CC BY
23
гп ГГ [f.mrjwrvr,
2005-
АЛ
ЕТАЛЛУРГИЯ
л
The carried out team-work of NIIZHB and RUP "BMZ" enabled to receive new technological decisions at production of bale reinforcing bar, realization of which will increase reliability of reinforced-concrete constructions of buildings and installations.
У
В. А. МАТОЧКИН, В. В. САВИНКОВ, А. В. ГОНТАРЬ, В. И. ЩЕРБАКОВ, РУП«БМЗ»
УДК 621.771
ОСВОЕНИЕ ПРОИЗВОДСТВА ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКИ УПРОЧНЕННОГО АРМАТУРНОГО ПРОКАТА С ЭФФЕКТИВНЫМ И ЭКОНОМИЧНЫМ СЕЧЕНИЕМ, ЭКВИВАЛЕНТНЫМ ДИАМЕТРОМ 5,5-8,0 мм И ПРЕДЕЛОМ ТЕКУЧЕСТИ БОЛЕЕ 500 Н/мм2
До 1990 г. металлургическая промышленность производила в прокатном производстве бунтовую арматуру классов А-1, А-II, А-Ш диаметром 6,8,Ю и 12 мм по ГОСТ 5781-82. Эта арматура широко использовалась в практике проектирования и строительства. За годы перестройки в России объем строительства значительно уменьшился, а объем производства железобетона снизился примерно в 3 раза. Соответственно уменьшилась потребность в бунтовой арматуре малых диаметров. Бунтовая арматура по причине низкой рентабельности производилась в небольших объемах. Из-за отсутствия на внутреннем рынке России и стран СНГ бунтовой арматуры диаметром 6 и 8 мм класса А400 производители сборного и монолитного железобетона вынуждены были перейти на массовое применение арматурной проволоки класса Вр-1 диаметром 5 мм взамен арматуры №6 класса А400 и стержневой арматуры №10, 12 класса А400 взамен бунтовой арматуры №8 класса А400. Такая замена привела к увеличению трудоемкости, металлоемкости и, как следствие, стоимости строительства. Опыт применения арматурной проволоки класса Вр-1 показывает, что вследствие ее низкой пластичности нередки хрупкие разрывы в местах технологических перегибов и сварных соединениях.
Высокая пластичность арматурной стали является важным показателем при выборе класса арматуры для массового потребления. Применение арматурной стали с повышенной пластичностью значительно снижает риск прогрессирующего (лавинообразного) разрушения элементов железобетонных конструкций, что позволяет повысить надежность зданий и сооружений.
В последние годы наметился рост производства железобетона, в том числе и для сборного строительства. Освоено производство и применение в железобетонных конструкциях свариваемой арма-
туры класса А500С, внедрение которой взамен широко используемой арматуры класса А400 позволяет экономить в среднем 10% арматурной стали. Освоенный в России и странах СНГ сортамент арматуры класса А500С не включает диаметры 6 и 8 мм, потребность в которой достаточно велика.
Наиболее распространенным способом получения арматуры периодического профиля класса А500С диаметром 3-12 мм является холодное деформирование стали, которое, как правило, совмещенно с изготовлением арматурных сеток и других готовых изделий.
Получение холоднодеформируемой арматуры класса А500С диаметром 5,5, 8,0, 10,0, 12,0 мм из катанки низкоуглеродистой марки стали достаточно сложно. Как показали проведенные в НИИЖБ исследования, при достижении требуемого уровня прочности удлинения оказываются существенно ниже допустимых.
Наряду с освоением производства холодноде-формированной арматуры класса А500С на ряде металлургических предприятий делаются попытки прокатного производства этой арматуры (АО "Северсталь", Молдавский металлургический завод).
На РУП «БМЗ» на основе ранее выполненных совместно с НИИЖБ разработок начато освоение производства термомеханически упрочненного бунтового арматурного проката без существенного изменения технологии прокатки и производительности. Решение задачи заключается в получении профиля специальной формы поперечного сечения с более развитой поверхностью по сравнению с кругом равновеликой площади поперечного сечения (квадрат, гипоциклоида).
Предложенный профиль обеспечивает лучшую прокаливаемость сечения проката, повышает эффективность водяного охлаждения. Для оценки эффективности нового профиля на РУП «БМЗ»
была выполнена опытная прокатка равновеликих по площади поперечного сечения квадрата и круга диаметром 5,5 мм из стали марки СтЗсп. Результаты механических испытаний показали, что только за счет изменения формы поперечного сечения у термомеханически упрочненной катанки номинальным диаметром 5,5мм предел текучести может быть увеличен на 60—70 Н/мм2. С учетом полученных результатов были разработаны технические требования и подготовлены временные технические условия на опытные партии термомеханически упрочненного проката с эффективным поперечным сечением. Значения предела текучести и предела прочности в технических условиях должны быть не менее 420 и 550 Н/мм2 соответственно. Влияние нового профиля на механические свойства термоупрочненного арматурного проката решено было проверить на разных марках стали, а именно СтЗсп, СтЗГсп, 460В, 25Г2С.
В соответствии с техническими условиями на РУП «БМЗ» была осуществлена опытная партия арматурного проката с эффективным профилем номинальному диаметру 5,5 и 8,0 мм. Наилучшие результаты по уровню механических свойств получены у проката из стали марки 460В. Значения предела текучести арматурного проката диаметром 5,5 и 8,0 мм в среднем составляли 470 и 465 Н/мм2 соответственно. Относительный разброс (разница между максимальной и минимальной величинами, отнесенная к минимальной величине), характеризующий однородность свойств по длине витка, для предела текучести и временного сопротивления наименьший у проката из стали 460В (для 5,5 мм 24/15 Н/мм2; для 8,0 мм от/ов=21/16 Н/мм2) и наибольший из стали 25Г2С (для 5,5 мм от/ов=66/84 Н/мм2; для 8,0 мм ат/ав=37/99 Н/мм2). Обращает внимание высокий уровень относительного удлинения, среднее зна-
/;(тгггг:г кътжггхх /бк
-2 (34). 2005/ U U
чение которого превышает 30% у арматуры из стали 460В, что свидетельствует об определенном запасе пластичности полученного проката. В то же время у арматуры из стали 25Г2С средняя величина относительного удлинения составляет 20%. Достигнутый уровень механических свойств арматурного проката опытных партий превышает требования к арматуре класса А400 по СТО АСЧМ— 7-93, особенно по части пластических свойств. Значительный запас пластических свойств позволяет, сохраняя требуемый уровень пластичности (85>14%), повысить условный предел текучести.
Для облегчения внедрения арматурного проката с эффективным поперечным сечением в практику строительства без пересмотра существующих типовых проектов железобетонных конструкций необходимо решить задачу взаимозаменяемости арматуры одного класса прочности на арматуру другого класса с учетом всего комплекса требований, предъявляемых к арматурной стали.
С этой целью, учитывая технологические возможности РУП «БМЗ», предложено расширить сортамент арматурного проката по сравнению с ГОСТ 5781-82 и СТО АСЧМ 7-93 и принять за критерии взаимозаменяемости арматуры разных классов усилие, соответствующее пределу текучести и разрывное усилие. Для арматурного проката периодического профиля с учетом допусков на геометрические размеры поперечного сечения введено понятие расчетной площади поперечного сечения, которое применяется при проектировании железобетонных конструкций. Расчетная площадь поперечного сечения контролируется при приемке продукции нормированием линейной плотности проката. В табл. 1 приведены рекомендации по замене в железобетонных конструкциях арматуры класса А400С на арматуру класса А500С. Применение арматурного проката без пересчета сечений позволит получить экономию стали около 16%.
Таблица 1. Рекомендации применения арматуры класса А500С взамен арматуры класса А400С
Заменяемая арматура класса А400С Предлагаемая арматура класса А500С
оминальный диаметр азмер) Д,1, мм оминальная площадь сечения ,1,ММ2 Qu еС s н о <D £ £ <D К п К о зс > 12 Разрывное усилие Рв, кН 6 5 н и 1) н с; <Ц Г1 п S (U 5 X X ! Временное сопротивление разрыву gb, H/mm2 е- s св S _ ч s >S 5 3 ™ 1 'Н. X <D == S | | Расчетная площадь поперечного сечения Fp, мм2 сС S н о * « <D н <D К § Разрывное усилие Рв, кН i 6 к н 8 g Ч S X X Временное сопротивление разрыву ов, Н/мм2 X® О4
X Э X ^ Не менее X В Не менее
в 28,26 11,30 14,13 400 500 5,5 23,75 11,88 14,25 15,96
— - - — - 6 27,78 13,89 16,67 -
- _ - - - - 6,5 32,02 16,04 19,24 -
8 50,24 20,10 25,12 400 500 7 42,3 21,15 25,38 500 600 15,8
_ - - - 8 53,58 26,79 32,15 __
10 78,50 31,40 39,25 400 500 9 65,7 32,85 39,42 16,31
— - - - 10 79,8 39,9 47,88
.__12 113,04 45,22 56,22 400 500 11 95 47,5 57,0 15,96
- - - - - - 12 111,15 55,58 66,69 -
56
/А ггттгп г готшгггта
I 2 (34), 2005-
Освоение производства бунтового арматурного проката с эффективным поперечным сечением проводилось при меньшей примерно на 20—30% относительно проектной скорости прокатки, что обусловлено техническими возможностями существующего оборудования. Высокое гидросопротивление на первой стадии охлаждения водой при увеличении скорости прокатки и соответственно дополнительной интенсивности охлаждения приводит к увеличению разницы между скоростями прокатки и истечения воды и, как следствие, к ухудшению стабильности процесса — раскат застревает. Опробованная технология не обеспечивала выхода на проектную производительность стана при прокатке арматурной стали класса А500С.
Производство арматурного проката возможно различными способами в зависимости от технических возможностей производителя. Но на данном этапе наиболее приемлемым способом производства арматурного проката повышенной прочности для БМЗ является метод горячей прокатки стали, микролегированной ванадием в пределах 0,04— 0,10%, что позволит обеспечить повышение уровня прочности на 10—30%. Получение мелкого зерна и равномерно распределенных дисперсных частиц карбонитрида ванадия позволяет достигать высоких показателей прочности, что приносит заметные преимущества для строительной индустрии без ущерба другим эксплутационным свойствам.
Отмечена малая чувствительность механических свойств к температуре окончания прокатки стали, микролегированной ванадием. Ванадийсодержащи^ стали хорошо свариваются и сохраняют повышенный уровень вязкости в зоне термического влияния. Замена углеродистых сталей ванадийсодержа^ щими с повышенной прочностью должна быть выгодна как производителю (получение более высокой прибыли), так и потребителю (продукция с более высокой прочностью, дающая возможность уменьшить массу конструкции).
Для производства опытной партии была проведена прокатка арматуры с эффективным и экономичным профилем в бунтах №7 стали, микролегированной ванадием.
При прокатке заготовок изменяли режимы охлаждения арматуры водой перед и после проволочного блока, интенсивность воздушного охлаждения, а также скорость прокатки. Вес погонного метра образцов арматуры изменялся в пределах 0,300—0,313 кг при допустимых значениях 0,287—0,317 кг. Для определения изменчивости механических свойств бунтового арматурного проката были проведены испытания образцов по длине одного витка от бунтов, прокатанных при наиболее экстремальных режимах охлаждения. Результаты механических испытаний бунтового арматурного проката приведены в табл. 2.
Таблица 2. Механические свойства арматурного проката №7 по длине витков
Статистический показатель Предел текучести, Н/мм" Предел прочности, Н/мм2 Относительное удлинение 65, %
Бунт 1н Бунт 1 Он Бунт 1н Бунт Юн Бунт 1 н Бунт Юн
541 559 689 703 29,1 26,0
547 556 695 701 24,3 27,1
545 559 698 700 27,1 27,7
540 549 696 685 27,4 28,0
537 556 688 694 25,1 26,9
544 541 685 698 24,6 26,5
545 554 689 689 25,6 26,6
545 540 698 692 25,1 26,9
550 544 700 688 25,7 28,6
542 544 699 686 25,4 26,9
546 540 693 695 25,4 28,6
546 540 688 697 27,1 27,1
544 544 692 699 26,3 26,6
Макс 550 559 700 703 29,1 28,6
Мин 537 540 685 685 24,3 26
Разброс 13 19 15 18 4,8 2,6
Среднее 544 548 693 694 26,0 27,2
Ст. отклон. 3,34 7,61 4,96 5,95 1,34 0,80 ?
Механические свойства арматурного проката по длине витка изменяются мало. Так, предел текучести и прочности изменялся в пределах 13— 19 Н/мм2 при среднем значении 546 Н/мм2, а относительное удлинение 65 — в пределах 2,6— 4,8% при среднем значении, равном 26,6%.
Более того, для оценки эффективности микролегирования стали ванадием часть заготовок были прокатаны на стане 320 тройным слиттингом на стержневую арматуру №12. Для сравнения в табл. 3
Кроме того, данные таблицы показывают резерв увеличения предела текучести (класса арматуры) при использовании микролегирования стали ванадием. При максимальном использовании водяного охлаждения на стане 150 можно получить результаты, сопоставимые с результатами, полученными на стане 320. Однако существующие на стане 150 водяные форсунки оказывают заметное тормозящее действие при охлаждении периодической арматуры, приводят к «бурежке» раската в проволочном блоке и тем самым ограничивают увеличение подачи воды.
/ТГГТТгГ: ГГ Г^Г^/ОТПТГ? I KT
-2 (3«. 2005/ «lf
приведены статистические данные результатов механических испытаний аналогичной марки стали плавки №25732 (без ванадия), прокатанной на стане 320 с заготовками плавки №25733 по одному режиму.
Из таблицы видно значительное влияние микролегирования стали на механические свойства арматуры №12. Разница механических свойств между максимумом и минимумом значений на арматуре из стали, микролегированной ванадием, значительно меньше.
Использование стали, микролегированной ванадием, позволяет получить арматурный прокат с эффективным профилем номинальному диаметру 5,5— 8,0 мм класса А500С в приемлемом для оборудования стана 150 температурном диапазоне и практически при номинальной производительности.
Таким образом, совместная работа НИИЖБ и РУП «БМЗ» позволила получить новые технологические решения при производстве бунтового арматурного проката, реализация которого повысит надежность железобетонных конструкций зданий и сооружений.
Таблица 3. Сравнительные статистические данные механических свойств арматуры №12, прокатанной на стане 320
Статистический показатель Предел текучести 0т, Н/мм2 Предел прочности св, Н/мм2 Относительное удлинение 65, % Полное удлинение 6р,%
№25732 №25733 №25732 №25733 №25732 №25733 №25732 №25733
Макс. 577 661 652 736 25,5 22,3 14,2 11,7
Мин. 519 643 606 721 22,3 17,3 10,0 8,7
Среднее 542 653 627 729 23,8 19,6 12,1 9,6
Разброс 58 18 46 15 3,2 5,0 4,2 3,0
