В статье автор исследует микроструктуру различных сталей и анализирует как это влияет на их качество.
Ключевые слова: сталь,микроструктура, качество, зернистость.
При обследовании зданий специалисты сталкиваются с проблемой определения свойств строительных сталей. Микроструктурный анализ позволяет определить величину, форму и ориентировку зерен, отдельные структурные и фазовые составляющие, изменение внутреннего строения металлов и сплавов в зависимости от условий получения и обработки.
Для проведения микроструктурного анализа, проведена съемка на оптическом микроскопе МИМ-7, оборудование позволяет обнаружить элементы структуры размером до 0,2 мкм
Анализ и интерпретация результатов съемки позволяет подсчитать зернистость и провести наблюдение структуры для определения дефектов. Данная методика приведена в ГОСТ [1] (рисунок 1).
Рис. 1. Шкалы для определения величины зерна (Увеличение 100)
Нами получены результаты микроструктурного анализа с применением оптического металломикроскопа (рисунок 2). Светлые зерна на изображениях указывают на ферритные образования, темные зерна — на пластинчатый перлит.
Рис. 2. Микроскопический анализ поверхности стали различных марок
Сравнивая с эталонными шкалами ГОСТ [1] (Рисунок 1) Сталь марки 09Г2С (рисунок 2, а) имеет феррито-перлитную микроструктуру с номером зерна 9, по шкале 1 в соответствии с приложением 2 данного ГОСТа.
Является низколегированной конструкционной сталью с мелкозернистой структурой, используется при производстве сортового проката, зачастую используется для строительных конструкций разных форм и размеров, хорошо сваривается.
Если в сплавах имеется высокое содержание углерода, то при его выгорании происходят возникновения дополнительных микропор, образуются закалочные структуры, что приводит к тому, что качество сварных швов уменьшается. Это не наблюдается в стали 09Г2С, из-за малого количества углерода в стали. Поэтому легко проводить сварку, причем сталь не закаливается и не перегревается в процессе сварки, из за этого зернистость не увеличивается, и не снижаются пластические свойства. Благодаря высокой механической прочности, используются более тонкие элементы, чем при использовании других сталей
Сталь марки 08Х13 (рисунок 2, б) имеет более мелкозернистую структуру за счет содержания легирующих элементов (высоколегированная), поэтому является жаропрочной сталью ферритной группы, коррозионно-стойкой, но ограниченно свариваемой.
Наблюдается феррит — мелко и крупнозернистый. В продольных линиях можно увидеть частицы карбида.
Относится к ферритному классу, мелкозернистая с номером зерна 9. При высокотемпературном нагреве сталь 08Х13 претерпевает частичное альфа-гамма превращение и может быть подвергнута полной закалке
Сталь Ст3 (рисунок 2, в). Сталь 3 имеет феррито-перлитную микроструктуру, мелкозернистую с номером зерна 7, по шкале 1 в соответствии с рисунком 1. Равномерное распределение феррита и перлита по всему сечению, видны включения овальные и более длинные, неметаллические. За счет низкого содержания углерода, пластичная, хорошо свариваемая, но с малой прочностью
Используют в качестве конструкционного, самого распространенного металла для несущих строительных конструкций.
Таким образом, зная номер зерна, определим по таблице 1 ГОСТа: номер зерна, средний диаметр число зерен на площади 1мм 2 и вычислим среднюю площадь зерна в мм 2 .
Таблица 1
Расчет средних значений зерен
|
Образец |
Общее количество зерен на площади 0,5 мм |
Количество зерен на 1 мм |
Средняя площадь зерна, мм 2 |
Средний диаметр, мм |
|
Z |
2· Z 1 =m |
1/ m=a |
1/√ m=d m |
|
|
Ст3 |
16384 |
32768 |
0,3*10– 6 |
0,0267 |
|
09Г2С |
131072 |
262144 |
3,8*10– 6 |
0,0138 |
|
08Х13 |
370743 |
741485 |
1,35*10– 6 |
0,0099 |
Анализируя структуру всех образцов, можно сделать вывод о том что для строительных изделий предпочтительнее выбирать сталь с феррито-перлитной структурой, в котором незначительное содержание легирующих элементов, а так же невысокое содержание С=0,12–0,18 %, что соответствует нормированному содержанию С по ГОСТ [2].
Такие стали обладают хорошей свариваемостью, но лучшей прочностью обладает не сталь Ст3, а 09Г2С. Поэтому для ответственных металлоконструкций я рекомендую применять сталь 09Г2С. А вот для изготовления арматуры достаточно стали Ст3. Таким образом, микроструктура стали позволяет определить ее будущее предназначение.
Литература:
- ГОСТ 5639–82 Стали и сплавы. Методы выявления и определения величины зерна
- ГОСТ Р 54384–2011. Сталь. Определение и классификация по химическому составу и классам качества.
- ГОСТ 5640–2020. Сталь. Металлографический метод оценки микроструктуры проката стального плоского.
