.

Розробка теоретичних основ ресурсозберігаючих технологій зміцнюючих обробок конструкційних сталей для будівельних металевих конструкцій: Автореф. дис.

Язык: украинский
Формат: реферат
Тип документа: Word Doc
0 5319
Скачать документ

ПРИДНІПРОВСЬКА ДЕРЖАВНА АКАДЕМІЯ
БУДІВНИЦТВА ТА АРХІТЕКТУРИ

РИЧАГОВ Василь Миколайович

УДК 669.15/018-661.785-194.3

РОЗРОБКА ТЕОРЕТИЧНИХ ОСНОВ РЕСУРСОЗБЕРІГАЮЧИХ
ТЕХНОЛОГІЙ ЗМІЦНЮЮЧИХ ОБРОБОК КОНСТРУКЦІЙНИХ
СТАЛЕЙ ДЛЯ БУДІВЕЛЬНИХ МЕТАЛЕВИХ КОНСТРУКЦІЙ

05.02.01 – Матеріалознавство

Автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня
доктора технічних наук

Дніпропетровськ – 1999

Дисертацією є рукопис.
Робота виконана в Придніпровській державній академії будівництва та архітектури (Міністерство освіти України)

Науковий консультант: доктор технічних наук, професор, Заслужений діяч науки і техніки України БОЛЬШАКОВ Володимир Іванович, зав. Кафедрою технології металів ПДАБА, м. Дніпропетровськ
Офіційні опоненти:
Доктор технічних наук, професор, Заслужений діяч науки і техніки України ШАПОВАЛОВА Оксана Михайлівна завiдуюча лабораторiєю Днiпропетровського Державного університету, м. Дніпропетровськ.
Доктор технічних наук, професор, Лауреат Державної премії СРСР та УРСР МЄШКОВ Юрій Якович завiдуючий вiддiлом фізики мiцностi та руйнування Iнституту металофізики НАН України ім. Г.В. Курдюмова, м. Київ.
Доктор технічних наук, професор Лауреат Державної премії УРСР ПАРУСОВ Володимир Васильйович завiдуючій відділом термічної обробки металів для машинобудування Інституту чорної металургії НАН України м.Дніпропетровськ.
Провідна організація: Державна металургійна академія України, кафедри термічної обробки металів та металознавства, м. Дніпропетровськ.
Захист відбудеться 26 березня 1999р. о 13 годині на засіданні спеціалізованої ради Д 08.085.02 по присудженню, наукового ступеня доктора технічних наук при Придніпровській державній академ ії будівництва та архітектури за адресою:
320600, м.Дніпропетровськ, вул. Чернишевського, 24-а.
З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Придніпровської державної академії будівництва та архітектури за адресою: 320600, м.Дніпропетровськ, вул. Чернишевського, 24-а.
Автореферат розісланий “___”______ __” 1999 р.

Вчений секретар спеціалізованої ради КВАША Е.М.

Актуальність теми. Проблема зниження металомісткості і створення надійних будівельних конструкцій вимагає використання сталей більш високої міцності, ніж застосовувані нині. Матеріалознавче забезпечення створення нових сталей для будівельної індустрії і резервуаробудування набуло за останні двадцять років значної актуальності у зв”язку з ростом статичних, динамічних та інших навантажень у процесі експлуатації різноманітних типів констркуцій і необхідністю збереження достатньої їх надійності і довговічності. Для цого необхідні відповідні наукові і технологічні розробки. До цього часу, наприклад, такі технологічні прийоми, як термомеханічна обробка (ТМО) різних видів стосовно до високоміцних конструкційних сталей ще дуже мало використовується. ТМО є одним з найбільш прогресивних процесів виробництва високоміцного прокату. І хоча сам метод високотемпературної термомеханічної обробки (ВТМО) вивчений давно і широко використовується у виробництві деяких видів дротової і стержневої арматури, однак глибокого розуміння природи субструктурних змін у низьковуглецевих, низько- і мікролегованих сталях масового виробництва ще не досягнуто. Актуальним завданням тут є розуміння взаємозв”язку між структурою і механічними властивостями з метою вироблення науково обгрунтованих режимів зміцнюючої обробки з точки зору підвищення ролі субструктурних факторів зміцнення в процесі ВТМО найпростіших за складом і тому найбільш економічних сталей для будівельних конструкцій. Актуальність і доцільність виконання робіт в цьому напрямку, з одного боку, визначається зростаючими потребами будівництва в прокаті з підвищеним рівнем міцності і в”язкості (низькотемпературної і в”язкості руйнування), тобто із зниженням металомісткості конструкцій, а з іншого – необхідністю впровадження нових ресурсозберігаючих технологій виробництва прокату.
Вказаний комплекс робіт спрямований на розробку нових сталей, оптимізованих за хімічним складом, структурою, властивостями і цінами, а також створення ресурсозберігаючих технологій термічного зміцнення з прокатного нагріву (ТЗПН) і ТМО, які реалізують можливості зернограничного і субструктурного механізмів зміцнення будівельних сталей при найбільш високих температурах у процесі ТМО з наступним прискореним охолодженням (ПО), що забезпечує поряд з підвищенням комплексу властивостей і економією енергоресурсів і легуючих елементів також істотне підвищення можливостей прокатних станів (на 20-40%) у порівнянні з існуючими обробками сталей для будівельних конструкцій і класичною схемою КП.
Потреби розвитку будівельної галузі і резервуаробудування в нашій країні також обумовили проведення в 1975-1998 роках інтенсивних досліджень вітчизняних вчених, причому найбільш вагомі результати були одержані вченими ІЧМ НАН України, ІЕЗ ім. Патона, ПДАБА, ЦНДІЧМ, МІСіС, ДМетАУ та ін. Великий внесок у розвиток теорії легування і мікролегування, а також розробку низьколегованих сталей підвищеної міцності зробили роботи К.Дж.Ірвіна, Ф.Б.Пікерінга, С.А.Голованенка, Д.А.Литвиненка, Л.І.Гладштейна, М.І.Гольдштейна, В.С.Іванової, В.Л.Пилюшенка, Б.С.Касаткіна, В.Ф.Мусіяченка, Ю.І.Матросова, Н.М.Фонштейн та ін. Питання структуроутворення і формування властивостей сталей в процесі гарячої деформації і різноманітних способів термічної обробки вивчені в працях В.Д.Садовського, К.Ф.Стародубова, А.П.Гуляєва, М.Л.Бернштейна, І.Г.Узлова, В.К.Бабича, І.Є.Долженкова, А.А.Баранова, С.С.Д”яченко, Л.І.Тушинського, В.І.Большакова, Ю.Я.Мєшкова, Ю.І.Матросова, О.М.Романіва, а також цілого ряду зарубіжних вчених. Напрямки досліджень і праці вчених Дніпропетровської школи металознавців під керівництвом Стародубова К.Ф. присвячені питанням формування структури і підвищенню рівня властивостей методами термічного зміцнення, в тому числі і ТЗПН, в основному маловуглецевих сталей, а професора Большакова В.І. – вивченню процесів структуроутворення і підвищення властивостей високоміцних будівельних сталей методами контрольованої прокатки (КП) і ВТМО. Але незважаючи на велику кількість досліджень по розробці і застосуванню низьколегованих сталей, питання більш повного використання потенціальних можливостей їх складу і режимів виробництва, які забезпечують потрібні рівні міцності при одночасному зниженні витрат дефіцитних легуючих елементів, не набули належного розвитку стосовно до будівельних сталей. В той же час субструктурні зміни, обумовлені ВТМО, які визначають комплекс властивостей у низьковуглецевих, низько- і мікролегованих сталях масового виробництва, вивчені недостатньо. Актуальним завданням тут є встановлення закономірностей структуроутворення при різноманітних видах деформаційно-термічної обробки (ДТО) існуючих марок Ст3, 09Г2С, 09Г2ФБ, 16Г2АФ, 15Г2ФАДпс, 14Х2ГМР і нових – 06Г2ФБ, кремніймарганцевої оптимізованого складу сталей з метою вироблення науково обгрунтованих режимів ТМО, ВТМО і ТЗПН і визначення їх впливу на рівень механічних властивостей. Вказані роботи направлені на створення ресурсозберігаючих технологій ДТО, які реалізують можливості зернограничного і субструктурного механізмів зміцнення будівельних сталей при найбільш високих температурах деформації з наступним ПО, що забезпечує поряд з підвищенням комплексу властивостей і економією енергоресурсів і легуючих елементів також і підвищення продуктивності прокатних станів (на 20-40%) у порівнянні з класичною схемою КП.
Зв”язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертація являє собою узагальнення наукових досліджень і результатів, одержаних автором при виконанні науково-дослідних робіт за замовленням Міністерств промисловості та освіти, Держкомітету з науки і технологій України, планами МК “Азовсталь” і ПДАБА (№ держреєстрації UA01003401P, UA01003402P, UA01003405P, 0194U021330, 0194U021331, 0196U018711, 0196U018717, 01890085535) в період з 1983 по 1998 рік. В роботі використані результати теоретичних і експериментальних досліджень, виконаних під керівництвом і при участі автора.
Мета і задачі дослідження. Розробка нових низько- і мікролегованих сталей оптимізованого (з позицій підвищення рівня властивостей і зниження вартості) складу і теоретичних основ створення та реалізації ресурсозберігаючих технологій ТЗПН і ТМО, які забезпечують підвищення рівня їх властивостей, і застосування в будівельних конструкціях існуючих і нових сталей різних класів міцності на основі комплексних досліджень мікроструктури і тонкої кристалічної структури, створених під час дії на метал значних деформацій у процесі гарячої прокатки, ПО і відпуску, а також виявленню основних закономірностей структуроутворення в залежності від хімічного складу і режиму обробки.
• Вибір основи легування сталей і необхідних мікролегуючих елементів для подальшого дослідження з урахуванням динаміки деформаційно-термічних процесів (ТЗПН, ТМО та ін.) і вивчення їх впливу на формуання змішаної структури, що забезпечує достатні рівні міцності і надійності матеріалів у зварних будівельних конструкціях;
• вивчення впливу різних мікролегуючих елементів на механізм зміцнення і знеміцнювання конструкційних сталей у процесі виробництва металопрокату для будівництва методом ДТО і на стадії виготовлення конструкцій з них;
• формулювання принципів оптимізованого легування і мікролегування сталей для металевих конструкцій з урахуванням закономірностей впливу легуючих елементів і параметрів ТМО на структуроутворення;
• створення на основі встановлених закономірностей структуроутворення в результаті вибору оптимальних з позицій ресурсозбереження, рівня властивостей і ціни, складів сталей і температурно-деформаційних параметрів їх обробки, що забезпечують в одному випадку формування дрібного рекристалізованого зерна аустеніту, в іншому – створення полігонізованої і фрагментованої субструктури, які гарантують одночасне підвищення механічних і технологічних властивостей, серії порівняно дешевих будівельних сталей підвищеної і високої міцності (з границею текучості від 360-440 до 600 МПа і більше), стійких в умовах значних різнорідних навантажень і впровадження їх у промислові будівельні металеві конструкції і резервуари;
• вибір на основі встановлених закономірностей структуроутворення конкретних (в залежності від потрібних властивостей: висока міцність – достатня в”язкість або високі значення в`язкості і холодостійкості – достатня міцність) оптимізованих температурно-деформаційних і часових параметрів регламентованої прокатки (РП) і ТМО з наступним прискореним охолодженням, що забезпечують підвищення міцності і тріщиностійкості досліджуваних (застосовуваних і розроблених нових складів) сталей для металоконструкцій відповідно вимагам НТД.
Робота присвячена розвитку закономірностей оптимізованого легування і мікролегування, підвищення рівнiв міцності і опору в”язкому і крихкому руйнуванню будівельних сталей, що працюють в умовах підвищенних навантажень, методами ДТО. Вона спрямована на вирішення важливої народногосподарської проблеми – створення широкого спектру нових, більш дешевих, сталей з підвищеними рівнями міцності, холодостійкості, тріщиностійкості і поліпшеної зварюваності, які забезпечують зниження на 10-25% металомісткості і підвищення надійності конструкцій. Розглянуті наукові основи і технологічні рішення виробництва низько- і мікролегованих товстолистових сталей гарантованих класів міцності від С360 до С590 і більше, реалізація яких робить значний внесок у прискорення науково-технічного прогресу, дозволяє підвищити якість прокату і знизити металомісткость будівельних конструкцій.
Наукова новизна одержаних результатів полягає в тому, що:
Розроблені низько- і мікролеговані сталі оптимізованого (з позицій підвищення рівня властивостей) складу і теоретичні основи ресурсозберігаючих технологій ДТО (ТЗПН і ТМО), які забезпечують підвищення рівнів міцності існуючих і нових сталей на основі встановлених закономірностей протікання рекристалізаційних процесів і впливу їх на формування аустенітної і кінцевої мікроструктури за рахунок комплексних досліджень тонкої кристалічної структури, дефектів кристалічних граток і їх побудов, створених під час дії на метал разових і сумарних деформацій у процесі гарячої прокатки і прискореного охолодження, а також виявлення основних закономірностей структуроутворення в залежності від хімічного складу і режиму обробки.
• Встановлені концентраційні залежності роздільного і спільного впливу вуглецю, марганцю, кремнію, ніобію і ванадію на закономірності структуроутворення, показники механічних і технологічних (міцності, в`язкості, холодостійкості, зварюваності) властивостей будівельних сталей;
• вибір концентрацій Si:Mn–1,0:1,0-1,28, які є оптимізованим співвідношенням і необхідною умовою одночасного підвищення характеристик міцності, в`язкості, холодостійкості і створення дешевих зварюваних будівельних сталей (див. патент України № 23739А) за рахунок формування оптимальної мікроструктури і субструктури;
• одержані температурні залежності зміни розміру зерен аустеніту при нагріванні і встановлені температури початку і кінця інтенсивного росту зерен всіх досліджуваних сталей в залежності від хімічного складу;
• підтверджений механізм позитивного впливу мікролегування ніобієм і ванадієм на здрібнення зерна аустеніту і, відповідно, кінцевої структури в процесі ТМО і ТМКО і підвищення міцності марганцевих і кремнемарганцевих сталей до класів С450-550 (і більше) з підвищенням холодостійкості і тріщиностійкості будівельних сталей з 0,05-0,20%С без погіршення зварюваності;
• вивчені процеси динамічної полігонізації, динамічної і статичної рекристалізації аустеніту в залежності від хімічного складу і параметрів ДТО в умовах різного ступеня завершенності процесів зміцнення і знеміцнювання досліджуваних сталей і на основі цього встановлені нові залежності між температурою і ступенем деформації, з одного боку, і параметрами структури і властивостями, з іншого;
• оптимізований базовий хімічний склад кремніймарганцевої сталі, захищений патентом України № 23739А; результати апробації, дослідно-промислових випробувань і впровадження її в будівельні конструкції і резервуари;
• встановлені залежності між температурою в інтервалі 1150-7000С і ступенем (сумарним в 35-70%) деформації, з одного боку, мінімальним розміром аустенітного зерна, кінцевою структурою і властивостями конструкційних сталей різного хімічного складу – з іншого;
• встановлені закономірності впливу на структуру і можливості керування процесами перетворення переохолодженого аустеніту в низьковуглецевих низько- і мікролегованих сталях різних систем легування за рахунок зміни параметрів обробки таких, як температури аустенітизації і деформації, ступеня разового обтиску і сумарної деформації, тривалості післядеформаційних видержок і швидкостей охолодження;
• екстремальний характер залежності між границею текучості і холодостійкостю та тріщиностійкостю будівельних сталей із змішаною структурою, одержаною при ТЗПН і ТМО з ПО. Виявлені області структурних станів, одержаних в результаті формування дрібного рекристалізованого зерна аустеніту і створення полігонізованої і фрагментованої субструктур, що зубезпечують найбільш сприятливі поєднання границі текучості і тріщиностійкості сталей;
• на основі встановлених закономірностей структуроутворення розроблені технології і технічні умови на виробництво товстолистового прокату з мікролегованих та кремніймарганцевих сталей для будівельних конструкцій і резервуарів за ресурсозберігаючими технологіями ТЗПН і ТМО і рекомендації на їх застосування;
Практична значимість роботи полягає в тому, що: Розроблено нові склади низько- і мікролегованих конструкційних сталей і способи підвищення їх механічних властивостей;
• одержані низьковуглецеві, низько- і мікролеговані конструкційні сталі різних класів міцності від С300 до С790 (після різних режимів ТЗПН і ТМО), які дозволяють здійснити ряд принципово нових конструкційних рішень і створити менш металомісткі і більш надійні будівельні конструкції;
• розроблений технологічний процес і освоєне, згідно з вимогами розроблених технічних умов ТУ 14-1-135-97, ТУ 14-1-136-97, ТУ 14-1-133-97, ТУ 14-1-134-97, на МК “Азовсталь” виробництво товстолистового прокату з кремніймарганцевих (Б-С1-Ас і Б-С2-Ас) і мікролегованих (Б-Б1-Ас і Б-Б2-Ас) сталей оптимізованого складу класів міцності С360-С550 для будівельних конструкцій і резервуарів, які задовольняють вимоги НТД;
• результати роботи використані при розробці технічних умов на виробництво листового прокату з кремніймарганцевих і мікролегованих сталей оптимізованого складу після ТМО різних класів міцності і поліпшеної зварюваності з достатніми рівнями пластичності, в`язкості, холодостійкості і тріщиностійкості;
• підготовлені рекомендації щодо застосування цих сталей в конструкціях різних груп міцності;
• наукові результати, одержані при виконанні роботи, використані в навчальних курсах “Металознавство і зварювання”, “Будівельні матеріали і конструкції”, “Фазові і структурні перетворення у зварних з”єднаннях”, які читаються у вузах Дніпропетровська: ДМетАУ і ПДАБА.
Особистий вклад здобувача в розробку наукових результатів. Основні результати дисертаційної роботи одержані автором самостійно. На основі наукових досліджень і встановлених закономірностей формування аустенітної і кінцевої структури в залежності від системи легування і параметрів ДТО в роботі розроблені і запропоновані підприємствам-виробникам і споживачам металопродукції ефективні ресурсозберігаючі технологічні режими виробництва високоміцного прокату із звичайних низьковуглецевих, низько- і мікролегованих сталей, в тому числі і з зниженим, в порівнянні з вимогами існуючих нормативних документів, вмістом вуглецю (0,05-0,07%), з підвищених класів міцності, при пластичності, в`язкості, холодостійкості і тріщиностійкості, що відповідають вимогам НТД. При проведенні досліджень, результати яких опубліковані одноособово і в співавторстві, автором дисертації здійснені планування лабораторних і промислових експериментів, аналіз і узагальнення одержаних результатів, участь у проведенні дослідів і впровадження розробок у виробництво.
Апробація роботи. Основні положення і результати роботи докладені і обговорені на міжнародних, всесоюзних і республіканських науково-технічних конференціях протягом 1990-1998 рр. (див. нижче список опублікованих матеріалів), наукових семінарів з проблем матеріалознавства і кафедр технології металів та металевих конструкцій ПДАБА.
Публікації. Зміст роботи опубліковано у 2 монографіях, 80 наукових працях, новизна і оригінальність розробок (оптимізований базовий хімічний склад кремніймарганцевої сталі підвищеної міцності і холодостійкості і поліпшеної зварюваності) захищені патентом України № 23739А.
Структура і обсяг дисертації. Дисертаційна робота викладена на 238 сторінках тексту, включає 175 рисунків і 46 таблиць, складається із вступу, семи розділів, висновків, списку літератури з 527 назв і додатків на 36 сторінках, що містять відомості про практичну реалізацію результатів роботи.
В результаті застосування протягом 1985-1998 рр. низьковуглецевої ВСт3 і низьколегованих (кремніймарганцевих і мікролегованих) сталей після термозміцнення, ТМО, РП і КП різних класів міцності в будівельних конструкціях і резервуарах досягнуто зниження маси конструкцій на 10-25%. Це дозволило одержати економічний ефект понад сорок мільйонів карбованців на підприємствах НПО “Укрстальконструкція”, в т.ч. часткова участь автора в цінах 1990 року становить чотири мільйони шістьдесят тисяч карбованців.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
У вступі обгрунтована актуальність і доцільність виконання роботи, викладені мета і задачі досліджень, визначена наукова новизна і практична значимість виконаної роботи.
У першому розділі виконано аналіз за рівнями властивостей, технологічністю і ціною матеріалів, що застосовують для виготовлення будівельних конструкцій і резервуарів. Дано короткий аналіз сучасного стану застосування і класифікації сталей для металоконструкцій, а також теорії і практики термічного зміцнення товстолистового прокату. Розглянуті перспективні ресурсозберігаючі способи (ТЗПН, КП, РП, ТМО з ПО і ВТМО), підвищення властивостей низьковуглецевих, низько- і мікролегованих сталей. Розглянуті шляхи підвищення властивостей сталей за рахунок: оптимізації хімічного складу; регулювання розмірів аустенітних зерен; створення полігонізованої і фрагментованої субструктури; використання різних механізмів зміцнення; використання ПО металопрокату. Показано, що потрібне підвищення комплексу властивостей будівельних сталей може бути досягнуте: а) легуванням і мікролегуванням; б) термічним зміцненням і ТМО; в) їх комбінуванням із застосуванням ПО. Можливості підвищення рівня властивостей будівельних сталей за рахунок легування різко обмежені у зв”язку з відсутністю достатньої кількості багатих легуючими елементами руд на території України і їх дорожнечею, а термічне зміцнення (ТЗ) і ТМО звичайних низьковуглецевих сталей недосить ефективні у зв”зку з тим, що не дозволяють одержати потрібні класи міцності при збереженні в`язкості (низькотемпературної і в`язкості руйнування) в межах, що вимагає НТД.
У вітчизняній будівельній практиці зараз застосовуються низьковуглецеві і низьколеговані сталі по БНіП 11-23-81* і ГОСТ 27772-88 в основному тільки в гарячекатаному або нормалізованому станах (табл.1). Проте рівні міцності ВСт3сп і 09Г2С, 15Г2АФДпс, 16Г2АФ та ін. сталей перестали задовольняти вимоги до сучасних будівельних конструкцій з позицій рівня властивостей, надійності і технологічності. Слід відзначити недосконалість марочного сортаменту сталей для будівельних конструкцій, яка виявляється у відсутності обгрунтованого ранжирування по класах міцності сталей, що випускаються металургійними комбінатами (МК) України, і наявністi широких неперекриваних областей на лініях рівних відношень т і в, а також недовикористанням резервів міцності при виробництві прокату низьковуглецевих і низьколегованих по БНіП 11-23-81* і ГОСТ 27772-88 будівельних сталей, що випускаються.
В останнє десятиріччя принципово нові міцні і високоміцні сталі для будівельних конструкцій і резервуарів одержані не були. Розвиток матеріалів для будівництва і проведення досліджень були, головним чином, спрямовані на оптимізацію властивостей сталей, особливо високоміцних. З метою швидшого застосування таких оптимізованих сталей для металiчних конструкцій і резервуарів слід продумати і змінити діючі зараз технічні умови і технологічні інструкції на виробництво і застосування високоміцних сталей із внесенням коректив у відповідні діючі або створити нові “Будівельні норми і правила” і ГОСТ вказаних вище матеріалів.
Сучасні напрямки досліджень у виробництві і споживанні металопрокату для різних типів будівельних конструкцій за рубежем спрямовані на виробництво і застосування високоміцних сталей з границею текучості 450-800 Н/мм2, включаючи і низьковуглецеві економно- і мікролеговані термічно зміцнені сталі. У зв”язку з цим зусилля металургійної індустрії України вже зараз повинні орієнтуватися на виробництво перспективних сталей з указаними вище рівнями міцності і їх сертифікацією за міжнародними стандартами, необхідну для продажу якісної металопродукції за кордон. Проте вказані марки низько- і мікролегованих сталей (з рівнем границі текучості 450-800 Н/мм2 і більше) не знаходять широкого застосування при виробництві металоконструкцій у зв”язку з тим, що виробники даної продукції не мають обгрунтованих температурно-деформаційних режимів ТМО листів з даних сталей в товщинах від 10-12 до 36-40 мм і більше із стабільним рівнем механічних і технологічних властивостей, без чого неможливе їх застосування. Ці сталі після КП і ТМО не сертифіковані на застосування у будівельних конструкціях, не існує нормативно-технічної документації (НТД) на застосування їх у проектуванні і виробництві конструкцій.
При розробці і впровадженні оптимізованих (по складу) сталей підвищеної і високої міцності в будівництві та інших галузях внаслідок їх високої надійності, обумовленої підвищеною в”язкістю, треба було б орієнтувати рівні їх властивостей на більш високі класи міцності. З цією метою пропонується внести зміни в інструкції і регулюючі нормативні механізми, у відповідні “Будівельні норми і правила” та ГОСТ з тим, щоб підвищити ступінь використання високоміцних сталей. Слід було б диференціювати високоміцні сталі по класах міцності С490, С520, С550, С590, С640, С690, С740, С790, С840, С890 (див. табл.1) згідно з їх границею текучості.
Аналіз БНіП 11-23-81*, ГОСТ 27772-88, ГОСТ 380-94, ГОСТ 19281-89* та цілого ряду інших нормативних документів показує на суперечності у вимогах НТД, діючіх на території України. Вони викликають цілком резонну необхідність перегляду і об”єднання їх вимог на виробництво і застосування прокату по класах міцності з позицій єдиної класифікації, наприклад: С245, С275, С305, С325, С360, С390, С420, С450, С490, С520, С550, С590, С640, С690, С740, С790, С840, С890 з метою зниження матеріаломісткості конструкцій. Проте, введення такої класифікації вимагає істотного підвищення культури виробництва металопрокату і при його споживанні в будівництві і резервуаробудуванні. Запропонована концепція класифікації сталей для будівельних конструкцій і резервуарів з урахуванням розрахункового опору і зниження металомісткості наведена в табл.1. Досить протяжний пробіл поміж С490 і С590 не перекривається, а класів вище С590 взагалі не “забезпечується” жодною із застосованих сталей в гарячекатаному або нормалізованому станах. Такі пробіли можуть бути перекриті або за рахунок додаткового легування і включення принципово нового і відмінного від відомих механізмів зміцнення сталей після КП, ВТМО, ТМО, включаючи також і РП в нижній частині - і +-області з формуванням змішаних структур (табл.2).
Показано, що одним з найбільш ефективних процесів виробництва прокату для будівництва з низьколегованих сталей є ТМО і, зокрема, КП. Проте вона поки що не застосовується у виробництві сталей для будівництва. КП має ряд цінностей і недоліків. Основні цінності: зниження кількості легуючих елементів у порівнянні з нормалізованими сталями; створення в аустеніті і фериті субструктури того чи іншого виду; високий рівень в`язкості і холодостійкості сталей після КП; відпрацьовані на МК технологічні режими виробництва ряду сталей для трубопровідного транспорту. Основні недоліки КП – неможливість реалізації на існуючому МК рядовому обладнанні; не можна підвищити рівні границі текучості вище 520-550 МПа без додаткового легування, в результаті чого:зростає вартість сталі; із збільшенням міцності знижуються її пластичність і ударна в”язкість; високий вуглецевий еквівалент, що погіршує зварюваність; застосування сумарних ступенів деформації 35-70% і більше при низьких температурах закінчення деформації 740-6800С, що збільшує навантаження на прокатне обладнання і на 20-40% знижує продуктивність станів. Показано, що без наступного ПО не вдається в повній мірі реалізувати можливості КП і ТМО у плані підвищення класів міцності будівельних сталей.
Другий розділ присвячений питанням методичного обгрунтування досліджень. Виконаний аналіз основних класів будівельних сталей (низьковуглецевих, низько- і мікролегованих) різних рівнів міцності по нахилу до перегрівання. Обрані типові і широко застосовувані представники кожного класу не дуже схильні або несхильні до перегріву і нові: мікролегована (06Г2ФБ) і кремніймарганцева сталі оптимізованого складу. Хімічний склад досліджуваних сталей наведений в табл.3.
Відомо, що матеріалом, який найчастіше застосовується для виготовлення будівельних конструкцій і резервуарів зараз, є сталь 09Г2С, до недоліків якої відносяться – підвищений вміст марганцю при недовикористанні рівнів пластичності і в`язкості, що набуває особливого значення при виробництві конструкцій, особливо у “північному” виконанні. Аналогічна за складом конструкційна сталь марки 10Г2С1 забезпечує більш високий комплекс міцнісних властивостей.Проте композиція інгредієнтів характеризується підвищеним (як і в сталі 09Г2С) вмістом марганцю, що обумовлює ріст собівартості виробництва конструкцій. Крім цього, концентрації легуючих елементів підібрані таким чином, що не забезпечують повноти використання потенційно можливих рівнів пластичних властивостей і в`язкості металевих виробів і необгрунтовано підвищують вуглецевий еквівалент і ціну сталі. У зв”язку з цим в роботі поставлене завдання вдосконалення складу низьколегованої сталі, в якій за рахунок вибору раціонального співвідношення між марганцем і кремнієм забезпечується зниження витрат на легування і підвищуються споживчі властивості металоконструкцій. Для досягнення вказаної мети в пропонованій сталі підібрано з допомогою ПЕОМ оптимізоване співвідношення концентрації марганцю і кремнію як (1,00-1,28):1,00 при визначеній масовій частці вуглецю (0,06-0,22%), кремнію (0,90-1,20%), марганцю (1,00-1,35%) і адекатності концентрації останніх компонентів їх вмісту в сталях 09Г2С і 10Г2С1. При такому співвідношенні компонентів виключається необгрунтована перевитрата дефіцитного марганцю, забезпечується приріст значень 5 і ударної в`язкості (КСU при +20, -40, -70оС) при одночасному зниженні температури Т50 і підтриманні високих значень міцності (т,в). Такий висновок зроблено на основі виконаних експериментальних плавок і прокаток з наступним порівняльним аналізом хімічного складу і механічних властивостей металопродукції. Закономірності зміни ударної в`язкості від вмісту марганцю і кремнію показали, що найбільш високі значення в`язкості виявлені у сталей, що мають саме таке співвідношення Mn/Si як (1,00-1,28):1,00. При зменшенні його

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter

Похожие документы
Обсуждение

Оставить комментарий

avatar
  Подписаться  
Уведомление о
Заказать реферат!
UkrReferat.com. Всі права захищені. 2000-2019