Т а б* и ц а 5.2. Механические свойства труб нз стали различных марок после

45Г ВТМО; закалка с Печной нагрев 850-900 750-800

прокатного нагрева в течение 1 ч (;„. =900 + 950 °С) в воду

Индукционный на- Индукционный 900-1000 800-900

грев: и„агр = 30 °С/с; нагрев со ско-

/з«к = 900°С; М2= ростью 10 "С/с = 0,4 mV(c-m=)

36Г2С ВТМО: закалка с Печной нагрев 1000 850

прокатного нагрева в течение 1 ч (/зак =900 + 950 °С) в воду

Индукционный на- Индукционный 1100-1200 1000-1100

грев: и„агр = 30 °С/с; нагрев со ско-

/зз, = 900°С; М2= ростью 10°С/с = 0,5 mV(c-m)

38ХНМ ВТМО: закалка с Печной нагрев 12.50 1180

прокатного нагрева в течение 1 ч (/з,, =900 + 950 °С) в воду

Индукционный на- Индукционный 1200-1300 1100-1200

грев: и„вгр = 30 °С/с; нагрев со ско-

/,а« = 900 °С; /Мг= ростью 10°С/с = 0,4 mV(c-m)

Примечание. Толщина стенки труб прн ВТМО--6 = 6-9 мм, при индукционном

Таблица 5.3 Механические свойства сварных газопроводных труб из стали 17Г1С в горячекатаном состоянии и после индукционного улучшения

ВТМО н индукционного улучшения

Механические свойства труб

Улучшение строительных арматурных стержней. Повышение прочности арматурной стали обеспечивает существенное снижение доли металла в железобетонных конструкциях. Это особенно важно для предварительно-напряженного бетона, где желательно применять стали с пределом текучести более 600 МПа. Наиболее эффективный способ упрочнения арматурных сталей - термическая обработка с использованием прокатного тепла, электронагрева и индукционного нагрева. Термическая обработка с использованием прокатного тепла - самый дешевый в настоящее время способ упрочнения арматурной стали. Однако она не обеспечивает требуемого прироста прочности по сравнению с другими способами упрочнения и дает очень высокий разброс свойств между отдельными стержнями внутри каждой партии.

Индукционное улучшение позволяет достичь на стержнях из стали любых марок максимального упрочнения при высоких пластичности и вязкости и практически полной стабильности свойств от стержня к стержню. Достигается это благодаря получению более мелкого зерна аустенита в результате быстрого нагрева под закалку, образованию более однородного и мелкоигольчатого мартенсита в результате резкого и рав-

HOMefflioro охлаждения водяным душем и выпадению более дисперсных и рачйомерно распределенных карбидов в результате быстрого нагрева без выдержки при отпуске.

Для заводов железобетонных конструкций была разработана технология и создана компактная установка для индукционного улучшения арматурных стержней диаметром от 12 до 32 мм из стали марок Ст4кп, Ст4сп, Ст5, 35ГС, 30ХГ2С, 65Г и др. 2, 6]. Индукционное улучшение осуществляли непрерывно-последовательным методом со сквозным прогревом прутков до температуры 950-1000 °С (в зависимости от марки стали) на частоте 8000 Гц в многовитковом индукторе, обеспечивавшем фазовую скорость нагрева уф = 15 °С/с. Для охлаждения использовали спрейер с расходом воды М =0,25-0,3 м/(с-м). Нагрев под отпуск вели на той же частоте в многовитковом индукторе, обеспечивавшем среднюю скорость нагрева и = 1015 °С/с, до 450-600 °С в зависимости от марки стали.

Как видно из табл. 5.4, в результате индукционного улучшения арматурных стержней диаметром 14 мм из стали марок 35ГС и Ст5 уда-

Таблица 5.4. Механические свойства арматурных стержней диаметром 14 мм из разных сталей после индукционного улучшения

35ГС

Индукционный нагрев

(узак = 15 °С/с; <за« =

= 9504-970 °С); водяной душ [УК = 0,25 mV(c-m): у = 10=С/с]: („,„ = 4504-480 "С

Индукционный нагрев

(1-зак = 15°С/с; <зак =

= 950-970 °С); водяной душ [M = 0,i mV(c-m=); у=13°С/с],-(,„ = 4704-500 °С

1150-1250 1000-1050 10-13 80-100

1200-1300 1070-1170 10-11 70-90

Механические свойства в соответствии с классом прочности AtVI

1200

1000

ется получить свойства, соответствующие классу AtVI для термически упрочненной стрежневой арматуры по ГОСТ 10884-81 * и не достижимые ни при каких иных способах термической обработки. Кроме того, индукционное улучшение смещает порог хладноломкости этих сталей в область более низких температур на 60-100°С по сравнению с горячекатаным состоянием. Наконец, в результате индукционного улучшения релаксационная стойкость исследовавшихся арматурных сталей повышается почти в 10 раз [6].

В процессе эксплуатации* улучшенной арматурной стали обнаружилось, что она в напряженном состоянии значительно хуже сопротивляется

коррозии при работе в агрессивных средах. Кроме того, сталь, упрочненная с использованием прокатного тепла, обладает пониженной пластичностью и сравнительно низким пределом выносливости. Это вызвано более тонким строением и более напряженным состоянием структур, получаемых в результате такой обработки.

Теоретически и экспериментально доказано, что наиболее надежным средством повышения стойкости против коррозионного растрескивания и предела выносливости улучшенных сталей является создание на поверхности стержней тонкого высокоотпущенного слоя. Такой слой легко получается при индукционном поверхностном нагреве. Для Макеевского металлургического завода создана установка, на которой с помощью индукционного нагрева на частоте 10 ООО Гц в течение долей секунды осуществляется поверхностный нагрев до температуры, не превышающей у4с, на глубину меньше 1 мм. В результате такого отпуска несколько снижается прочность стержней и в 1,5-2 раза возрастает относительное равномерное удлинение, а стойкость против коррозии повышается в несколько десятков раз.

Иидукциоииая термическая обработка рельсов. Эксплуатационная стойкость железнодорожных рельсов определяется их сопротивляемостью возникновению дефектов коитактно-усталостного происхождения. Наиболее эффективное средство борьбы с этими дефектами - термическая обработка рельсов. Практика машиностроения и металлургии показала возможность применения для термического упрочнения железнодорожных рельсов иидукционного нагрева.

Разработка технологии и оборудования для индукционной термической обработки рельсов велась в двух направлениях: получения рельсов повышенной прочности, изготавливаемых из углеродистой стали, и получения высокопрочных рельсов, изготавливаемых из легированной стали.

Для получения рельсов повышенной прочности разработан способ непрерывно-последовательного поверхностного нагрева головки на частоте 2400 Гц с охлаждением водовоздушной смесью, обеспечивающей получение в-закаленном слое (глубиной не менее 11 мм с плавной переходной зоной протяженностью 5-7 мм) структур троостосорбита и сорбита закалки [15].

Технология поверхностной закалки рельсов типа Р50 и Р65 из углеродистой стали (0,69-0,82 % С; 0,75-1,05 % Мп): поверхностный нагрев головки рельса до 1000±20 °С, охлаждение водовоздушной смесью, самоотпуск при 430-450 °С и окончательное охлаждение водой.

На основании проведенных исследований создан промышленный агрегат для поверхностной закалки рельсов, который с 1970 г. работает на заводе «Азовсталь». Суммарная мощность машинных генераторов агрегата 3000 кВт, производительность при непрерывной работе 150 ООО т/год, одновременно обрабатывается четыре рельса.

В табл. 5.5 приведены механические свойства и конструктивная прочность рельсов типа Р65, обработанных различными способами. Видно, что поверхиостиая закалка рельсов обладает определенными преимуществами перед объемной закалкой в масле.

лица 5.5. Механические свойства и конструктивная прочность рельсов Р65, обработанных различными способами

По результатам эксплуатации промышленного агрегата спроектировано более совершенное и производительное оборудование, которое в настоящее время уже работает на заводе «Азовсталь».

Для получения высокой прочности разработан процесс дифференцированного индукционного нагрева на частоте 2400 Гц объемно-закаленных рельсов из легированной стали, подвергнутых предварительному отпуску в печи и имеющих требуемые для головки прочностные свойства.

Технология дифференцированного нагрева рельсов типа Р65 из легированной стали марки 75ХГСТ-. непрерывно-последовательный нагрев двумя индукторами (одни - для головки, другой - для шейки и подошвы) всего профиля рельса до температуры не более 480 °С в головке (до глубины 10-15 мм от поверхности) с плавным ее подъемом до 750- 820 °С к нижней части головки рельса и по всей шейке и подошве. В результате такого нагрева рельс приобретает структуру троостосорбита в верхней части головки и сорбита во всем остальном объеме. Свойства элементов профиля после дифференцированного нагрева приведены в табл. 5.6.

Таблица 5.6. Механические свойства элементов профиля высокопрочного рельса после дифференцированного нагрева

дошва

В результате дифференцированного нагрева высокопрочных рельсов усталостная прочность их повышается на 25 %, а живучесть на 60-80 % по сравнению с объемно-закаленными рельсами повышенной прочности [13].

На основании полученных данных спроектирован, изготовлен и смонтирован на рельсоиспытательной станции опытного кольца ЦНИИ МПС опытно-промышленный агрегат для дифференцированного нагрева рельсов типа Р65 производительностью прн непрерывной работе 10 тыс. т/год и мощностью .500 кВт.

5.5. ИНДУКЦИОННАЯ ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Сварка, каким бы методом она не осуществлялась, всегда приводит к образованию в сварном соединении дефектных структур, могущих довести готовое изделие в определенных условиях эксплуатации до разрушения.

Дефектна литая структура самого шва. Она становится особенно опасной, если образуется в условиях ускоренного охлаждения сварного соединения, так как при этом возрастает ее неравномерность, появляются зерна игольчатой формы, увеличивается количество дефектов по границам зереи н т. д.

Дефектна структура границы сварного шва с основным металлом, так как в ней сосредоточены различного рода примеси, проникающие как из зоны расплава, так и из основного металла. В ней иногда наблюдается перераспределение элементов, входящих в состав основного металла изделия и металла шва.

Очень неудовлетворительна структура околошовной зоны. Наряду с игольчатым ферритом и видманштеттовой структурой в этой зоне возможно образование промежуточных структур и даже мартенсита. Наконец, в зонах термического влияния сварки изделий из некоторых марок стали по границам зерен могут выпадать хрупкие структурные составляющие, снижающие сопротивление разрушению этих зон.

Все перечисленные дефектные структуры ослабляют сварное соединение н резко снижают надежность сварного изделия, поэтому исправление дефектов необходимо.

Путей исправления дефектных структур сварки несколько: воздействие на исходный металл перед сваркой, так чтобы формирование структуры сварного соединения шло в иных температурно-временных условиях; воздействие на сварное соединение в процессе его образования или непосредственно после сварки с использованием сварочного тепла; воздействие на сварное соединение путем последующей термической обработки. Первый способ наиболее эффективен для изделий, получаемых методом высокочастотной сварки. Второй и третий способы применимы к изделиям, получаемым любым способом сварки.

Наиболее простой метод воздействия на исходный металл перед сваркой - предварительный его нагрев до температуры, не превышающей