ИЗУЧЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СТАЛЕЙ ПО ТОЛЩИНЕ

УДК 624.014.2+539.4.015

К.И. Еремин, М.Б. Пермяков, С.А. Нищета
Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова

При возведении комплекса зданий кислородно-конвертерного цеха Магнитогорского металлургического комбината в узлах сопряжения подкраново-подстропильных ферм с колоннами были обнаружены слоистые трещины (в z-направлении) в листовом металле.

Для оценки влияния выявленных дефектов на несущую способность конструкций были проведены исследования примененной стали 14 Г2АФ в z-направлении. Химический состав стали приведен в табл.1.

Химический состав стали

Изучение механических характеристик стали в z-направлении проведено в два этапа.

На первом этапе исследованию подвергли образцы, вырезанные из элементов подкраново-подстропильной фермы отделения непрерывной разливки стали кислородно-конвертерного цеха Магнитогорского металлургического комбината.

В табл.2  представлены результаты испытаний образцов.

Механические характеристики стали

Анализ полученных результатов (см. рис.1) показывает, что в z-на-правлении  у  стали 14Г2АФ полностью отсутствует пластичность: d = 0 %, y = 0 %.

Температурная зависимость временного сопротивления

Образцы испытаны в диапазоне температур + 20¸(-75) 0С. Даже при положительной температуре у стали пластичность в z-направлении отсутствует, в отличие от другого направления вырезки образцов – поперек направления прокатки.

При этом результаты испытаний образцов, вырезанных поперек направления прокатки с диаметром рабочей части 10 мм и 3 мм, практически совпадают.

Отмеченная нулевая пластичность стали 14Г2АФ в z-направ-лении толщиной 40 мм говорит о склонности данной стали к слоистому растрескиванию даже при небольших усилиях, возникающих в z-направлении, что подтверждено многократно результатами обследований натурных конструкций.

Подтверждают отсутствие пластичности данной стали в z-на-правлении и результаты определения ударной вязкости KCU (рис.2).

Температурная зависимость ударной вязкости

Наибольшее значение ударной вязкости KCU у стали поперек направления прокатки. Значения KCU поперек направления прокатки на порядок выше значений KCU в z-направлении для всех исследованных температур. Так, при Т = -70 0С значения KCU для стали поперек направления прокатки в 2,13 раза меньше аналогичной величины, определенной при Т = +20 0С. В то же время, для этой  же  стали  вдоль  направления  прокатки  значения KCU при Т = -70 0С меньше значений KCU при Т = +20 0С лишь в 1,5 раза.

На втором этапе исследованию подвергли образцы, специально изготовленные из стали 14Г2АФ толщиной 40 мм.

Результаты испытаний образцов по определению прочностных и деформационных характеристик показали, что сталь, не подверженная влиянию сварки, обладает пластичностью, хотя абсолютные величины d и y свидетельствуют также о низких пластических свойствах листовой стали 14Г2АФ в z-направлении. Так, даже при Т = +20 0С значения d = 9,35 %, а y = 8,63 %.

Сопоставление значений sв, полученных в результате обработки экспериментальных значений первого и второго этапов, показало, что расхождение данных значений не превышает 10 %.

Сопоставление значений d и y для первого и второго этапов испытаний показывает, что пластичность стали 14Г2АФ в z-направ-лении снижается при воздействии сварки.

Значения ударной вязкости KCU в z-направлении на втором этапе испытаний определяли для случая развития расслоя листа (по толщине) как вдоль направления прокатки, так и поперек направления прокатки.

Анализ полученных экспериментальных данных и температурных значений KCU показал, что значения KCU во всем исследованном диапазоне температур невелики и, в основном, не превышают порога хладноломкости KCU = 3 кгс/см2. Эти данные подтверждают вывод о низкой пластичности стали 14Г2АФ в z-направ-лении.

Экспериментальные значения d, y, KCU для z-направления, полученные при выполнении второго этапа испытаний, подтверждают склонность исследованной стали 14Г2АФ к слоистому растрескиванию во всем испытанном диапазоне температур. Следовательно, при проектировании конструкций с применением стали 14Г2АФ и их усилении следует избегать крестовых сварных соединений, в которых возникшие от сварки усадочные усилия в z-на-правлении могут вызвать слоистое растрескивание стали по толщине. Обнаруженные в конструкциях слоистые трещины должны быть взяты под тщательное наблюдение, а для самих конструкций должен быть оценен остаточный ресурс и разработаны рекомендации по усилению и дальнейшей эксплуатации.

Строительные материалы и изделия © 2016