Специальные стали.

М.И.Гольдштейн, С.В.Грачев, Ю.Г.Векслер.

Металлургия, 1985 г.

4. Высокопрочные стали

Высокая прочность (sт=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: карбонитриднымупрочнением сталей, термической обработкой, контролируемой прокаткой, созданием малоперлитных и бейнитных сталей.

Карбонитридное упрочнениесталей представляет собой способ воздействия на структуру и свойствасталей посредством образования упрочняющих дисперсных карбонитрид-ных фаз при легированиисталиванадием 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 карбонитриднымупрочнением обладают наивысшей прочностью и наименьшей температуройперехода 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 карбидыванадия и ниобия, в которых часть атомовуглерода замещена азотом за счет остаточного азота в стали (0,005—0,008 %). Введение в сталь повышенного содержания азота (до 0,030 %) приводит к образованию комплексных фаз — карбонитридов:), а также нитридов. Стали с азотом и карбидообразующими элементами обладают значительно более высокими механическими cвойcтвами.

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 температуруперехода из вязкого в хрупкое состояние (рис. 78).

В стали 16Г2АФ упрочнение сочетается с понижением порогахладноломкости 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 карбонитриднымупрочнением является то, что их механические свойства мало зависят от сечения проката. Более высокую прочность {от<:б00 МПа) имеет сложнолегированная сталь 12Г2СМФ и ее хладостойкая модификация — сталь 12ГН2МФАЮ. Эти стали обладают высоким комплексом механических свойств после термического улучшения (закалка и высокий отпуск).

Стали с карбонитриднымупрочнением 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 и т. 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 порогахладноломкости и улучшению свариваемости. При этом снижение прочностныххарактеристик компенсируется введением в сталь карбонитридообразующих элементов — ванадия, ниобия, азота и алюминия. Следовательно, малоперлитные стали являются разновидностью сталей с карбонитриднымупрочнением 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 структуруферрита с дисперсными карбонитридамиванадия и ниобия и небольшим количеством перлита (до 5—10%). Оптимальная структурастали и высокие механические свойства достигаются после контролируемой прокатки.

Контролируемая прокатка — разновидность термомеханической обработки, она представляет собой обработкуметалла давлением, регламентируемую определенной температурой окончания прокатки (~800—850°С) и заданной степеньюобжатия (15—20%) в последних пропусках.

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