О прочности стали

Было бы идеально, если бы сталь в реальных конструкциях всегда проявляла такую же прочность, как при лабораторных испытаниях. В действительности дело обстоит далеко не так, и в этом инженерам не раз приходилось убеждаться на собственном печальном опыте. Первые сомнения возникли 30—40 лет назад. Фермы железнодорожных и автодорожных мостов, сваренные из высококачественной стали, ломались за одну ночь, хотя нагрузки были значительно меньше допустимой расчетной величины. При этом мост не обнаруживал никаких деформаций, излом носил хрупкий характер: сталь разрушалась подобно стеклу, без предварительной пластической деформации. Вначале такие случаи казались специалистам загадочными, но вскоре выяснилось, что на прочность сварных конструкций оказывают существенное влияние условия окружающей среды. При низких температурах многие стали теряют вязкость, причем у некоторых из них эта критическая температура перехода от вязкого состояния к хрупкому лежит немного ниже или даже выше 0° С. Когда же к воздействию холода добавляется еще неблагоприятное распределение остаточных напряжений, обусловленных сварными швами, то хрупкие трещины возникают особенно быстро. До сих пор хрупкое разрушение остается главной причиной самых опасных аварий сварных конструкций из стали.

За последние полвека благодаря усилиям металлургов и металловедов удалось значительно повысить прочность конструкционных сталей. В конце двадцатых годов вместо самой распространенной тогда углеродистой стали Ст 52, прочность которой составляла около 37 кг/мм2 (370 Н/мм2), для сварных конструкций начали применять сталь прочностью 52 кг/мм2. Это позволило значительно уменьшить вес конструкций и расход материала. Постепенно в промышленную практику вошли конструкционные стали, имеющие прочность 60, а затем и 75 кг/мм2. Но чем выше прочность стали, тем жестче нужно соблюдать технологические правила и режимы при ее получении и переработке. К тому же повышенную прочность новых конструкционных сталей не всегда удается использовать полностью. В реальных сварных конструкциях, подверженных динамическим нагрузкам, эти стали ведут себя лучше обычных, но не в такой мере, как этого можно было бы ожидать, судя по разнице в значениях их прочности на растяжение.

В производстве металлоизделий не всегда требуется повышенная прочность, например, в производстве современных магнитных замков к стали не предъявляются повышенные требования по прочности. Особенно высокой прочности достигает сталь в специальной холоднотянутой проволоке - до 400 кг/мм2. Это означает, что такая проволока с поперечным сечением всего 1 мм2 может выдержать вес пяти человек.

В самолето- и ракетостроении требуются сверхпрочные стали (прочностью порядка 200 кг/мм2), которые к тому же должны обладать и достаточной вязкостью, т.е. способностью пластически деформироваться перед разрушением. Это достигается путем специальной термомеханической обработки (аусформинга) легированных термически улучшенных сталей. Максимальная прочность таких ковких (деформируемых) сталей в настоящее время достигает 300 кг/мм2 (3000 Н/мм2).