ISSN 1995-2732 (Print), 2412-9003 (Online)
УДК 621.771:666.982.24
DOI: 10.18503/1995-2732-2025-23-2-97-110
Аннотация
Постановка задачи (актуальность). В практике производства арматурного проката, как горячекатаного, так и термически упрочненного по схеме прерванной или прерывистой (технология термоциклирования) закалки с самоотпуском с использованием тепла предпрокатного нагрева в потоке сортовых станов, наблюдается ряд особенностей формирования микроструктуры и изменчивости во времени механических свойств арматуры. Цель работы. Установление закономерностей изменения свойств арматурного проката во времени. Разработка методов надежной аттестации металлопроката. Используемые методы. В качестве исследовательских методов применялось переиспытание свойств проката через определенные промежутки времени, а также определение микроструктуры проката. Новизна. Новизна заключается в установлении закономерностей изменения механических свойств арматурного проката во времени, прогнозировании достижения уровня характеристик в течение времени в зависимости от схемы производства – изготовление арматуры в горячекатаном состоянии и с термоупрочнением. Результаты. К физическим причинам изменчивости механических свойств во времени относятся: водородное обратимое охрупчивание углеродистых и низколегированных марганцем и кремнием сталей; водородное старение, особенно арматуры, произведенной в горячекатаном состоянии, заключающееся в снижении в таком металле значений предела текучести (в ряде случаев ниже нормативных значений) и отношения предела текучести к временному сопротивлению разрыву. Этому способствуют высокие температуры конца прокатки, обусловливающие формирование крупного аустенитного, а затем и действительного зерен. Водородное старение заключается в том, что в течение 2–3 недель от даты первичного испытания значения предела текучести и отношения предела текучести к временному сопротивлению разрыву снижаются на 55–60 МПа и до 0,55-0,50 соответственно, и обусловлено это тем, что в процессе диффузионного выделения водорода из микропор и «ловушек», в том числе структурных, за счет частичного снятия внутренних напряжений происходит освобождение дислокаций и локальное повышение пластичности. В дальнейшем по прошествии времени (до 1 года) значения предела текучести асимптотически приближаются к первоначальным значениям и выше. Практическая значимость. Если не учитывать поведение механических свойств во времени, то можно неправильно аттестовывать металлопродукцию при назначении ее под конкретный заказ потребителей. В горячекатаном состоянии возможно также аномальное структурообразование в арматуре – избирательная замена перлита на верхний и нижний бейнит с охрупчиванием металла. Предложена технология, исключающая такое явление, заключающееся в ускоренном охлаждении проката с измельчением аустенитного и, соответственно, действительного зерна проката.
Ключевые слова
горячекатаный и термически упрочненный арматурный прокат, механические свойства, изменчивость свойств во времени, водородное охрупчивание и старение, динамическая и собирательная рекристаллизация, аномальное структурообразование
Для цитирования
Особенности структурообразования и временные изменения механических свойств горячекатаного арматурного проката из стали 25Г2С / Сычков А.Б., Завалищин А.Н., Атангулова Г.Я., Малашкин С.О., Шекшеев М.А., Касимов Д.Т. // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2025. Т. 23. №2. С. 97-110. https://doi.org/10.18503/1995-2732-2025-23-2-97-110
1. ГОСТ 5781-82. Сталь горячекатаная для армирования железобетонных конструкций. Технические условия. Статус на 2023 г. – заменен на ГОСТ 34028-2016. (Срок действия с 01.01.2018 г.).
2. ГОСТ 10884-94. Сталь арматурная термомеханически упрочненная для железобетонных конструкций. Технические условия. Статус на 2023 г. – заменен на ГОСТ 34028-2016. (Срок действия с 01.01.2018 г.).
3. ГОСТ 34028-2016. Прокат арматурный для железобетонных конструкций. Технические условия. Срок действия с 01.01.2018 г. (Взамен ГОСТ 5781-82 и ГОСТ 10884-94).
4. Производство арматурной стали / Л.Н. Левченко, А.С. Натапов, Л.Ф. Машкин и др. М.: Металлургия, 1984. 136 с.
5. Сычков А.Б. Совершенствование технологии производства арматурного проката в бунтах // Сталь. 1995. № 2. С. 37-39.
6. Арматурный прокат для железобетонных конструкций и изделий. Справочное пособие / Ю.Т. Худик, Е.М. Рыбалка, В.И. Большаков и др.; под ред. Ю.Т. Худика, А.В. Кекуха. Кривой Рог: СП «Мира», 2000. 115 с.
7. Сычков А.Б., Жигарев М.А., Перчаткин А.В. Технологические особенности производства арматурного проката широкого назначения: монография. Магнитогорск: ГОУ ВПО МГТУ, 2006. 499 с.
8. Водородная эра в отечественной металлургии. Сообщение 1 / Ю.Л. Ершов, А.Г. Шакуров, В.М. Паршин, А.Г. Колесников, А.Ю. Шишов // Сталь. 2021. № 11. С. 50-56.
9. Водородная эра в отечественной металлургии. Сообщение 2 / Ю.Л. Ершов, А.Г. Шакуров, В.М. Паршин, А.Г. Колесников, А.Ю. Шишов // Сталь. 2021. № 12. С. 48-57.
10. ГОСТ 5639-82. Стали и сплавы. Методы выявления и определения величины зерна. Срок действия с 01.01.1983 г.
11. ГОСТ 8233-56. Сталь. Эталоны микроструктуры. Ограничение срока действия снято, протокол 4-93 (ИУС 4-94).
12. ГОСТ 5640-2020. Сталь. Металлографические методы оценки микроструктуры проката стального плоского. Срок действия с 01.10.2021 г.
13. Сычков А.Б., Олейник А.А., Жигарев М.А. Об изменчивости механических свойств проката во времени // Труды пятого конгресса прокатчиков, Череповец, октябрь 2003 г. М.: ОАО «Черметинформация», 2004. С. 264-269.
14. Термомеханическая обработка проката из непрерывно-литой заготовки малого сечения / В.В. Парусов, А.К. Белитченко, Н.А. Богданов, А.Б. Сычков, А.М. Нестеренко, О.В. Парусов. Запорожье: ЗГУ, 2000. 142 с.
15. Заика В.И., Кащенко Ю.А., Брехаря Г.П. Водород в промышленных сталях. Запорожье: ЗГУ, 1998. 192 с.
16. Стойкость против водородного растрескивания проката из конструкционной стали после термической обработки / В.В. Науменко, Л.В. Мунтин, О.А. Баранова, К.С. Сметанин // Сталь. 2021. № 3. С. 44-50.
17. Курбский С.В., Великоцкий Р.Е., Должиков В.В. Развитие представлений о механизме водородной хрупкости на основе теории молекулярного давления водорода // Бюл. Черная металлургия. 2023. Т. 79. № 6. С. 476-480.
18. Попов А.А., Попова А.Е. Изотермические и термокинетические диаграммы распада переохлажденного аустенита. Справочник термиста. М.; Свердловск: Гос. науч.-техн. изд-во машиностроит. лит., 1961. 431 с.
19. Формирование микроструктуры и механических свойств арматурного проката в бунтах из двух- и мультифазной стали / А.Б. Сычков, А.М. Нестеренко, А.Н. Завалищин, И.Г. Шубин, А.Б. Моллер, Б.А. Кулаков // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2023. Т. 21. № 4. С. 70-80.
20. Мадатян С.А. Массовые виды арматурной стали с композитной структурой для железобетонных конструкций // Черная металлургия России и стран СНГ в XXI веке. М.: Металлургия, 1994. Т. 4. С. 73-75.
21. Канаев А.Т., Богомолов А.В. Формирование градиентно-слоистой структуры при деформационно-термической обработке арматурной стали // Сталь. 2020. № 7. С. 67-72.
22. Принципы создания материалов с пространственным распределением макроскопических областей с различными физическими и механическими свойствами / Е.Н. Блинова, М.А. Либман, В.Н. Петровский, Е.В. Пименов // Сталь. 2021. № 11. С. 46-50.
23. Структурообразование и формирование механических и технологических свойств арматурного проката при поточной термической обработке / А.Б. Сычков, О.Н. Тулупов, А.Н. Завалищин, Н.А. Баранов // Черные металлы. 2024. № 3 (1107). С. 47-55.