книги из ГПНТБ / Жербин М.М. Высокопрочные строительные стали (характеристики, область применения, расчет и проектирование)

П р о д о л ж е н и е т а б л . II. 16

Франция

вязкостью. Получению стабильной бейнитной структуры способ­ ствует наличие в стали 0,5% молибдена и 0,001—0,004% бора.

Японские термически упрочненные'стали, количество марок ко­ торых достаточно велико (около 28) в соответствии со стандар­ том W.E.S.135, разработанным в 1966 г. в зависимости от предела текучести делятся на девять классов и обозначаются индексом Н. W, High Strength Weldable Steel — высокопрочная сваривае­ мая сталь) и числом, соответствующим пределу текучести стали. Некоторые характеристики сталей указанных классов даны в табл. II. 18.

Особый интерес представляет японская сталь WEL-TEN-100N с пределом текучести 90—100 кг/мм2. Указанная сталь получена по специальной технологии изготовления, при которой обеспечи­ вается в стали образование субмикроскопических включений нитридов алюминия и титана. Плавится такая сталь обычно в мартеновских или электропечах емкостью 70 или 30 т. Азот и нитридообразующие добавки вводятся в ванну печи, где осуще­ ствляется взбалтывание по специально разработанному способу. Этот метод выплавки стали назван процессом «IN» (ай-н) и за­ патентован японской фирмой «Исикавазима-Харима» [И]. Ука­ занным методом в Японии выплавляются несколько марок сталей, превосходящих по своим механическим свойствам стали анало­ гичного химического состава, но выплавленные обычными спо­ собами. Вследствие своих преимуществ стали «IN» широко при­ меняются в сварных конструкциях. Положительным, например, является то, что зона «крупного зерна», возникающая при свар-

50

ке, практически отсутствует, т. е. отсутствует причина охрупчива­ ния сталей. Стали «IN» значительно менее чувствительны к ста­ рению после механической деформации и т. д.

Весьма интересны фактические механические свойства листо­ вой стали WEL-TEN-100N [11]. Помимо очень "высоких прочност­ ных показателей следует отметить »весьма низкую критическую температуру хрупкости Т кР2,о, т. е. температуру, соответствую­ щую значению ударной вязкости, равному 2,0 кем/см2, а также и Т к р .и з . (по характеру излома). Указанные стали до температу­ ры — 50—80°С сохраняют высокую сопротивляемость хрупкому разрушению (табл. II. 19).

Стали, выплавляемые по способу «IN», применяются по япон­ ской лицензии и в отдельных странах Западной Европы.

Термические упрочненные стали изготавливаются также в Ита­ лии, Франции, ФРГ, Польше. В Швеции применяются англий­ ские стали Фортивелд.

§10. Особенности сварки высокопрочных сталей

исварочные материалы

Сварка металлических конструкций из сталей высокой проч­ ности может осуществляться следующими основными способами: вручную, покрытыми электродами; автоматами — под слоем флю­ са; полуавтоматами под слоем флюса; полуавтоматами в среде углекислого газа.

В каждом случае рекомендуется уточнение, сварочных мате­ риалов в зависимости от свариваемых марок высокопрочных сталей [11]. В общем виде в зависимости от классов сталей ре­ комендуется применять следующие сварочные материалы.

При ручной сварке: для сталей классов С60/45 — электроды ти­ пов Э55 и Э60 по ГОСТ 9467—60; С70/60 и С85/75 — электроды марки УОНИ-13/85 или другие электроды типов Э70 и Э85 (на­ пример, АНП-2). При этом для сварки сталей с пределом теку­ чести, равным от = 60—70 кг/мм2, работающих при температуре до —70°С, можно применять стандартную электродную проволо­ ку Св-08ХН2М. Для сварки сталей с ат до 75 кг/мм2—Св-08ХМФ. При электродах АНП-2 применяется проволока Св-08А.

При автоматичекой и полуавтоматической сварке: для всех классов прочности необходим выбор стальной проволоки и флю­ сов, обеспечивающих сварной шов встык, равнопрочный с основ­ ным металлом.

Следует иметь в виду, что высококремнистые марганцевые флю­ сы АН-348-А или ОСЦ-45, обычно применяемые при автоматиче­ ской сварке горячекатаных низколегированных сталей с преде­ лом текучести до 40 кгімм2, менее пригодны для сварки терми­ чески упрочненных сталей вследствие получения более низкой ударной вязкости металла шва. Более пригодны флюсы с пони­ женным содержанием БіОг и МпО. В связи с этим для сварки

термически упрочненных сталей, с сгт = 45—-75 кг/мм2 следует ре­ комендовать флюс АН-22, а также новый, разработанный Инсти­ тутом электросварки им. Е. О. Патона АН УССР окислительный флюс АН-17М. Применение указанных флюсов в сочетании с определенными сварочными проволоками позволяет получить ме­ талл швов необходимой прочности с высоким значением удар­ ной вязкости. Для автоматической сварки сталей можно рекомен­ довать следующие сварочные проволоки с от< 50 кг/мм2: хромо-

54

молибденовые Св-10ХМ и Ов-18ХМА; с (Тт = 55 кг/мм2— хромоникельмолибденовую Св-08ХН2М; с от =60 кг/мм2— хромомо­ либденованадиевую Св-08ХМФ и Св-08ХГСМФА, хромомолибде­ нованадиевую Св-08ХГСМФА и др.

При сварке в струе углекислого газа проволоку следует подби­ рать в соответствии с классами и химсоставом свариваемой ста­ ли; углекислый газ,— отвечающий требованиям ГОСТ 8050—64. Соединения должны быть равнопрочными основному металлу.

В настоящее время для большинства из приведенных выше ма­ рок высокопрочных сталей разработаны технология сварки и сва­ рочные материалы. В табл. II. 20 для ряда высокопрочных сталей различных классов указаны рекомендуемые марки электродов, ■флюсов и сварочные проволоки.

Следует иметь в виду, что приведенные в табл. II. 20 свароч­ ные материалы не могут считаться окончательными и подлежат уточнению в каждом отдельном случае в зависимости от химиче­ ского состава сталей, толщины проката, вида сварного соедине­ ния и температуры эксплуатации конструкции.

Наиболее интересным является сварка сталей с пределом теку­ чести свыше 45—50 кг/мм2, т. е. классов прочности С60/45 и вы­ ше. В этом направлении значительный опыт был получен по сварке конструкций из сталей класса С70/60 марок 14Х2ГМР и 14ХМНДФР.

Ниже приводятся более подробные данные по технологии свар­ ки этих сталей, на примере которых и разбирается ряд особен­ ностей сварки сталей высокой прочности.

Сварочные материалы и технология сварки сталей 14Х2ГМР и 14ХМНДФР были разработаны Институтом электросварки им. Е. О. ПаТона АН УССР. Значительный практический опыт сварки различных конструкций из сталей 14Х2ГМР и 14ХМНДФР показал хорошую работу и надежность сварных со­ единений, а также их равнопрочность основному металлу [11,18].

Ручная электродуговая сварка покрытыми электродами сталей 14Х2ГМР и 14ХМНДФР осуществляется электродами АНП-2, отвечающими требованиям ГОСТ 9467—60 и типу Э-70. Изготов­ ление указанных электродов производится по техническим усло­ виям Института электросварки им. Е. О. Патона АН УССР и Киевского сварочно-электродного завода. Сварочная проволока принимается марки Св-08А по ГОСТ 2246—70.

1,8; Mo — 0,2—0,4; S<0,03; P<0,3.

Механические характеристики должны соответствовать следу­ ющим нормативам: от ^ 6 0 ; <тпч >75 кг/мм2; S5= 17; ф= 55%; а,, при температуре +20°С— 10; при —40°С — 6 и при —60°С — 4 кгм/см2.

При сварке сталей 14Х2ГМР и 14ХСНДФР с углеродистой ста--

55

56

лью марки СтЗ следует применять стандартные электроды марки УОНИ-13/45; с низколегированными сталями повышенной проч­ ности, например 09Г2, 10Г2СІ, 15ХСНД,— стандартные элект­ роды марки УОНИ-13/55А.

Полуавтоматическая сварка в среде углекиского газа. Практи­ ка показала возможность получения сварных соединений высо­ кого качества при сварке сталей 14Х2ГМР и 14ХМНДФР в среде углекислого газа. Для сварки применяется проволока марки Св-08ХН2Г2СМЮ по ГОСТ 2246—70, изготавливаемая Волго­ градским стадепроволочноканатным заводом.

Химический состав проволоки марки Св-08ХН2Г2СМЮ, проц.: С — 0,06—0,11; М п— 1,5—1,9: S i— 0,4—0,7; Сг — 0,7—1,0;N1— 2,0—2,5; Мо — 0,45—0,65; А1 — 0,18; S и Р — не более 0,03.

Механические характеристики металла шва должны соответ­ ствовать следующим нормативам: sT^=60; нпч^ 75 кг/лш2; 65^ ^ 1 6 ; лр — 50%; ан при +20° — 8; при —40° — 5 и при —60°— 4 кгм/см2.

При сварке в углекислом газе проволоку рекомендуется брать диаметром 1,0; 1,2 и 1,6 мм.

Автоматическая и полуавтоматическая сварка. Применяются низкокрем'нистые, низкомарганцевые плавленные флюсы марок АН-17М или АН-22, электродная проволока марки Св-08ХН2ГМЮ по ГОСТ 2246—70. Шов, выполненный автоматической или полу­ автоматической сваркой, по прочности должен соответствовать основному металлу и иметь механические характеристики не ни­ же указанных в табл. II. 21.

При сварке сталей 14Х2ГМР и 14ХМНДФР с низколегирован­ ными сталями повышенной прочности и со сталью Ст.З должны применяться указанные флюсы и электродная, проволока марок Св-08ГА, Св-10Г2 или Св-08Г2СА.

Сварка сталей высокой прочности обладает некоторыми осо­ бенностями. Так, одной из важнейших проблем при изучении сва­ риваемости высокопрочных сталей с бейнитной и мартенситной структурой является иследование чувствительности сварных со­ единений из этих сталей к образованию холодных трещин в ме­ талле шва и околошовной зоне. Опыт изготовления сварных кон­ струкций из сталей 14Х2ГМР и 14ХМНДФР показал, что в некоторых случаях, в условиях стесненной усадки («жесткие»- соединения), при невыполнении определенных технологических

57

58

Г л а в а III

НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ ВЫСОКОПРОЧНЫХ СТАЛЕЙ

§ 11. Общие положения

Применение в конструкциях новых сталей высокой прочности обладает рядом особенностей, которые следует учитывать при выполнении проектных и конструкторских работ. Эти особенности являются следствием специфичности работы таких сталей под нагрузкой, преимущественно в сжатых и изгибаемых элементах, и чувствительности к концентраторам напряжений. Кроме того, в настоящее время стали высокой прочности выпускаются пока только в листовом прокате, что, как правило, требует создания сварных составных или гнуто-сварных сечений элементов взамен прокатных.

Наиболее жесткие требования должны предъявляться к про­ ектам сварных металлических конструкций из высокопрочных сталей, работающих на динамические нагрузки, вызывающие пе­ ременные и знакопеременные усилия в элементах конструкции, приводящие к снижению вибрационной прочности и возможно­ стям усталостных разрушений. Весьма важным является пра­ вильное конструирование узлов и решение стыков элементов кон­ струкций.

Вышесказанное свидетельствует о том, что копирование су­ ществующих типов сварных конструкций из сталей обычной и повышенной прочности при создании конструкций из высокопроч­ ных сталей не всегда рационально и может привести к малой эф­ фективности использования высокопрочной стали либо к недо­ статочной надежности конструкции при эксплуатации.

При учете явлений усталости конструкции из сталей высокой прочности в общем виде могут быть разделены на две группы: стальные конструкции зданий и сооружений, воспринимающие по­ стоянно действующие статические нагрузки, и несущие стальные конструкции сооружений и их элементов, а также -металлокон­ струкции тяжелого оборудования, непосредственно воспринима­ ющие многократно действующие или другого вида нагрузки, ко­ торые могут привести к усталостным разрушениям (например, мосты, подкрановые балки в зданиях с тяжелым режимом рабо­ ты, балки рабочих площадок, балки под шахтные подъемные машины многоканатных подъемных установок и т. д.).

Расчет и проектирование металлических конструкций зданий и сооружений первой группы должны проводиться в соответствии с новой редакцией СНиП на металлические конструкции П-В. 3—72. Для второй группы сооружений СНиП ІІ-В.З—72 не

60