Выбор рационального состава низколегированных кремнемарганцовистых сталей

Начиная с 60-х гг. XX столетия основной, фактически единственной, сталью для строительных конструкций была сталь 10Г2С1 с содержанием кремния 0,8...1,1 %. Из этой стали были изготовлены, например, конструкции комплекса сооружений телевизионного центра в Останкино.

Из опыта эксплуатации сварных конструкций из этой стали было установлено, что для обеспечения высокого сопротивления кремнемарганцевых сталей хрупким разрушениям максимальное содержание кремния в них следует ограничить 0,80 %, в связи с чем основной сталью, применяемой в строительстве, стала сталь 09Г2С.

А. П. Гуляев и В. Н. Никитин показали, что при добавке кремния больше его примесного содержания положение верхней границы критического интервала хрупкости практически не изменяется, а нижняя граница несколько смещается в сторону положительных температур.

Б. С. Касаткиным изучено влияние кремния на хладноломкость сварных швов. Показано, что увеличение содержания кремния более 0,5 % способствует переходу металла шва в хрупкое состояние; это подтверждают результаты и других исследований.

Экспериментальные исследования, выполненные в ИЭС имени Е. О. Патона, позволили выявить слоистую неоднородность низколегированных сталей по содержанию кремния, значительное количество неметаллических включений и неравномерное их распределение по толщине проката. Показано, что слоистая неоднородность является следствием ликвации кремния при кристаллизации слитка. Выявленные дефекты способствуют повышению склонности стали к хрупкому разрушению, что подтвердили результаты испытаний образцов с надрезом, вершина которого находилась в слоях, обогащенных кремнием и неметаллическими включениями.

Результаты исследований Ю. А. Стеренбогена и сотрудников подтверждают более ранние выводы И. М. Лейкина и В. Г. Чернашкина о том, что сегрегация кремния является, кроме того, одной из основных причин расслоения стали при прокатке.
Несмотря на многочисленные исследования, вопрос о рациональном содержании кремния с точки зрения его влияния на склонность стали к хрупкому разрушению оставался дискуссионным.

Для установления рациональных пределов содержания кремния исследовали его влияние на температуры критического интервала хрупкости стали типа 17Г1С, содержащей 0,16% С и 1,5% Mn. При выплавке кремний вводили в полностью успокоенную алюминием сталь. Кроме того, металл дополнительно раскисляли 20 %-ным FeTi из расчета 1 кг/т. Экспериментальные данные, подвергнутые статистической обработке методом наименьших квадратов, позволили найти наиболее вероятную количественную зависимость, связывающую температуру начала перехода стали в хрупкое состояние T_кр с содержанием кремния в ней.

При содержании кремния свыше 0,4% резко повышается температура начала перехода Т¹⁰⁰ стали в хрупкое состояние. А наиболее интенсивное охрупчивание стали наблюдается при концентрации кремния свыше 1 %. Из этого следует, что в сталях типа 17Г1С содержание кремния, по-видимому, не следует увеличивать свыше 0,6...0,7 %.

С увеличением содержания кремния сериальные кривые смещаются в сторону положительных температур. Изменение содержания кремния оказывает меньшее влияние на нижнюю границу Т₀ критического интервала хрупкости, чем на верхнюю T¹⁰⁰.