Применение этих сталей обусловлено как экономической целесообразностью, так и технической необходимостью. В настоящее время ежегодно применяются миллионы тонн рассматриваемых сталей. Приведем некоторые примеры использования сталей повышенной и высокой прочности в ответственных конструкциях, осуществленного с участием авторов. В 70-х гг. применение новых для того времени сталей с карбонитридным упрочнением позволило существенно повысить качество металлопродукции, снизить металлоемкость и стоимость конструкций, повысить их надежность и срок службы.
Стали 14Г2АФ, 16Г2АФ, 12ГН2МФАЮ и другие успешно применили для сварных конструкций ответственного назначения, среди которых комплексы крупнейших в мире уникальных доменных печей объемом 3200, 5000 и 5500 м3, здания кислородно-конверторных цехов с конверторами емкостью 250, 350 и 400 т, мосты, высотные здания и антенные сооружения, резервуары нефтехранилищ емкостью до 50 тыс. м3 и др. В заключение рассмотрим особенности применения сталей повышенной и высокой прочности в настоящее время на примере крупных инженерных сооружений, изготовленных с участием авторов. Прежде всего следует заметить, что резко сократились сроки строительства.
В последние годы крупные стальные конструкции с массой более тысячи тон необходимо было полностью изготавливать за год—два, что на порядок короче сроков, еще имевших место немногим более десяти лет назад. В этих условиях резко выросли требования к строительным сталям со стороны изготовителей конструкций. При коротких сроках их возведения недопустимы паузы в процессе изготовления и монтажа из-за возможности образования каких-либо трещин, т. е. резко возросли требования к сопротивлению проката хрупким разрушениям различной природы.
Далее, появилась потребность в крупных сооружениях, имеющих большое социальное значение и предназначенных для эксплуатации на десятки лет при скоплении большого количества людей. Здесь также необходимо использовать сталь высокого качества. Наконец важной причиной появления сталей нового поколения явилось изменение экономической концепции строительства, благодаря чему в настоящее время стоимость проката составляет гораздо меньшую часть готового здания, чем полагали еще 10-15 лет назад.
Последнее обстоятельство также стимулирует применение сталей более высокого качества, хотя и более дорогих. В качестве материала для покрытия была выбрана термически улучшенная сталь ЮХСНД с повышенной коррозионной стойкостью и повышенной чистоты, свойства которой подробно описаны ранее. Металл общей массой около 14 тыс. т изготовляли на двух металлургических комбинатах ОАО «Северсталь» и ОАО «НОСТА» (толщины 20, 25, 30 и 40 мм). За весь период изготовления и монтажа в конструкциях, в том числе при сварке, не возникало ни одной трещины. Другой пример применение этой же стали при изготовлении покрытия в Гостином дворе (г. Москва).
При реконструкции старого Гостиного двора внутреннее пространство здания было перекрыто свето-прозрачной оболочкой, имеющей в плане форму неправильной вытянутой трапеции. Несущими конструкциями оболочки является система арочно-вантовых ферм пролетом 60-85 м. При изготовлении этих крупных ферм использовали листовой прокат толщиной 38 40 мм из стали ЮХСНД нового поколения. Общая масса конструкции более тысячи тонн. В последние годы были изготовлены ответственные сварные конструкции для нефтяного месторождения в г. Карачаганаке (Республика Казахстан).
Для проката толщиной 10-40 мм со свойствами С345 проектировщики (Англия) выдвинули требование по ударной вязкости. Такой прокат (масса конструкций более десяти тыс. т) был изготовлен из термически улучшенной стали 09Г2С повышенной чистоты. При этом около тысячи тонн проката было изготовлено из новой стали с пониженным (до содержанием марганца. В каркасе типового промышленного здания масса металла в элементах, испытывающих различные виды нагрузок, распределяются следующим образом: растянутые 13%, поперечно-изогнутые 43,5 сжато-изогнутые 43,5 Экономически целесообразно применение стали повышенной прочности в мостостроении. Замена углеродистой стали СтЗсп низколегированной сталью с пределом текучести 350 Н/мм2 (15ХСНД) позволяет получить экономию металла при сооружении мостов с большими пролетами в размере 16,7-20%.
Применение для этих целей стали с пределом текучести 400 Н/мм2 (ЮХСНД, 14Г2АФ) обеспечивает дополнительно экономию металла более 15. Использование стали с пределом текучести 300 Н/мм2 (09Г2) и 400 Н/мм2 (ЮХСНД) позволяет при постройке судов грузоподъемностью 10 тыс. т уменьшить расход металла на 11,6 и 27,1 соответственно. Одновременно увеличение перевозок в тонно-милях достигает 14%, а снижение себестоимости их 12,4%. С. С. Канфор, приводя данные о применении низколегированной стали повышенной прочности при постройке танкера грузоподъемностью 25 тыс. т, отмечает, что использование стали с пределом текучести 450 Н/мм2 нецелесообразно, так как в ряде элементов из-за конструктивных соображений не представляется возможным реализовать повышенную прочность материала.
Применение в этом случае стали с пределом текучести 400 Н/мм2 (ЮХСНД) позволяет получить оптимальные технико-эгономические показатели и эксплуатационные качества танкеров Нефтегазовый комплекс является наиболее металлоемкой отраслью промышленности, потребляющей ежегодно только сварных труб большого диаметра (426-1420 мм) более двух млн т. О масштабах использования высококачественных низколегированных сталей повышенной прочности этой отраслью можно судить из следующих данных. За последние 30 лет в бывшем СССР, и начиная с 1992 г, в России сооружено более 225 тыс. км магистральных нефте- и газопроводов (включая нефтепродуктопроводы) из электросварных труб диам. до 1420 мм. Общая металлоемкость трубопроводов вместе с распределительными газопроводами составляет более 115 млн т.
Все трубопроводы сооружены из высококачественной мелкозернистой хладостойкой стали повышенной и высокой прочности. Применение при сооружении магистральных нефте- и газопроводов стали повышенной и высокой прочности сопровождается большой экономией листового проката, так как металл труб в основном работает на растяжение, и в этом случае снижение массы труб практически прямо пропорционально увеличению их прочности.
