Меню

Группа качества стали z35

Низколегированные стали с высокими z -свойствами

Снижение механических свойств по толщине проката вызвано скоплениями неметаллических включений значительной протяженности.

Необходимость повышения эксплуатационных свойств проката по толщине особенно актуальна при использовании в конструкциях листов толщиной свыше 20 мм.

В работах исследована анизотропия механических свойств в сталях обычной чистоты. Оценка механических свойств образцов, вырезанных поперек проката (стандартное направление), и образцов, вырезанных в направлении толщины листа (z-направление), показала их существенное различие.

Аналогичные результаты получены в многочисленных отечественных и зарубежных работах, выполненных в большом объеме в 70-х гг. и обобщенных, например, в трудах ЦНИИСК им В. А. Кучеренко. Низкие свойства толстых листов в z-направлении могут привести к отказам при изготовлении и эксплуатации сварных конструкций, прежде всего при воздействии нагрузок по толщине проката: во фланцевых соединениях, в узлах примыкания балок к колоннам, монтажных «рыбках» и целом ряде других. Наконец, при сварке толстых листов из-за низких z-свойств могут возникать трещины под влиянием действующих по толщине остаточных растягивающих напряжений, поскольку они соизмеримы с пределом текучести. В результате разрушения металла при растягивающих нагрузках в z-направлении образуется характерный излом, подробно описанный в литературе, в том числе в работах. Морфология такого излома резко отличается от излома «чашечкой», получающегося при испытаниях образца, вырезанного в стандартном направлении.

Аналогичные разрушения сварных соединений классифицируются как ламиллярные трещины или слоистое растрескивание. В некоторых работах отмечается, что слоистое растрескивание является основным дефектом сварных современных конструкций. Слоистое разрушение развивается с малой энергоемкостью по микровязкому «ямочному» механизму.

При электронномикроскопическом анализе на дне неглубоких ямок хорошо видны неметаллические включения, в первую очередь сульфиды марганца.

Причиной снижения свойств в z-направлении и слоистого разрушения на микроструктурном уровне является действие неметаллических включений, в первую очередь строчечных сульфидов, строчечных и точечных оксидов, а также силикатов. Крайним случаем снижения z-свойств толстых листов является расслой, вызванный, главным образом, скоплением крупных хрупких силикатов. Разумеется, неметаллические включения влияют не только на свойства в z-направлении. По мере снижения содержания серы протяженность и количество сульфидов уменьшается.

Проблема повышения чистоты стали на современном этапе решается с использованием ковшовой металлургии или Специальных агрегатов. Такое производство налажено на ряде отечественных металлургических комбинатах, где проводится десульфурация в ковше с помощью синтетических шлаков, продувка синтетическими порошками, вакуумирование стали, продувка аргоном, обеспечивающая удаление газов и перемешивание стали.

Особо эффективным является десульфурация синтетическими шлаками, имеющими обычно следующий состав: около 50—55% СаО; менее 7% MgO; 37-43 % Аl203; менее 7% SiO2, — и температуру плавления 1300-1400° С. Рафинирование стали дает хорошие результаты при комплексном использовании синтетических шлаков, вдувании в ковш порошкообразных соединений кальция, а также обработке металла в ковше силикокальцием, ферросилицием, ферротитаном. Комплексное рафинирование и модифицирование неметаллических включений, проводимое на комбинате «Азовсталь» имеет, высокую эффективность.

Комплексное рафинирование особенно эффективно при обработке металла в ковше редкоземельными элементами, так как в этом случае особенно активно происходит глобулирование неметаллических включений.

Весьма перспективным способом уменьшения расслоения стали является применяемое на металлургическом комбинате «Азовсталь» вакуумирование металла в комплексе с понижением содержания кремния и продувкой аргоном. При этом резко снижается содержание крупных хрупких включений в осевой зоне листа.

При исследовании влияния вышеуказанных факторов на комбинате «Азовсталь» кремнемарганцовистую сталь С345 (ГОСТ 27772-88) подвергали различной обработке. В одной плавке было снижено содержание кремния с 0,60 % до 0,35 %, одну плавку вакуумировали. Все три плавки обрабатывали соединениями кальция и продували аргоном. Как показало исследование сплошности проката методом УЗК, вакуумирование является высокоэффективной операцией по устранению несплошности стали, в то время как снижение содержания кремния не дало ощутимых результатов. Таким образом, в результате применения новых металлургических технологических операций можно значительно улучшить эксплуатационные свойства толстого проката и в особенности повысить z-свойства стали. Кроме того, комплексное рафинирование в значительной степени устраняет появление в прокате расслоя металла в виде несплошностей.

Читайте также:  Сталь р9м3 что такое

В основе ГОСТ 28870-90, так же как и международного стандарта ISO 7773 «Стальной лист с заданными характеристиками по толщине», лежит нормирование требований по критерию ψz (сужение в z-направлении), оцененному при испытаниях цилиндрических образцов, вырезанных в z-направлении.

Теперь, после введения в действие отечественного стандарта, можно заказывать листовой прокат трех групп качества.

Таким образом, применение процессов десульфации и модифицирования неметаллических включений позволяет получить высокие z-свойства у толстых листов из сталей повышенной и высокой прочности, а вакуумирование металла снижает количество расслоев в прокатке.

Источник

Предисловие

1 РАЗРАБОТАН ЗАО «Центральный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский и проектный институт строительных металлоконструкций им. Н.П. Мельникова» ЗАО «ЦНИИПСК им. Мельникова»

2 ВНЕСЕН отделом главных специалистов (ОГС)

3 ПРИНЯТ на Научно-техническом Совете ЗАО «ЦНИИПСК им. Мельникова» от 27 сентября 2007 г. № 4

5 Разработка, согласование, утверждение, обновление (изменение или пересмотр) и отмена настоящего стандарта производится ЗАО «ЦНИИПСК им. Мельникова»

Введение

Настоящий стандарт разработан в соответствии с Федеральным законом «О техническом регулировании» № 184-ФЗ и предназначен для организаций, разрабатывающих проектную и технологическую документацию по проектированию, изготовлению и монтажу сварных конструкций производственных зданий и сооружений.

Основанием для разработки стандарта явилась проблема слоистого разрушения, часто возникающая при возведении сварных стальных конструкций, особенно при использовании низколегированной стали. Слоистые трещины образуются в элементах из горячекатаного листового проката под воздействием сварочных напряжений и деформаций. В зарубежной научно-технической литературе многочисленные примеры образования слоистых трещин приводятся с конца 60-х годов XX столетия. В период с 1980 г. такие дефекты в значительном количестве были обнаружены также в стальных конструкциях, сооружаемых по отечественным проектам.

Образование слоистых трещин связано с большой анизотропией пластичности рядового листового проката. Анизотропия выражается в понижении характеристик пластичности (относительного сужения y , относительного удлинения d ) при переходе от испытания в продольном направлении к испытанию в поперечном направлении и в резком снижении этих характеристик при испытании в направлении толщины ( z -направлении). Главной причиной анизотропии пластичности является присутствие в стали в большом количестве микроскопических сернистых и кислородных неметаллических включений. Горячая прокатка выстраивает эти включения плоскими группами, параллельными поверхности проката. Уже при малой пластической деформации растяжения в z -направлении вдоль плоских скоплений неметаллических включений, из-за их слабого сцепления с металлом, возникают небольшие трещины, которые, сливаясь, образуют слоистое разрушение.

В жестких сварных соединениях для образования слоистых трещин оказываются достаточными пластические деформации в направлении толщины проката, вызванные усадкой швов, а также сварочными термическими напряжениями. Наиболее часто слоистые трещины образуются в соединениях угловой, тавровой и крестообразной формы из листов толщиной более 25 мм, реже — в стыковых соединениях. В сварном соединении слоистые трещины появляются вблизи границы плавления шва в зоне его термического влияния или недалеко от нее. В поперечном сечении соединений слоистые трещины имеют характерное ступенчатое строение, в котором преобладают плоские участки, параллельные поверхности проката.

Опасность образования слоистых трещин увеличивается присутствующим в сварном соединении диффузионным водородом. Он попадает в металл шва при сварке в основном из окружающей среды, сварочных материалов и находящихся на поверхности деталей ржавчины и загрязнений. Водород способствует замедленному разрушению. Наблюдаемое самопроизвольное образование трещин, продолжающееся в течение нескольких часов и даже суток после окончания сварки, связывают с диффузией водорода.

Слоистые трещины являются дефектами сварных соединений, создающими наибольшие трудности. Располагаясь параллельно плоскости проката, они часто не выходят на его поверхность и, оставаясь необнаруженными, предопределяют опасность последующего хрупкого или циклического разрушения. Особенно опасны слоистые трещины в соединениях и узлах, передающих растяжение и (или) изгиб, действующие в конструкциях, в направлении толщины проката (узлы примыкания ригелей и ферм к колоннам в рамных конструкциях, узлы присоединения консолей подкрановых балок к колоннам, узлы крепления стержней решетки к поясам в конструкциях глубоководных опор морских стационарных платформ и др.).

Читайте также:  Класс прочности к38 какая сталь

Ущерб, причиняемый слоистыми трещинами, весьма велик. Во многом он обусловлен большим объемом поражаемого металла. Устранение слоистых трещин — дорогостоящее и часто неосуществимое мероприятие, что приводит к необходимости замены уже изготовленных и даже смонтированных конструкций.

В современной металлургической технологии изготовления стали разработаны способы уменьшения анизотропии пластичности листового проката. Они включают ограничение содержания серы уровнем не более 0,005-0,010% и специальную обработку жидкой стали, изменяющую состав, форму, размеры и распределение неметаллических включений. Пластичность проката в z -направлении при этом резко увеличивается. Разработаны технические условия на поставку и освоено примышленное производство проката строительных сталей с гарантированной величиной относительного сужения y z при испытании на растяжение в направлении толщины.

Снижение вероятности слоистого разрушения сварных соединений и узлов может быть достигнуто также применением специальных приемов их конструирования и направленным изменением технологических процессов сварки. Положительное действие этих мероприятий обусловлено снижением сварочных деформаций и напряжений, действующих в направлении толщины, повышением равномерности их распределения, уменьшением жесткости соединений при изготовлении и монтаже, уменьшением начального содержания водорода в металле швов.

В настоящее время в практике отечественных строительных стальных конструкций отсутствуют нормы регулирования сопротивления слоистому разрушению. Предлагаемый стандарт является первой попыткой устранить этот пробел. Стандарт регламентирует правила выбора материала конструкций, формы соединений, технологии сварки, методов контроля, снижающих или исключающих вероятность образования слоистых трещин.

При разработке стандарта учтены накопленный производственный опыт и результаты многих зарубежных и отечественных исследований (в том числе проведенных в ЦНИИПСК им. Мельникова).

Стандарт может применяться организациями, выполняющими работы в области, установленной стандартом, если эти организации имеют сертификаты соответствия, выданные Органом по сертификации в системе добровольной сертификации, созданной организациями-разработчиками стандарта. Организация-разработчик не несет никакой ответственности за использование данного стандарта организациями, не имеющими сертификатов соответствия.

При разработке настоящего стандарта использованы нормативные документы, регламентирующие требования к стальному прокату и сварным соединениям на настоящий момент в части проектирования, изготовления и монтажа стальных строительных конструкций.

СЛОИСТОЕ РАЗРУШЕНИЕ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ СТРОИТЕЛЬНЫХ СТАЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Требования при проектировании, изготовлении и монтаже

Утвержден и введен в действие Приказом ЗАО «ЦНИИПСК им. Мельникова» от 27 сентября 2007 г. № 237

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает требования и рекомендации по выбору качества листового проката, формы соединений и технологии сварки, препятствующих образованию слоистых трещин. Стандарт предназначен для использования при проектировании, изготовлении и монтаже сварных строительных конструкций зданий и сооружений.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие нормативные документы:

ГОСТ 380-94 Сталь углеродистая обыкновенного качества. Марки

ГОСТ 5520-79 Прокат листовой из углеродистой, низколегированной и легированной стали для котлов и сосудов, работающих под давлением. Технические условия

ГОСТ 9467-75* Электроды покрытые металлические для ручной дуговой сварки конструкционных и теплоустойчивых сталей. Типы

ГОСТ 14637-89 Прокат толстолистовой из углеродистой стали обыкновенного качества. Технические условия

ГОСТ 19281-89 Прокат из стали повышенной прочности. Общие технические условия

ГОСТ 22727-88 Прокат листовой. Методы ультразвукового контроля

ГОСТ 23338-91 Сварка металлов. Методы определения содержания диффузионного водорода в наплавленном металле и металле шва

ГОСТ 27772-88 Прокат для строительных стальных конструкций. Общие технические условия

ГОСТ 28870-90 Сталь. Методы испытаний на растяжение толстолистового проката в направлении толщины

СНиП II -23-81* Стальные конструкции. Нормы проектирования

СНиП 3.03.01-87 Несущие и ограждающие конструкции

СП 53-101-98 Изготовление и контроль качества стальных строительных конструкций

СП 53-102-2004 Общие правила проектирования стальных конструкций

ТУ 14-1-3602-83 Профили стальные фасонные горячепрессованные

ТУ 14-1-4329-87 Прокат толстолистовой из стали марок 09Г2С и 12ХГДАФ для сварных металлоконструкций морских стационарных платформ

ТУ 14-1-4431-88 Листы толстые и плиты с нормируемыми характеристиками механических свойств по сечению в направлении толщины

ТУ 14-1-5120-92 с Изменением № 6 Прокат толстолистовой высокого качества для мостостроения из низколегированной стали

Читайте также:  Садж из вороненой стали подготовка

ТУ 14-104-146-94 Прокат листовой из низколегированной стали марки 09Г2-У

ТУ 14-104-167-97 Прокат листовой из легированной стали марки 12ГН2МФАЮ-У (ВС-1-У)

ТУ 14-1-5507-2005 Прокат толстолистовой из низколегированной стали марок 16Г2АФ-Ш и 16Г2АФД-Ш для сварных конструкций

ТУ 5.961-11679-2005 Прокат толстолистовой свариваемый из стали нормальной, повышенной и высокой прочности

ТУ У 27.1-26416904-150:2005 Прокат листовой свариваемый из качественной стали классов прочности 355-590 для машиностроения

Рекомендации по расчету, проектированию, изготовлению и монтажу фланцевых соединений стальных строительных конструкций. ЦБНТИ Минмонтажспецстроя СССР, 1989, 52 с.

3 Основные положения

3.1 Для повышения сопротивления слоистому разрушению стандартом предусмотрены три группы мероприятий, представляющих:

— выбор листового проката строительной стали необходимого качества;

— выбор оптимальной формы соединений и узлов;

— выбор технологических процессов сварки и методов дефектоскопического контроля при изготовлении и монтаже конструкций.

Повышают сопротивление слоистому разрушению мероприятия каждой из этих групп. Однако оптимальные результаты достигаются при их комплексном использовании.

4 Выбор листового проката

4.1 При выборе листового проката для элементов конструкций с жесткими сварными соединениями, особенно передающими растяжение и (или) изгиб в направлении толщины, для которых существует опасность образования слоистых трещин, следует руководствоваться требованиями главы СНиП II -23-81* и СП 53-102-2004 для данной группы конструкций с учетом температур эксплуатации, требованиями ГОСТ 27772, а также дополнительными требованиями настоящего стандарта. Эти дополнительные требования предусматривают гарантию механических свойств в направлении толщины и гарантию ограничения нарушений сплошности.

4.2 Листовой прокат стали с гарантированными механическими свойствами в направлении толщины согласно ГОСТ 28870 по уровню относительного сужения y z при испытании на растяжение в направлении толщины делится на три группы качества, имеющих обозначение Z 15, Z 25 и Z 35. Требования к величине y z для каждой группы качества приведены в таблице 4.1.

Относительное сужение y z , % не менее

среднее значение по результатам испытаний трех образцов

отдельное значение (из трех)

рекомендуемая область применения

Угловые и тавровые соединения с небольшой жесткостью, фланцы болтовых соединений

Умеренно жесткие тавровые и крестообразные соединения

При выборе группы качества проката стали по таблице 4.1 требуемый уровень y z рекомендуется ориентировочно оценивать величиной суммарного «фактора риска» y z н. Он определяется сложением отдельных составляющих, обусловленных влиянием следующих основных условий: формы соединения и расположения в нем сварных швов — y z ф, толщины листа — y z т, габаритных размеров шва — y z ш, степени жесткости соединения — y z ж, технологии сварки — y z с по формуле

Значения отдельных составляющих суммарного фактора риска для разных соединений даны в таблице 4.2. В этой таблице значения составляющих, повышающих сопротивление слоистому разрушению, указаны со знаком «-», значения составляющих противоположного действия даны со знаком «+». Эти знаки следует соблюдать при определении суммарного фактора риска по приведенной формуле.

Группа качества проката выбирается на основании условия y z н £ y z , где y z — среднее значение относительного сужения по таблице 4.1.

4.3 Для листового проката с гарантированным ограничением нарушений сплошности согласно ГОСТ 22727 установлено пять классов сплошности. Показатели сплошности, определяемые методами ультразвукового контроля, для каждого класса приведены в таблице 4.3. В этой таблице символом S 1 обозначена минимальная учитываемая площадь несплошности (дефекта), S 2 — максимальная допустимая площадь несплошности, S 3 — условная площадь максимально допустимой зоны несплошностей, S — относительная условная площадь несплошностей, L — максимально допустимая условная протяженность несплошностей.

Выбор класса сплошности в каждом конкретном случае производится с учетом влияния максимальной величины допускаемых дефектов на прочность проектируемых соединений и узлов. Источниками необходимых данных могут служить опыт эксплуатации, расчеты на прочность с использованием прикладной механики разрушения, эксперименты по моделированию. Для соединения и узлов, подвергающихся циклическому нагружению, максимальную величину допускаемых дефектов следует выбирать с учетом их возможного подрастания до размеров, которые в течение всего ресурса не должны превышать размеры, являющиеся критическими при однократном нагружении.

Форма соединения и расположения сварного шва

Без напряжений в направлении Z

Источник

Adblock
detector