ГЛАВА XIV. КОНСТРУКЦИОННЫЕ СТАЛИ И СПЛАВЫ

Конструкционными называются стали, предназначенные для изготовления деталей машин (машиностроительные стали), конструкций и сооружений (строительные стали). К конструкционным сталям относятся и стали со специальными свойствами — износостойкие, пружинные, коррозионно-стойкие, жаростойкие, жаропрочные и др.

Детали современных машин и конструкций работают в условиях высоких динамических нагрузок, больших концентраций напряжений и низких температур. Все это способствует хрупкому разрушению и снижает надежность работы машин.

Конструкционные стали должны обладать высоким пределом текучести являющимся основной характеристикой при расчетах деталей машин и конструкций, в сочетании с высокой пластичностью сопротивлением хрупкому разрушению и низким порогом хладноломкости Долговечность работы изделия зависит от, сопротивления усталости износу и коррозии. Все это определяет конструктивную прочность стали.

Повышение прочности стали достигается твердорастворным (), дислокационным дисперсионным зернограничным и субструктурным упрочнением, получаемым путем термической, термомеханической, химико-термической и деформационной обработок, а также подбором состава стали. В табл. 4 показано, за счет каких механизмов происходит повышение прочности низкоуглеродистых строительных сталей с ферритно-перлитной структурой и машиностроительных сталей после закалки на мартенсит и отпуска. В таблице даны расчетные формулы для оценки вклада в упрочнение различных механизмов. Величина определяется суммарным вкладом каждого механизма упрочнения:

где

В ферритно-перлитных низкоуглеродиетых сталях повышение в основном обязано упрочнению феррита за счет а роль перлитной составляющей дислокационного упрочнения сравнительно не велика. В сталях, закаленных на мартенсит, роль дислокационного упрочнения и растворенного в мартенсите углерода велика. Предел текучести стали колеблется в широких пределах (от 2 до и выше).

Повышение прочности обычно сопровождается понижением пластичности вязкости и повышением порога хладноломкости Только измельчение зерна аустенита, вызывая повышение понижает порог хладноломкости (см. рис. 80), увеличивая температурный запас вязкости. Поэтому конструкционные стали должны быть мелкозернистыми. Мелкое зерно в значительной степени компенсирует отрицательное влияние других видое упрочнения на температурный порог хладноломкости.

(кликните для просмотра скана)

Конструкционная сталь должна иметь хорошие технологические свойства: хорошо обрабатываться давлением (прокатка, ковка, штамповка и т. д.) и резанием, не образовывать шлифовочных трещин, обладать высокой прокаливаемостью и малой склонностью к обезуглероживанию, деформациям и трещинообразованию при закалке и т. д. Строительные конструкционные стали должны хорошо свариваться всеми видами сварки.

Стали выплавляют в мартеновских печах, электропечах, а также в конверторах с продувкой кислородом сверху. К потребителю стали поставляют в виде заготовок и сортовой горячекатаной, калиброванной и шлифованной стали (листы, полосы, фасонные профили и др.).

Стали, применяемые в строительстве, поступают без термической обработки или после термоупрочнения с прокатного нагрева (см. с. 257); термической обработке у потребителя эти стали не подвергаются. Стали на машиностроительные предприятия поставляются металлургическими заводами без термической обработки, после отжига или высокого отпуска. На машиностроительных заводах детали машин проходят термическую обработку для получения заданных свойств. Нередко их подвергают на металлургических заводах рафинированию жидким синтетическим шлаком (Ш) в ковше, а также электрошлаковым переплавом (ЭШ). В некоторых случаях проводятся вакуумно-дуговой переплав (ВД) и выплавка в вакуумных индукционных печах (ВИ). Использование этих методов рафинирования стали снижает загрязненность ее неметаллическими включениями (оксидами, сульфидами, силикатными включениями и т..д.), вредными примесями и газами, уменьшает количество дефектов (волосовины и пористость).

Повышение чистоты металла обеспечивает получение более высокой конструктивной прочности стали, главным образом благодаря увеличению работы развития трещины КСТ и трещиностойкости Однако порог хладноломкости, определяемый по виду излома, в результате применения новых методов рафинирования изменяется мало. Прочность и пластичность после переплавов практически не меняются, но уменьшение неметаллических включений и их глобуляризация снижают анизотропию свойств пластичности и вязкости. При выборе режима термической обработки следует иметь в виду, что уменьшение содержания в приграничных объемах зерна примесей и неметаллических включений повышает склонность стали, полученной и к росту зерна аустенита при нагреве. Нередко стали поставляют с регламентированными прокаливаемостью, величиной зерна, долей вязкой составляющей в изломе, ударной вязкостью при — 60 °С и т. д.