книги / Хладноломкость металлоконструкций и деталей машин

Для определения склонности стали к старению металл под­ вергали наклепу путем растяжения на 10% и последующему отпуску на 250° в течение часа. Механические испытания произ­ водили как в состоянии прокатки, так и после нормализации с 880°.

Для сварки использовали вертикальную стойку швеллера № 30 в виде полосы шириной 240 мм, толщиною 11,5 мм. Поло­ су разрезали на пластины, которые затем попарно сваривали в катаном и нормализованном состоянии.

В поперечных разрезах сварной шов выглядит двумя перек­ рывающимися валиками: первый шов — основной, второй — подварочный.

Сварка выполнялась автоматическая, под слоем флюса ОСЦ-45, электродной проволокой марки Св08А (ГОСТ 2246—60) по режиму, рекомендуемому для МСт. 3, не содержащей мышьяка.

Химический состав исследованных плавок основного метал­

Химический состав металла сварного шва отличается от ос­ новного: марганец и кремний в нем повышается в 1,5—2,0 ра­ за, углерод и мышьяк снижаются в 1,5—2,0 раза, несколько сни­ жаются сера и фосфор.

По длине раската слитка в основном металле четко прояв­ ляется ликвация примесей. Наблюдается непрерывное повыше­ ние содержаний углерода, серы, фосфора и мышьяка при пере­ ходе от донной части раската слитка к средней и от средней к го­ ловной, причем в кипящей стали ликвация выражена резче, особенно по сере и мышьяку.

Различие между головной и донной частями и в спокойной н в кипящей стали по углероду составляет 0,01—0,02%, по фос­

В металле сварного шва ликвация по длине раската являет­ ся отражением ликвации в основном металле, что говорит о пос­ тоянстве режима сварки. Макроструктура основного и наплав­ ленного металла нормальная. Влияние мышьяка на макрострук­ туру не обнаруживается. Зона термического влияния составляет 4—5 мм.

Микроструктура швеллеров представляет собой ферритопер­ литную смесь с преобладанием зерен феррита, величина дейст­ вительного зерна которого во всех плавках одинакова (баллы—

7- 8 ).

Увсех швеллеров наблюдается ферритная полосчатость, более резко выраженная у головного швеллера и слабо у дон­ ного.

Микроструктура металла шва крупнозернистая, имеет ден­ дритное строение.

Испытание на растяжение на гагаринских образцах показа­

Наблюдается закономерное изменение механических свойств по длине раската слитка: при переходе от головной части раска­ та к донной прочностные свойства понижаются, пластические повышаются.

Увеличение содержания углерода и мышьяка приводит к повышению прочностных и снижению пластических свойств. Так, при равном содержании мышьяка повышение содержания углерода на 0,01 % увеличивает и в спокойной и в кипящей стали

свойства металла шва примерно такие же, а пластические свой­ ства выше, чем в основном металле.

Предел прочности плоских сварных образцов с усилением и без усиления шва примерно одинаков. Различие в большинстве случаев составляет менее 1,0 кгс/мм3.

При усилении шва разрыв происходит по основному металлу (на расстоянии 70— 100 мм от шва;. Со снятием усиления шва

Температура, °С-

Рис. 1. Изменение ударной вязкости спокойной стали марки Сг 3 в зависимос­ ти от содержания мышьяка до и после старения:

а — для головной части раската слитка; 6 — для донн

70% сварных образцов разорвались по шву. Прочностные ха­ рактеристики (пределы прочности и текучести) поперек про­ катки несколько выше, а пластические (удлинение, сжатие)- немного ниже, чем вдоль прокатки, но различие незна­ чительно.

Изучение ударной вязкости основного металла в состоянии после прокатки (рис. 1, пунктирные кривые) показало, что металл плавок спокойной стали с содержанием 0,14% Аз имел достаточ­ но высокую ударную вязкость, при + 2 0 ° — от 11,4 до 21,2 кгс • м/см2\ практически 'такой же — от 12,2 до 20,9 кгс-м1см2— оказалась при -Н 20° и ударная вязкость стали с повышенным, содержанием мышьяка (0,17 и 0,26%). Наблюдается закономер-

Температура, °С

Рис. 2. Ударная вязкость образцов из швеллера № 30 спокойной стали Ст. 3 после прокатки и после нормализации.

Содержание углерода 0,19%, мышьяка 0,17%.

ное изменение ударной вязкости по длине раската слитка при всех температурах испытания после прокатки, а также и после нормализации. Более высокие значения ударной вязкости имели образцы из донной части раската и ниже — из головной части (см. рис. 1).

Нормализация оказала положительное действие на ударную вязкость основного металла, значения которой повысились по сравнению с состоянием после прокатки (рис. 2).

Результаты испытаний при отрицательных температурах (табл. 2) показали, что увеличение содержания мышьяка до 0,26% не ухудшает ударной вязкости стали, наоборот, повышает, если в стали марки Ст. 3 с содержанием мышьяка 0,14% ударная вязкость при —40° снижается до 1,8—6,3 кгс м/см2, а при —60° еще ниже, в отдельных случаях до 1,1, то у плавок этой марки с содержанием 0,17—0,26% А$ ударная вязкость при темпера­

Температура,°С

Рис. 3. Ударная вязкость образцов нз швеллера Мг 30 кипящей стали марки Ст. Зкп до и после старения.

При отрицательных температурах ударная вязкость резко снижается (рис. 3). Порог хладноломкости этой стали находит­

надрезом по оси шва и на различном расстоянии от нее. Образцы с надрезом по оси шва и на

расстоянии 5 мм от нее характеризуют ударную вязкость металла шва; с надрезом на расстоянии 10 и 12 мм — ударную вязкость зоны термического влияния, остальные образцы — вязкость

2.По длине раската слитка в основном металле и в металле шва проявляется ликвация примесей: головная и, в меньшей сте­ пени, средняя часть раската слитка обогащены серой, фосфором, углеродом и мышьяком.

3.Механические свойства по длине раската слитка неодно­ родны: при переходе от донной части слитка к головной проч­ ностные свойства повышаются, пластические свойства и удар­ ная вязкость понижаются.

4.Увеличение содержания мышьяка от 0,14 до 0,26% повы­

шает в основном металле и металле шва стали Ст. 3 прочностные характеристики (аь и о? ), а также ударную вязкость.

5. Мышьяк уменьшает склонность стали к хрупкому разру­ шению и понижает порог хладноломкости в основном металле и в сварном соединении. Порог хладноломкости стали Ст. 3 с содержанием мышьяка 0,14% находится в пределах —40— 60°; с содержанием мышьяка 0,17 и 0,26%) — порог хладнолом­ кости находится ниже —60° Порог хладноломкости металла шва спокойной стали Ст. 3 находится ниже —40°, кипящей ста­ ли Ст. 3 составляет —40°. В сварном шве безмышьяковистой стали порог хладноломкости лежит в пределах 30 40 (по литературным данным).

6. Мышьяк (до 0,26%) снижает склонность основного метал­ ла и сварного соединения стали Ст. 3 и Ст. Зкп к механическому старению.

Л И Т Е Р А Т У Р А

1. Д. С. К а з а р н о в с к и й , Т. М. Р а в и ц к а я, М. А. Г е р ш- г о р н, А. М. Р а д е е в а. Совместное влияние мышьяка и фосфора на свойства рельсовой стали. — Докл. на Укр. респ. совещ. по расшифровке использования металла из руд Керченского месторождения, 1961.

2.М. И. К у р м а и о в. Доклады на совещании по Керченской металлур­ гии. Металлургиздат, 1958, стр. 452—453.

3.Б. С. К а с а т к и н . Доклады на совещании по Керченской металлургии. Металлургиздат, 1958.

4. А. С. А с т а ф ь е в . Сталь, 1957, № 2.

5.Металловедение и термическая обработка металлов, т. II. Справочник. Под ред. Н. Т. Гудцова. Металлургиздат, 1962.