Упрочняющая термическая обработка строительных сталей

Строительные металлические конструкции работают в самых разнообразных условиях сложнонапряженного состояния, знакопеременных нагрузок, при низких температурах, в активных в отношении коррозии средах. Поэтому основным требованием, предъявляемым к строительным сталям, является требование высокой конструктивной прочности. Существенного повышения конструктивной прочности можно достигнуть путем термической обработки прокатных изделий из обычных низкоуглеродистых и тем более низколегированных строительных сталей.

В процессе закалки в стали формируется мартенситная структура. Характер структуры мартенсита во многом определяет его механические свойства, в частности твердость и вязкость.

Рассмотрим последовательно основные технологические операции, выполняемые при термическом упрочнении прокатных изделий.

1. Нагрев под закалку. Наиболее рационально и экономично использование для термического упрочнения тепла, остающегося в изделиях после нагрева под прокатку. В тех случаях, когда повторный нагрев неизбежен (электросварные или холодногнутые изделия), его следует проводить ускоренно, что обеспечит минимальный рост зерна аустенита.

Вторичный нагрев проката до температуры закалки (около 950°С) вызывает потери металла в окалину. В результате образования окалины на поверхности изделия ухудшаются условия охлаждения стали.

2. Охлаждение. Применение ускоренного охлаждения проката при упрочнении его с прокатного нагрева непосредственно после выхода из последней клети позволит почти полностью ликвидировать эти потери металла. В тех случаях, когда повторный нагрев неизбежен, применение скоростного нагрева может несколько уменьшить потери металла в окалину.

3. Отпуск. Процессы при отпуске протекают с большой скоростью. Поэтому основное время при отпуске затрачивается на нагрев изделий до заданной температуры; в связи с этим необходимо обеспечить быстрый нагрев при отпуске. Для изделий, в которых быстрое охлаждение не вызовет опасных остаточных напряжений, рекомендуют ускоренное охлаждение после отпуска (водой); это предотвращает возникновение отпускной хрупкости.

При проектировании агрегатов для термического упрочнения проката предусматривают печи для отпуска на случай, если после закалки с самоотпуском для некоторых сталей потребуется дополнительный отпуск.

Используется также вид обработки низколегированных сталей – контролируемая прокатка. Особенно большое значение этот вид приобрел в связи с применением малоперлитных (09Г2ФБ и др.) и Mn – Mo – Nb сталей, обладающих повышенной прочностью и достаточными пластичностью и вязкостью.

Контролируемая прокатка предусматривает в одном технологическом процессе строгую регламентацию режима деформации (степени деформации, температуры начала и особенно конца деформации) и условий охлаждения. В результате такой обработки повышаются прочностные и улучшаются вязкие свойства (ударная вязкость, порог хладноломкости).

Широко распространены три основные группы низколегированных сталей: марганцовистые стали с карбонитридным упрочнением (до 0,2 %С, до 1,5 % Мn и микродобавками до 0,1 % V и Nb вместе или раздельно); малоперлитные стали (до 0,1 % С и до 2,0 % Мn с добавками ванадия и ниобия); марганцевомолибденовые стали (до 0,08 % С, до 2,0 % Мn; до 0,1 % Nb; до 0,5 % Мо). Контролируемая прокатка является одним из немногих мероприятий, оказывающих положительное влияние на их прочностные, пластические и вязкие свойства одновременно.

Контролируемую прокатку низколегированной стали используют для получения лучшего сочетания прочностных и вязких свойств в горячекатаном состоянии. Это достигается измельчением зерна и дисперсионным упрочнением.