Стали с высоким сопротивлением экстремальным воздействиям

Одесский П.Д., Кулик Д.В,
Интермет Инжиниринг, 2008 г.

Ссылка доступна только зарегистрированным пользователям.

 

Основные требования к химическому составу и микроструктуре огнестойких сталей
 
Прежде всего следует заметить, что содержание углерода в этих сталях следует понижать до < 0,1 %, поскольку с понижением со­держания углерода повышается температура γ α превращения, а именно эта температура резко снижает огнестойкость стали. Кро­ме того, с увеличением содержания углерода увеличивается склон­ность к коагуляции карбидной фазы и перераспределению леги­рующих элементов в твердом растворе, т. е. к разупрочнению ста­ли с повышением температуры [17].
В рассматриваемых сталях также следует снижать содержание вредных примесей — серы и фосфора, во всяком случае до уровня S< 0,010 %, Ρ < 0,015 % из-за снижения склонности сталей при об­суждаемых температурах к межзеренному разрушению, вызывае­мому действием сегрегации и соединений этих элементов [10,11].
Наиболее эффективной особенностью обеспечения огнестой­кости строительных сталей является микролегирование сталей элементами, образующими дисперсные термически устойчивые частицы карбонитридных фаз. В первую очередь это сочетание ниобия и ванадия. Выделяясь при 540...570 °С, дисперсные части­цы этих элементов повышают атермическую составляющую проч­ностных характеристик обсуждаемых сталей, и, обладая повышен­ным сопротивлением к коагуляции, в целом эффективно замедля­ют падение прочности при повышении температуры среды при пожаре. При этом желательно, чтобы обсуждаемые частицы, в пер­вую очередь ванадия, выделялись непосредственно из твердого раствора. Для этого в стали следует ограничивать содержание мар­ганца, способствующего растворению микролегирующих элемен­тов в твердом растворе до значений Μη < 1,0 %.
Кроме того, при снижении содержания марганца, как и в слу­чае углерода, повышается температура γ α превращения и сни­жается склонность к коагуляции карбидной фазы.
Важнейшим легирующим элементом вообще теплоустойчивых и обсуждаемых сталей является молибден. Находясь при нормаль­ной температуре в основном в твердом растворе, этот элемент по­вышает прочностные характеристики стали при температурах по­жара и ослабляет возможность сегрегирования фосфора по грани­цам зерен. В последних исследованиях установлено, что этот элемент существенно препятствует коагуляции дисперсной карбо-нитридной фазы, образуя сегрегации на поверхности дисперсной фазы и увеличивая сопротивление разупрочнению при температу­рах выше 550 °С. Считается, что при огневом температурном воз­действии полное разупрочнение описываемых сталей произойдет при выделении из твердого раствора карбидов типа (Mo, Fe)23C6.
Близким, но несколько более слабым действием обладает хром, обычно входящий вместе с молибденом в теплоустойчивые ко­тельные стали [5]. Поскольку отечественные огнестойкие стали производят на основе Халиловских руд, природнолегированных хромом и никелем, авторы при разработке этих сталей сочли по­лезным ввести в их состав до 1 % Сг.
Обсужденный химический состав наилучшим образом способ­ствует обеспечению повышенной огнестойкости стали при созда­нии в прокате рациональной микроструктуры. Наиболее опти­мальной в этом смысле можно считать субструктуру, сформиро­вавшуюся в ферритной матрице в результате развития процессов полигонизации, а также рекристаллизации на месте. Термическая устойчивость подобной субструктуры в α-Feнеоднократно описы­валась, в том числе в работах [18-20]. Прежде всего такая структу­ра формируется при термомеханической прокатке. Формирова­нию и стабилизации подобной тонкой структуры во многом спо­собствует микролегирование ниобием [19]. Другое преимущество такой структуры — большое количество мест, благоприятных для выделения дисперсных частиц при пожарном воздействии, в пер­вую очередь частиц ванадия. Поэтому за рубежом огнестойкие ста­ли чаще всего поставляются после термомеханической прокатки [19]. Подробные исследования подтвердили, что комбинация — организованные дислокационные построения, закрепленные час­тицами, наиболее эффективна при работе стали в условиях повы­шенных температур [19].
В отечественной практике толстые листы (20...40 мм) обычно поставляются после термического улучшения; в случае рассматри­ваемых сталей в прокате также формируется достаточно эффек­тивная структура по типу полигонизации и рекристаллизации на месте.
Следует напомнить, что температурные воздействия при пожа­ре воспринимают нагруженные конструкции. Здесь следует иметь в виду, что подобные воздействия при температурах ниже темпера­туры αγперехода после окончания воздействия ведут к улучше­нию механических свойств (отпуск под нагрузкой [15]) вследствие развития релаксационных процессов в зонах концентрации напря­жений.