Выражается такими характеристиками, как предельная пластичность (ек, f, 5fc) ударная вязкость при вязком разрушении КСтах, анизотропия вязкости и пластичности, истинное сопротивление разрыву (Sk). Оно очень важно для обеспечения надежной эксплуатации ответственных сооружений типа оболочек, нагруженных пневматическим давлением (газопроводы большого диаметра и высокого давления, газгольдеры и резервуары большого объема, крупногабаритные сосуды давления в виде кожухов доменных печей, оболочек аэродинамических труб, корпусов воздухонагревателей), особенно при изготовлении их из сталей повышенной и высокой прочности. Кроме того, сопротивление вязкому разрушению во многом определяет возможность выполнения технологических операций холодной гибки, штамповки, вальцовки, правки и сварки.

Установлено, что вязкое разрушение зарождается и распространяется путем образования, роста и объединения микроскопических пустот (пор). В чистых металлах и сплавах поры образуются в заключительной стадии деформирования на «критических» дефектах решетки, подготовленных деформированием. В технических сплавах значительную роль в образовании пор играют также неметаллические включения и выделения избыточных фаз. Неметаллические включения из-за их слабого сцепления с матрицей или хрупкости приводят к возникновению несплошностей уже на ранних этапах деформирования. Они являются источниками наиболее крупных пор. Другие более мелкие поры, как и в чистых металлах, развиваются на заключительных стадиях деформирования, по-видимому, непосредственно перед вершиной формирующейся вязкой магистральной трещины. Считают, что заключительный акт роста и слияния пор аналогичен развитию внутренних шеек, причем окончательный разрыв фибр происходит после уменьшения их поперечного сечения до нуля.

В результате возникает характерная микроструктура поверхности вязкого разрушения, состоящая из округлых ямок или «чашек», разделенных острыми гребнями. Внутри наиболее крупных чашек наблюдаются неметаллические включения. Полагают, что размеры чашек, их однородность и, главное, глубина отражают энергоемкость вязкого разрушения: чем больше размеры чашек, однороднее их распределение и значительнее глубина, тем выше величина локальной пластической деформации и энергоемкость.

Как и при хрупком разрушении, измельчение зерна микроструктуры повышает сопротивление вязкому разрушению строительной стали. Однако определяющая роль принадлежит неметаллическим включениям. При этом разрозненные включения компактной или глобулярной формы, даже при высоком их содержании (до 0,5-1% по объему) слабо изменяют механические свойства стали. Значительно сильнее отрицательное влияние вытянутых и строчечных включений [18].

Наибольшее значение для качества металлопроката строительной стали имеют образующиеся при раскислении и затвердевании сульфидные и кислородные не­металлические включения (эндогенные сульфиды и оксиды). В хорошо раскисленной стали они представлены в основном включениями сульфида марганца (II и III типов по классификации Симса) и глинозема. Горячая прокатка придает пластичным при высокой температуре включениям сульфида марганца сильно вытянутую в плоскости и направлении деформирования форму. Сегрегации мелких включений глинозема, представляющих, как полагают, обломки первичных выделений развитой дендритной формы, преобразуются прокаткой в плоские или вытянутые скопления, часто весьма большой протяженности.

Эти вытянутые и строчечные включения являются главной причиной анизотропии вязкости и пластичности металлопроката, которая выражается в заметном снижении показателей этих свойств при переходе от испытаний в продольном направлении к испытанию в поперечном и в резком их падении при переходе к испытанию в направлении вдоль толщины изделия (рис. 1.2).

Особенно сильно анизо-

тропия пластичности проявляется в металлоизделиях, полученных контролируемой прокаткой и термо-механи-ческой обработкой. В этой новой технологии горячее де­формирование при пониженных температурах сообщает сульфидам марганца максимальную вытянутость. При разрушении таких изделий образуются слоистые изломы, которые, хотя и понижают температуру хрупкости по виду излома (так называемый сульфидный парадокс), однако резко уменьшают энергоемкость вязкого разрушения. Это особенно нежелательно для упомянутых конструкций типа оболочек, нагруженных пневматическим давлением, от которых требуется высокое сопротивление распространению протяженных «быстрых» вязких разрушений.

Как уже отмечалось, анизотропия пластичности сильно ограничивает пригодность стали к операциям холодной гибки, штамповки, глубокой вытяжки, заваль-цовки, способствуя преждевременному образованию трещин. Но наиболее губительно она сказывается на образовании ламелярных (пластинчатых) или слоистых

трещин при сварке. Они возникают в основном металле вблизи сварных швов под воздействием напряжений и термодеформационных циклов сварки и имеют характерное ступенчатое строение (рис. 1.3). Эти трещины часто поражают участки конструкции большой протяженности вдоль сварных швов (например в полке мостовой балки), нередко приводя в негодность все изделие. Согласно статистике с ламелярными трещинами связан большой ежегодный материальный ущерб в мировом производстве металлоконструкций, обусловленный непроизводительными затратами на устранение их последствий.

становлено, что для уменьшения анизотропии вязкости и пластичности следует добиваться по-возможности более низкого содержания в стали серы (например, не выше 0,010 %) и кислорода. Когда этого недостаточно (особенно для проката толщиной менее 20 мм с большой вытяжкой в одном направлении, в частности, для широкополосной стали) прибегают к направленному воздействию на химический состав, форму, размеры и распределение неметаллических включений - модифицированию [19]. Равномерно распределенные сульфидные включения компактной формы, слабо деформируемые при прокатке, образуются при введении в сталь небольших добавок металлов-модификаторов: циркония, титана, редкоземельных элементов (РЗМ) или кальция, а также модификаторов металлоидов: теллура или селена. Наиболее благоприятные результаты получают при модифицировании кальцием и его соединениями, а также кальцием в сочетании с РЗМ, так как в этом случае одновременно с модифицированием сульфидных включений достигается наиболее полное удаление включений глинозема.

Для оценки сопротивления стали вязкому разрушению пригодны характеристики предельной пластичности (еь о, у) и истинное сопротивление разрыву (у5^), получаемые при испытании на растяжение, в том числе на образцах, вырезанных из проката в направлении толщины, полные диаграммы деформирования в координатах истинные напряжения - истинные деформации, а также уровень ударной вязкости при вязком разрушении («верхнее плато» на температурной зависимости ударной вязкости).