CC BY
94Аннотация. В статье приведен квалиметрическая оценка качества арматурного проката, производимого в условиях СПЦ АО «АрселорМиттал Темиртау». Выявлено, что качество механических свойств не самым решающим образом зависит от качества химического состава; существенное влияние на качество оказывают также технологические параметры.
Ключевые слова: сортовой прокат, арматурный профиль, качество металлопродукции, квалиметрия, комплексная оценка качества.
УДК 621.771
Кривцова О.Н., Гун Г.С., Кузьминова Н.Ю., Панин Е.А., Насонов А.И.
КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА КАЧЕСТВА АРМАТУРНОГО ПРОКАТА, ПРОИЗВОДИМОГО В УСЛОВИЯХ АО «АМТ»
Введение. Сортовой прокат характеризуется множеством показателей качества, каждый из которых может служить критерием для выбора параметров технологического процесса, хотя математически правильная постановка задачи оптимизации требует наличия одного критерия. Совершенствование технологического процесса прокатки, заключающегося в выборе оптимальных параметров, предполагает наличие взаимосвязи их с некоторым комплексным критерием К0, учитывающим группу показателей качества. Для определения этой зависимости необходимо решить задачу приведения показателей качества проката (в соответствии со стандартом) к комплексному критерию К0 и установить взаимосвязь комплексного критерия с параметрами технологии по экспериментальными данным или теоретическим формулам.
Суммируя требования, предъявляемые в настоящее время к качеству сортового проката, можно на основании методов квалиметрии построить иерархическую совокупность свойств [1]. Используем для этого табличную форму дерева свойств, рекомендуемую [2].
В данной работе ставилась задача однозначно и комплексно оценить качество арматурного профиля единым числовым показателем с учетом всех его свойств, производимого на непрерывном 16-ти клетевом сортовом стане 320 в СПЦ АО «АрселорМиттал Темиртау». Квалиметрическое исследование качества арматурного проката периодического профиля проводили, собрав опытные образцы арматурного проката из сталей марок 35ГС, 25Г2С и Ст5пс диаметрами от 10 до 32 мм в период с июля по август 2014 года.
Методы исследования. Для комплексной оценки качества арматурного проката использованы данные сдаточных испытаний 169 периодических профилей. В соответствии с материалами [3], выполнили разбиение на три кластера (мелкие, средние и крупные профили) следующим образом: 010-16мм, 018-22мм и 025-32мм. Учитывая абсолютное большинство мелких профилей в генеральной совокупности, разделили группу мелких профилей еще на 2 части: 01О-12мм и 014-16мм. (табл. 1), получив окончательно 4 выборки.
Таблица1 Выборки, отсортированные
по размерам про< шля
Группа профилей 10-12 14-16 18-22 25-32
Объем выборки 60 54 30 25
В качестве показателей, характеризующих качество арматурного проката выбраны: химический состав металла по содержанию основных элементов - углерода (С, %), марганца (Mn, %), кремния (Si, %), хрома (Cr, %), никеля (Ni, %), меди (Си, %), алюминия (А1, %), содержание вредных примесей азота (N, %), серы (S, %) и фосфора (Р, %), а также показатели важнейших механических свойств -предел текучести (оТ, МПа), предел прочности (оВ, МПа), относительное удлинение (5S, %). Химический состав и свойства стали проверялись на основании Меморандума о сотрудничестве совместно с ЦЗЛ АО «АМТ» на соответствие требованиям ГОСТ 5781-82 и ГОСТ 10884-94. Исследуемые марки сталей широко используют на АО «АрселорМиттал Темир-
тау» для производства арматурного проката периодического профиля.
В соответствии с рекомендациями [4, 5] в табличной форме сформировали дерево свойств арматурного проката периодического профиля. Значения коэффициентов весомостей а^ определялись на основе рекомендаций различных литературных источников с согласованием работников ЦЗЛ АО «АМТ».
Для расчета дифференциальных оценок качества по [2] использовали требования ГОСТ
и гЧЧГ^ (табл.2 и 3).
5781-82 в качестве У ™П ч
Т.о., с использованием указанных данных на всех уровнях дерева свойств определили дифференциальные оценки качества арматурного проката периодического профиля из стали марки 35ГС для четырех размерных групп. Оценка на нулевом уровне является
итоговым комплексным показателем качества группы данных номеров профилей.
Таблица 2 Требования ГОСТ5781-82 к массовой доле элементов стали 35ГС,
С Mn Si А1 Сг № S Р СЪ
0,300,37 0,801,20 0,600,90 0,0010,015 не более
0,30 0,30 0,045 0,040 0,30
Результаты исследования и их обсуждение. Для удобства сопоставления результатов, полученных при анализе разных размерных групп проката, все показатели качества представили на одной столбчатой диаграмме (рис. 1).
Таблица 3
Требования ГОСТ5781-82 к механическим свойствам
Класс арматурной стали Диаметр профиля, мм Марка стали Предел текучести, ОТ, МПа Временное сопротивление разрыву, ОВ, МПа Относительное удлинение, 5s, %
А-Ш ^400) 6-40 35ГС 25Г2С 32Г2Рпс 390 590 14
14-16 18-22
Группа профилей, мм
□ Ко - комплексный показатель качества проката
□ Кхим - частный показатель качества химического состава
□ Кмех - частный показатель качества механических свойств Рис.1. Показатели качества групп проката из стали марки 35ГС
Как видно из рис. 1 у арматурного проката из стали марки 35ГС качество механических свойств не напрямую зависит от качества химического состава. Например, самый низкий показатель "Кхим" соответствует самому высокому значению "Кмех" в группе крупных профилей 025-32 мм, в то время как в группе мелких профилей 010-12 мм очень низкое значе-
ние "Кмех" соответствует второму по величине показателю "Кхим". Самое низкое комплексное качество имеет группа мелких профилей с номерами 10 и 12 мм. Для того чтобы выяснить, как складывается качество группы, по этой же методике рассчитали качество проката каждого номера профиля в отдельности (рис. 2).
14 16 18 20 Диаметр профиля, мм
□ Ко - комплексный показатель качества проката
□ Кхим - частный показатель качества химического состава
□ Кмех - частный показатель качества механических свойств
Рис. 2. Показатели качества отдельных профилей проката из стали марки 35ГС
Из рис. 2 видно, что наиболее стабильным, имеющим минимальный разброс значений, является качество химического состава стали. В то время как качество механических свойств разных номеров профилей заметно различается. При этом профиль номер 14 имеет самое равномерное качество, его показатели имеют близкое значение.
Низкое качество первой размерной группы профилей объясняется тем, что и 10 и 12 номера имеют самые плохие показатели по механическим свойствам при сравнительно хорошем химическом составе стали. У профилей номеров 22 и 28 наблюдается обратная ситуация: чем хуже химический состав стали, тем лучше показатели механических свойств.
Возникшее противоречие можно объяснить влиянием на механические свойства проката не столько химического состава стали, сколько соблюдение норм технологического процесса изготовления проката.
Полученные результаты согласуются с материалами [6]. Можно сделать вывод о необходимости включения в расчет оценки качества и технологические параметры, например, температуру самоотпуска металла на холодильнике и скорость конца прокатки в последней клети.
С учетом вышесказанного провели оценку качества арматурного проката из низколегированной марки стали 25Г2С. В табличной форме сформировали дерево свойств арматурного проката периодического профиля.
Для расчета дифференциальных оценок качества также использовали требования стандартов ГОСТ 5781-82 и ГОСТ 10884-94 в каче-
„ „min
стве граничных условий Г,
ч
4, 5).
„max , г Г, (табл.
Таблица 4 Требования ГОСТ 5781-82 к массовой доле элементов в стали 25Г2С,
С Mn Si Сэкв S Р
0,200,29 1,201,60 0,600,90 не менее не более
0,4 0,045 0,045
В качестве граничных условий значений технологического параметра (температура самоотпуска) использованы рекомендации производственной Технологической инструкции, а
именно = 540°С и Г^Х =620°С.
Таблица 5
Требования ГОСТ 10884-94 к механическим свойствам
Класс арматурной стали Диаметр профиля, мм Марка стали Предел текучести, аТ, МПа Временное сопротивление разрыву, аВ, МПа Относительное удлинение, 5s, %
Ат600 Ат600С (Ат-IV) 10-40 20ГС, 25Г2С 35ГС 600 800* 12*
* Согласно примечания к табл. 4 ГОСТ 10884-94 для арматурной стали класса Ат600С допускается снижение временного сопротивления разрыву на 50 Н/мм2 ниже норм, установленных таблицей, при увеличении относительного удлинения 58 на 2 % (абс.).
Окончательно приняв граничные усло-
„min п-^ът „min , .„/ вия Г2 12 ='50 МПа и Г2 13 =14%, по полученным данным выполнили расчет дифференциальных и комплексной оценки качества проката из стали марки 25Г2С.
Для удобства сопоставления результатов представили полученные данные в виде столбчатой диаграммы (рис. 3).
Ко Кхим Кмех Ктех
Рис. 3. Показатели качества проката из стали марки 25Г2С
Данные рис. 3 наглядно показывают 55% расхождение в значениях показателей качества химического состава и уровня механических свойств, при хорошем значении качества технологического параметра, что сильно снизило комплексный показатель в целом.
Иерархическая совокупность
Аналогичным образом проведена оценка качества арматурного проката из углеродистой марки стали Ст5пс. В табличной форме сформировали дерево свойств арматурного проката периодического профиля (табл. 6).
Таблица 6
свойств проката из стали Ст5пс
i = 0 i = 1 1 = 2
Содержание углерода (С, %) г21 ; а = 0,2
£ Химический Содержание марганца (Мп, %) г22 ; а = 0,15
1 л анализ Содержание кремния (81, %) г2.3 ; а = 0,2
I k1.1 ; а = 0,2 Величина углеродного эквивалента (Сэкв)
о & о г2.4 ; а = 0,25
Физический предел текучести (аТ, МПа)
о и Механические свойства k12 ; а = 0,5 г25 ; а = 0,4
а ¡у S Временное сопротивление (стВ, МПа) г26 ; а = 0,3
& Относительное остаточное удлинение (85, %)
« н г27 ; а = 0,3
о (D Параметры технологии k13 ; а = 0,3 Температура самоотпуска г2.8 ; а = 0,3
а Скорость в последней клети г29 ; а = 0,35
Расход воды (общий) г210 ; а = 0,35
Используя требования стандартов ГОСТ 380-2005 и ГОСТ 10884-94, а также технологической инструкции ТИ 01-2014 в качестве гра-
„ „min „max , _ _ ничных условий r ■ и Г ■ (табл. 7-9), рас-
Ч Ч
считали дифференциальные оценки качества.
Согласно п.5.3 ГОСТ 10884-94 для свариваемой арматурной стали класса прочности Ат500С углеродный эквивалент должен быть
не менее 0,40%, тогда г™п = 0,40% и r™" =0,50%.
Таблица 7
Требования ГОСТ 380-2005 к массовой доле элементов в стали 25Г2С,
С Mn Si
0,20-0,29 1,20-1,60 0,60-0,90
Таблица 8
Требования ГОСТ 10884-94 к механическим свойствам горячекатаной термически
упрочненной арматуры
Класс арматурной стали Диаметр профиля, мм Марка стали Предел текучести, аТ, МПа Временное сопротивление разрыву, аВ, МПа Относительное удлинение, 5s, %
Ат500С 6-40 Ст5сп Ст5пс 500 600 14
Таблица 9
Требования ТИ 01-2014 к первоначальной настройке системы термического упрочнения арматурного проката
Марка стали Диаметр, мм Скорость прокатки, м/с Класс арматуры Расход воды, м /ч Температура самоотпуска (°С) при углеродном эквиваленте, %
0,42 - 0,46% 0,47 - 0,51%
Ст5сп Ст5пс 16 7,7 Ат500С 270 570-600
8,4 310-370 560-580 560-580
С использованием указанных данных на всех уровнях дерева свойств определили дифференциальные оценки качества термически упрочненного арматурного проката периодического
Как видно из материалов рис. 4 качество арматурного проката по механическим свойствам находится на достаточно высоком уровне.
Выводы. Квалиметрическая оценка качества арматурного проката, производимого в условиях СПЦ АО «АрселорМиттал Темир-тау» показала, что качество механических свойств не решающим образом зависит от качества химического состава. Существенное
Для удобства сопоставления результатов представим полученные данные в виде столбчатой диаграммы (рис. 4).
влияние на качество оказывают также технологические параметры.
Список литературы
1. Найзабеков А.Б., Талмазан В.А., Шмидт Н.Ю. Квалиметрия в обработке металлов давлением. - Темиртау, 2002 - 101 с
2. Жадан В.Т., Маневич В.А. Совершенствование технологии прокатки на основе комплексных критериев качества. - М.: Металлургия, 1989 - 96с.
3. О. Krivtsova, A. Root, G. Sivyakova, N.
профиля из стали марки Ст5пс.
Рис. 4. Показатели качества проката из стали марки Ст5пс
Kuzminova, E. Panin. Rational form of pre-calibers at rolling of reinforcing steel // Archives of materials science and engineering, March 2014 Vols.66. pp. 3944.
4. Кривцова О.Н., Панин Е.А., Кузьминова Н.Ю., Насонов А.И. Оценка качества арматурной стали СПЦ АО «АМТ» // Современная металлургия начала нового тысячелетия. К 80-летию НЛМК: сб.науч.тр. МНПК. 2014.Ч.2 - С.26-33.
5. Кривцова О.Н., Сейсембинов Т.С., Най-забеков А.Б., Насонов А.И. Quality of Reinforcing Steel of JSC "Arselor Mittal Temirtau" // 5th International conference on Frontiers of Manufacturing and Design Science (ICFMD 2014), Hong Kong. - p.62.
6. Кривцова О.Н., Талмазан В.А., Кузьминова Н.Ю., Широкова Е.В. Оценка влияния химического состава на механические свойства арматурного проката из стали марки 35ГС // XVI МНК «Новые технологии и достижения в металлургии и инженерии материалов и процессов», 2015. С. 182185.
7. Чукин М.В., Корчунов А.Г., Бакшинов В.А., Барышников М.П., Гун Г.С., Долгий Д.К., Ефимова Ю.Ю., Колокольцев В.М., Копцева Н.В., Куранов К.Ю., Лебедев В.Н., Мезин И.Ю., Полякова М.А., Чукин В.В. Производство высокопрочной стальной арматуры для железобетонных шпал нового поколения./ Под общей редакцией М.В. Чукина, М.: Металлургиздат, 2014.-276 с.
8. Закиров Д.М., Осипов Д.С., Гун И.Г., Сабадаш А.В., Овчинников С.В., Майстрено В.В., Мезин И.Ю. Применение логики антонимов для комплексного анализа качества автомобильного крепежа. Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2010. №4. С.57-62.
9. Гун И.Г. Квалиметрическая оценка и повышение результативности сквозной технологии и системы менеджмента качества производства шаровых пальцев: монография/ Гун И.Г., Михайловский И.А., Осипов Д.С. Министерство образования и науки Российской федерации, Федеральное агентство по образованию, ГОУ ВПО «МГТУ им. Г.И. Носова», Магнитогорск, 2008.
10.Гун И.Г. Комплексная оценка эффективности процессов производства шаровых пальцев: мо-
нография / И.Г. Гун, Г.Ш. Рубин, В.В. Сальников и др. Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2008. 133 с.
11. Гун И.Г., Михайловский И.А., Осипов Д.С., Сальников В.В. Комплексная оценка результативности сквозных технологий производства с использованием логики антонимов на примере шаровых пальцев. Магнитогорск: «МГТУ им. Г.И. Носова», 2005. Т.1.
12. Гун Г.С. Создание и развитие теории квалиметрии металлургии / Г.С. Гун, Г.Ш. Рубин, М.В. Чукин, И.Ю. Мезин, А.Г. Корчунов // Вестник Магнитогорского технического университета им. Г.И. Носова. 2003. №5. С.67.
13. Рубин Г.Ш. Комплексная оценка качества стальной канатной проволоки / Г.Ш. Рубин, Г.С. Гун, Е.А. Пудов // Сталь. 1983. № 1. С. 56.
14. Гун Г.С. Оптимизация процессов ОМД по комплексному критерию качества/ Г.С. Гун, Е.А. Пудов, Иванова Л.Б. // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 198. №8. С.62.
15. Гун Г.С. Управление качеством в метизном производстве / Г.С. Гун, М.В. Чукин, Г.Ш. Рубин // Металлургические процессы и оборудование. 2013. №4(34). С. 106-111.
16. Рубин Г.Ш. Разработка теории квалимет-рии метизного производства / Г.Ш. Рубин, М.В. Чукин, Г.С. Гун, Д.М. Закиров, И.Г. Гун // Черные металлы. 2012. №7. С. 15-20.
17. Ушаков, С.Н. Высокопрочная арматура для железобетонных шпал нового поколения / С.Н. Ушаков, М.В. Чукин, Г.С. Гун, А.Г. Корчунов, М.А. Полякова // Путь и путевое хозяйство. 2012. № 11. С. 25-27.
18. Чукин М.В. Особенности реологических свойств конструкционных наносталей / М.В. Чу-кин, А.Г. Г.С. Гун, М.П. Барышников, Р.З. Валиев, Г.И. Рааб // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2009. №1. С.24-27.
19. Клековкина Н.А., Клековкин А.А., Ни-кировов Б.А., Гун Г.С., Корчунов А.Г., Зюзин В.И., Кулеша В.А., Савельев Е.В., Белалов Х.Н. Производство стальной проволоки. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. МГТУ им. Г.И. Носова, 2015.
