по ГОСТ 10884—64 [ов = 1170—1030 Мн/м2 (119—105 кГ/мм2)], в стали с 2% Мп наблюдается значительное охрупчивание: ударная вязкость снижается в четыре раза по сравнению с закаленным состоянием.
Второй интервал охрупчивания в такой стали находится при 550—600°С, что соответствует области развития обратимой отпускной хрупкости. Таким образом, легирование низкоуглеродистой стали марганцем в количестве до 2% существенно улучшает комплекс свойств в закаленном состоянии по сравнению с обычной сталью Ст.З и обеспечивает более плавный характер разупрочнения при отпуске. Это важно для повышения технологичности арматурной стали при ее термическом упрочнении с прокатного нагрева. Однако такое легирование приводит к усилению развития необратимой и обратимой отпускной хрупкости, что может неблагоприятно влиять на работу металла в конструкциях из предварительно напряженного железобетона.
Легирование низкоуглеродистой стали, содержащей около 1% Мп, кремнием в количестве до 1,1% приводит к лучшему соотношению прочности и вязкости в закаленном состоянии, чем легирование низкоуглеродистой стали одним марганцем до 2%. Кремнемарганцовистая сталь, содержащая 1,4% Мп и 1,06% Si, характеризуется значительно меньшей склонностью к необратимой отпускной хрупкости. Такая сталь в интервале температур отпуска 250—400°С, когда при термическом упрочнении арматуры достигаются свойства классов Ат-VI и Ат-V, не обнаруживает заметного снижения количества вязкой составляющей в изломе по сравнению с закаленным состоянием, а величина ударной вязкости (при значительно большей прочности) оказывается не ниже, чем в стали марки Ст.З.
Кроме этого, кремнемарганцовистая арматурная сталь характеризуется плавным разупрочнением при отпуске, что обеспечивает ее технологичность при термическом упрочнении с прокатного нагрева по методу прерванного охлаждения с самоотпуском и возможность использования при электротермическом способе натяжения.
Таким образом, при выборе низколегированных сталей, предназначенных для изготовления высокопрочной термоупрочненной арматуры следует отдать предпочтение кремнемарганцовистым композициям с содержанием
марганца не выше 1,5%, которые в горячекатаном и термически упрочненном состояниях обеспечивают лучшее соотношение прочности и пластичности и большую сопротивляемость хрупкому разрушению, чем низкоуглеродистые стали, легированные только марганцем.
У. Старение
Существенным недостатком обычной низкоуглеродистой стали, особенно кипящей, является отсутствие достаточной степени стабильности свойств. У этих сталей наблюдается значительная склонность к старению и чувствительность к наклепу.
При заданных условиях эксплуатации или технологического процесса степень стабильности свойств низкоуглеродистых сталей можно регулировать, изменяя структуру в результате термической или термомеханической обработки. Термическое упрочнение низкоуглеродистой стали приводит к существенному повышению прочностных свойств и одновременно к снижению склонности ее к хрупкому разрушению.
Однако термическое упрочнение, осуществляемое ускоренным охлаждением низкоуглеродистой стали из аустенитной области, связано с получением неравновесных структур: от псевдоэвтектоида до бейнита и мартенсита. Следовательно, в термически упрочненной низкоуглеродистой стали могут протекать процессы старения даже и без деформации. Поэтому для окончательной оценки эффективности термического упрочнения необходимо знать степень стабильности свойств термически упрочненной стали.
Из анализа литературных данных о склонности термически упрочненной низкоуглеродистой стали к закалочному старению следует, что естественное старение может в ряде случаев приводить к уменьшению прочностных и увеличению пластических свойств. Однако свойства термически упрочненной стали значительно стабилизируются, если после закалки провести отпуск.
Часто естественное старение приводит к повышению прочности, уменьшению пластичности и некоторому повышению температуры хладноломкости,
| 
Черная металлургия
Основы термического упрочнения проката
Свойства термически упрочненной стали
