Сварные конструкции. Расчет и проектирование

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ КАЧЕСТВЕННЫХ СТАЛЕЙ

В последнее время расширяется применение прочных сталей. Повышение прочности достигается введением леги - РЗ^рщих добавок и термической обработкой. Легирующие Добавки имеют следующие условные обозначения: марга-

нец — Г, кремний—С, никель — Н, хром — X, молиб­ден — М, ванадии — Ф, алюминий — Ю, медь — Д, ти­тан— Т, азот — А и т. д.

Низколегированные стали выпускают по ГОСТ 19281— 73 и 19282—73 (табл. 2.6, 2.7), а также по специальным техническим условиям. Первые две цифры в обозначениях легированной стали указывают на содержание углерода в сотых долях процента, а цифры справа от условного обоз­начения элемента — среднее содержание легирующего эле­мента в процентах.

Стали легируют таким образом, чтобы повышение прочности и предела текучести сопровождалось сохране­нием достаточной пластичности, ударной вязкости, техно­логической обрабатываемости, свариваемости.

Примечания: I. Стали всех марок должны удовлетворять испытанию на изгиб в холодном состоянии на 180° при d — 2s, где d—диаметр оправки, s—толщина проката. 2. Минимальное значение ударной вязкости при Т = 20 °С по ГОСТ 9454—78 дол­жно быть не менее 0,3 МДж/м*. 3. Для проката из сталей І6ГС, 09Г2С, 10Г2СІ толщиной II...32 мм и проката из стали І5ГФ толщиной II...20 мм механические свойства можно определять путем интерполяции.

Присутствие кремния хорошо раскисляет сталь. Марга­нец устраняет вредное влияние серы, однако при содержа­нии его более 1,5% снижаются пластические свойства металла. Полезно легирование сталей молибденом, хромом, бором. Добавление никеля позволяет повысить хладостон - кость стати, но это экономически невыгодно.

Низколегированные стали общего назначения часто поставляются в термически обработанном состоянии. Тер­мическая обработка сталей закаткой — быстрым охлажде­нием после нагрева до температуры 910 °С — способствует получению мартенситной структуры высокой твердости и малой вязкости. Повышение вязкости достигается после­дующим отпуском. Нормализация — охлаждение с той же температуры на воздухе — позволяет получить ферритно - перлитную устойчивую структуру.

Из табл. 2.7 видно, что в широком диапазоне толщин ударная вязкость низколегированных сталей общего наз­начения при температуре — 40 °С оказывается не ниже 0,3 МДж/м*.

Применение низколегированных сталей в конструкциях непрерывно расширяется. Для уменьшения массы изделий применяют прочные стали с пределом текучести ат свыше 350. . .400 МПа и высокопрочные типа ЗОХГСНА с а„ до 2000 МПа и ат до 1570 МПа.

Последние виды сталей обладают высокой прочностью образцов при растяжении, но очень склонны к хрупким разрушениям в результате концентрации напряжений, имеющих место в конструкциях.

Имеются стали, обладающие повышенной прочностью при переменных (циклических) нагружениях, применяю­щиеся преимущественно в деталях машин.

Выбор марки стали зависит от ряда параметров, главным образом от условий работы конструкции и свариваемости. Как правило, наиболее хорошо свариваются стали, обла­дающие наименьшим содержанием «эквивалентного» угле­рода.

Отличительной особенностью медных сплавов является их высокая пластичность, относительное удлинение дости­гает 65%; от для большинства сплавов — 300. . .350 МПа (у бернллневых бронз <хт после закалки поднимается до 1100. . .1200 МПа).

Большое значение в производстве приобретают стали, обладающие специальными свойствами: повышенной сопро­тивляемостью коррозии при работе в агрессивных средах,

жаропрочностью при работе в условиях высоких темпера­тур и т. д.

Теплоустойчивые стали применяют для сварных конст­рукций, работающих при температурах до 600 °С — паро­проводов высокого давления, пароперегревателей и т. д. При эксплуатации конструкций в условиях еще более вы­соких температур необходимы специальные жаростойкие и коррозионно-стойкие стали.

Широко используются в различных конструкциях нер­жавеющие стали и другие сплавы. Как правило, предел прочности таких сталей невысок — 500. . .600 МПа, пре­дел текучести — 200. . .300 МПа. Стали обладают высо­кими пластическими свойствами (относительное удлине­ние — 20. . .30%). Несмотря на свои высокие пластиче­ские свойства, стали и сварные соединения из них чувстви­тельны к концентраторам напряжений в условиях пере­менных нагрузок. Из сталей этого типа изготовляют кон­струкции, требующие высоких механических свойств при высоких температурах при работе в коррозионных средах.

При сварке значительного большинства сталей различ­ных марок достигнута возможность получения соединений с хорошими механическими свойствами при работе в усло­виях низких и высоких температур, при статических, пере­менных и ударных нагрузках, в тонкостенных и толстостен­ных изделиях, в различных средах (в атмосфере, под водой, в космосе, при сочетаниях нагрузок и высоких температур и т. д.).

Применение прочных и высокопрочных сталей сущест­венно уменьшает массу конструкций.

Несмотря на высокую стоимость прочного металла по сравнению с низкоуглеродистым, эффективность его приме­нения, безусловно, оказывается рентабельной и не только в денежном отношении, НО ІГВ экономии ресурсов.