CC BY
15
• 7universum.com
UNIVERSUM:
, ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ_июнь. 2022 г.
РАЗРАБОТКА ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ПОЛУЧЕНИЯ ТЕРМИЧЕСКИ УПРОЧНЕННОЙ СТЕРЖНЕВОЙ АРМАТУРОЙ СТАЛИ МАРКИ А500С И ИССЛЕДОВАНИЕ
МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ
Файзуллаев Джамал Сабаханович
самостоятельный соискатель ГУП «Фан ва тарацциёт», Ташкентский государственный технический университет, Республика Узбекистан, г. Ташкент E-mail: bozorboyev1983@mail.ru
Негматова Комила Сайибжановна
д-р техн. наук, проф. ГУП «Фан ва тарацциёт», Ташкентский государственный технический университет, Республика Узбекистан, г. Ташкент
Пирматов Рашид Хусанович
председатель Правления АО «Узметкомбинат», Республика Узбекистан, г. Ташкент
Негматов Сайибжан Садикович
академик АН Республики Узбекистан, научный консультант ГУП «Фан ва тарацциёт», Ташкентский государственный технический университет, Республика Узбекистан, г. Ташкент
Икрамова Мукаддас Эралиевна
д-р техн. наук, ст. научн. сотр., ГУП «Фан ва тарацциёт», Ташкентский государственный технический университет, Республика Узбекистан, г. Ташкент
Камолов Турсунбой Очилович
д-р техн. наук, ГУП «Фан ва тарацциёт», Ташкентский государственный технический университет, Республика Узбекистан, г. Ташкент
№ 6 (99)
DEVELOPMENT OF THE CHEMICAL COMPOSITION OF OBTAINING THE THERMALLY STRENGTHENED ROD REINFORCEMENT OF A500S STEEL AND STUDY OF MECHANICAL PROPERTIES
Jamal Fayzullaev
Independent applicant SUE "Fan va tarakkiyot", Tashkent State Technical University, Republic of Uzbekistan, Tashkent
Komila Negmatova
Doctor of Technical Sciences, Professor, State Unitary Enterprise "Fan va tarakkiyot" Tashkent State Technical University, Republic of Uzbekistan, Tashkent
Rashid Pirmatov
Chairman of the Board of JSC "Uzmetkombinat", Republic of Uzbekistan, Tashkent
Библиографическое описание: РАЗРАБОТКА ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ПОЛУЧЕНИЯ ТЕРМИЧЕСКИ УПРОЧНЕННОЙ СТЕРЖНЕВОЙ АРМАТУРОЙ СТАЛИ МАРКИ А500С И ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. Файзуллаев Д.С. [и др.]. 2022. 6(99). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/13998
• 7universum.com
UNIVERSUM:
, ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ_июнь. 2022 г.
Sayibjan Negmatov
Academician of the Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan, scientific consultant of the State Unitary Enterprise "Fan va tarakkiyot"
Tashkent State Technical University, Republic of Uzbekistan, Tashkent
Mukaddas Ikramova
Doctor of Technical Sciences, Senior Researcher, SUE "Fan va tarakkiyot", Tashkent State Technical University, Republic of Uzbekistan, Tashkent
Tursunboy Kamolov
Doctor of Technical Sciences, State Unitary Enterprise "Fan va tara^^iyot", Tashkent State Technical University, Republic of Uzbekistan, Tashkent
АННОТАЦИЯ
В статье рассматриваются результаты исследования по разработке химического состава получения термически упрочненной стержневой арматурой стали марки А500С и исследование ее механических свойств. Показано, что предложенный новый состав стали класса А500С обеспечивает лучшую свариваемость арматурного проката и улучшает механические свойства. Предложены метод горячей прокатки стали и способ производства арматурного проката повышенной прочности, одним из важных компонентов которого является ванадий для микролегирования в пределах 0,05-0,12%, что позволяет обеспечить повышение уровня прочности до 30%. Также приведены результаты механических испытаний бунтового арматурного проката и сравнительные данные механических свойств арматуры № 12.
ABSTRACT
The article discusses the results of a study on the development of the chemical composition of the production of thermally hardened A500C steel rod fittings and the study of their mechanical properties. It is shown that the proposed new composition of A500C class steel provides better weldability of rebar rolled products and improves mechanical properties. A method of hot rolling of steel and a method for the production of reinforced rolled products of increased strength is proposed, one of the important components of which is vanadium for microalloying in the range of 0.05 - 0.12%, which allows for an increase in the strength level up to 30%. The results of mechanical tests of rebar rebar rolled products and comparative data on the mechanical properties of rebar No. 12 are also presented.
Ключевые слова: термическая обработка, арматура, низкоуглеродистая марка стали, железобетон, пластичность, прокаливаемость, механическая прочность.
Keywords: heat treatment, reinforcement, low-carbon steel grade, reinforced concrete, ductility, hardenability, mechanical strength.
№ 6 (99)
Введение. В настоящее время по всему миру на строительных объектах получило распространение изделие из термоупрочненной арматуры класса А500С за счет своей многофункциональности с пределом текучести не менее 500 Н/мм2. С целью усилить прочность бетона арматура класса А500С может быть использована для производства всех возможных видов железобетонных конструкций. Один из наиболее перспективных путей повышения свойств арматурного проката - микролегирование стали ванадием с последующей термомеханической обработкой в потоке прокатного стана либо термическая обработка. Освоение новых экономичных видов продукции, в том числе и по требованиям зарубежных стандартов, также предопределило проведение исследовательско-внедренческих работ, всестороннее изучение механических, технологических и служебных характеристик проката после различных режимов обработки [4-6].
Строительная арматура представляет собой стальные стержни, которые в процессе строительства соединяют в каркас, способствующий созданию прочности всех элементов здания. Это чаще всего вспомогательная конструкция, которая помогает распределить нагрузки, увеличить несущую способность конструкции. Она применяется в строительстве железобетонных зданий и в устройстве фундамента, ригелях, колоннах и сплошных железобетонных плитных конструкциях и усиливает свойства бетона, не дает ему растрескаться. Обладает всеми требуемыми свойствами: прочностью, пластичностью, морозо - и жароустойчивостью, а также коррозийной устойчивостью [2; 7].
Стальная арматура бывает горячекатаная стержневая и холоднокатаная (холоднотянутая) проволочная. Наиболее широко применима горячекатаная стержневая арматура, имеющая вид длинного стержня с гладким или периодическим профилем (другими словами, с гладкой или ребристой поверхностью) [3].
№ 6 (99)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
июнь, 2022 г.
Арматура периодического профиля пользуется большим спросом, так как имеет лучшее соприкосновение с бетоном. Легирование производится путем введения в расплав дополнительных веществ, улучшающих физико-механические свойства стали. Так добиваются особой прочности металлических изделий, устойчивости к коррозии и износостойкости [1].
Целью исследования является разработка технологии получения термически упрочненной стержневой арматуры из стали марки А500С для железобетонных конструкций.
Объекты и методики исследования
Объектами исследования являются стали марки СтЗсп, СтЗГсп, элементы для микролегирования -ванадий, марганец, титан, метод горячей прокатки стали.
Полученные результаты и их обсуждение
На сегодняшний день в АО «Узметкомбинат» весь объем арматурного проката производится в горячекатаном состоянии. Требуемые механические
свойства арматурного проката обеспечиваются необходимым химическим составом стали. Следует отметить, что в последнее время сотрудники ГУП «Фан ва тараккиёт» ТГТУ совместно с инженерами и специалистами АО «Узметкомбинат» проводят исследования по разработке химического состава, микроструктуры, эффективных технологических процессов и режимов изготовления металлокомпо-зитного термоупрочненного арматурного проката класса А500С на основе местного сырья.
Известно, что во всем мире и в России в состав горячекатаной металлокомпозитной арматуры марки А500С входит низкоуглеродистая сталь марки СтЗсп, содержащая углерод не более 0,22%, марганец 0,16%, ванадий 0,12% и др.
В лабораторных условиях проведены исследования по разработке технологии получения термоме-ханически упрочненного бунтового арматурного проката. При этом исследованы различные химические составы металлической плавки № 120449 22С. На основании полученных результатов многочисленных исследований предложен новый оптимальный химический состав стали для изготовления арматуры № 12 класса А500С, микролегированный ванадием, который приведен в таблице 1.
Таблица 1.
Химический состав плавки № 120449 22С арматуры № 12 по ГОСТ 34028-2016
Массовая доля элементов в %, не более
C Mn Si P S Cr Ni Cu Ti As Al
0,23 0,73 0,98 0,019 0,028 0,10 0,14 0,22 0,031 0,054 0,009
В таблице 2 приведен предложенный нами химический состав стали для изготовления арматуры № 12 класса А500С, микролегированный ванадием.
Таблица 2.
Предлагаемый химический состав стали для изготовления арматуры № 12 класса А500С,
микролегированный ванадием
C Mn Si P S Cr Ni Cu Al N V
не более
0,23-0,27 0,73-0,82 0,6-0,70 0,030 0,030 0,30 0,30 0,22 0,009 0,03 0,05-0,12
Введение 0,05-0,12% ванадия (V) обеспечивает повышение прочности стали на 20% как в горячекатаном, нормализованном, так и после термического упрочнения. В легированных конструкционных сталях ванадий в основном используется для уменьшения размера зерна и повышения прочности стали.
Обычно он используется вместе с одним или несколькими легирующими элементами, такими как марганец, хром, молибден, вольфрам, и его содержание обычно составляет 0,07-0,30%, а некоторые достигают 0,40-0,50%. Горячекатаная оребренная арматура класса А500С, которую получают по технологии микролегирования ванадием, обладает хорошими комплексными свойствами и широко используется в строительстве. Основные преимущества:
высокая прочность, предел текучести - не менее 400 МПа, предел прочности - не менее 570 МПа; хорошие сварочные характеристики, подходят для различных методов сварки; соотношение прочности и текучести (отношение прочности на разрыв к пределу текучести) должно быть не менее 1,25. Кроме этого, обладает высокой прочностью и пластичностью, а также хорошими характеристиками изгиба [8].
Микролегирование ванадием позволяет уменьшить содержание углерода в стали, благодаря чему улучшаются пластичность, ударная вязкость и свариваемость. Присутствие в ванадиевой стали повышенного содержания азота дополнительно усиливает дисперсное упрочнение. Дисперсные выделения нитридов ванадия обеспечивают более высокий
№ 6 (99)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
июнь, 2022 г.
уровень прочности на 20% содержания ванадия, и это экономически выгодно для производства термо-механически упрочненного бунтового арматурного проката.
Отмечена малая чувствительность механических свойств к температуре окончания прокатки стали, микролегированной ванадием. Ванадийсодержащие стали хорошо свариваются и сохраняют повышенный уровень вязкости в зоне термического влияния. Замена углеродистых сталей ванадийсодержащими 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 пар-
тии была проведена прокатка арматуры с эффективным и экономичным профилем в бунтах № 12 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.
Были исследованы механические свойства и микроструктуры арматуры № 12 из стали класса А500С, результаты приведены в сводной таблице 3.
Таблица 3.
Механические свойства арматуры № 12 из стали с пониженным содержанием Мп и 81 с Т1
Режимы От, н/мм2 Ов, н/мм2 б5, % V м/с
начало середина конец начало середина конец начало середина конец
Горячекат. 350 390 540 550 28,5 29,0 12,5
Сред. 370 545 28,75
Микроструктура Средняя зона Поверхностная зона
Перлит + феррит Перлит + феррит
1 15 - 15 645 685 680 675 605640 720 745 750 750 690 710 20,5 19,5 18,0 17,5 24,5 22,0 12,5
Сред. на образцах 665 677,5 622,5 732,5 750 700 20,0 17,75 23,25
Сред. на плавку 655 723 20,0
Микроструктура Средняя зона Поверхностная зона
Перлит + феррит Перлит + феррит
2 10 - 10 645 630 650 665 610 585 710 715 720 740 690 675 19,5 24,5 19,5 21,0 22,5 22,0 12,5
Сред. на образцах 637,5 657,5 597,5 712,5 730 682,5 22,0 20,25 22,25
Сред. на плавку 631 708 21,5
Микроструктура Средняя зона Поверхностная зона
Перлит + феррит Перлит + феррит
3 10 - 15 665 655 680 670 620 630 750 730 760 740 700 740 21,019,5 21,019,5 23,024,0 12,5
Сред. на образцах 660 675 625 740 750 720 19,75 19,75 23,5
Сред. на плавку 653 737 21,0
Для сравнительного анализа в таблице 3 и в таблице 4 приведены результаты исследования на соответствие механических свойств экспериментального
проката арматуры класса А500С по ГОСТ Р 52544, прокатанной по режимам № 1, № 2, № 3.
№ 6 (99)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
июнь, 2022 г.
Таблица 4.
Сравнительный анализ прокатанной арматуры и арматуры класса А500С по ГОСТ Р 52544
Наименование показателя ГОСТ Р 5254 А500С Пл 141245
Режим№ 3 Режим № 4 Режим № 5
Размер периодического профиля проката № 12 № 12 № 12 № 12
Допустимые отклонения от номинальных значений площади поперечного сечения и массы 1 м длины, % ±5,0 -4,50 -4,46 -4,57
Высота поперечных ребер И, мм 0,7345-1,13 1,09
Шаг поперечных ребер, мм 4,52-11,3 8,6
Суммарное расстояние между концами поперечных ребер Zеi мм, не более 7,096 6,671
Минимальная относительная площадь смятия поперечных ребер периодического профиля fR, не менее 0,056 0,0696
Предел текучести, от, Н/мм2, не менее 500 605-685 585-665 620-680
Предел прочности, Ов, Н/мм2, не менее 600 690-750 675-740 700-760
Полное относительное удлинение при максимальном напряжении $5, %, не менее 14,0 17,5-24,5 19,5-24,5 19,5-24,0
Отношение Ов//От, не менее 1,08 1,104 1,122 1,129
Свойства при изгибе (в холодном состоянии до угла 180° вокруг оправки диаметром = 3ёы) Уд. Уд. Уд.
Выносливость, Н/мм2 150 Не испытали
Химический состав Табл. 2 Соответствует
Свариваемость (не менее 500 Н/мм2 в области сварного соединения) Ручная дуговая сварка по типу С23-Рэ по ГОСТ 14098) 4 режим 1 2 3 4 5 6
670 690 670 670 620 690
Полученная нами арматура, прокатанная по режимам № 1, № 2, № 3, соответствует требованиям ГОСТ Р 52544 класса А500С.
Заключения. Таким образом, в результате проведения экспериментальной прокатки арматура № 12, прокатанная по режиму № 1, № 2, № 3 по
механическим свойствам и химическому составу соответствует периодической арматуре класса А500С по ГОСТ Р52544. А также установлен упрочняющий эффект влияния микролегирования ванадием стали производства арматурного проката класса А500С улучшенной свариваемости.
Список литературы:
1. Болотников С.А., Кузькина Н.Н., Мурзин И.С. Особенности технологии производства заготовок из низкоуглеродистой стали на сортовой МНЛЗ // Металлург. - 2007. - № 7. - С. 59-62.
2. Влияние ванадия на механические и потребительские свойства свариваемой арматурной стали классов прочности А500С и А600С / Д.В. Домов, И.И. Франтов, А.Н. Серегин, А.Н. Борцов [и др.] // Металлург. - 2015. -№ 10. - С. 65-69.
3. Высокопрочные арматурные стали / А.П. Гуляев, А.С. Астафьев, М.А. Волкова [и др.]. М. : Металлургия, 1966. - 138 с.
4. Гуляев А.П. Металловедение. - М. : Металлургия, 1977. - 647 с.
5. Критерии оценки свариваемости арматурных сталей / Д.В. Домов, И.И. Франтов, А.Н. Борцов, О.О. Цыба // Металлург. - 2015. - № 5. - С. 58-62.
6. Мадатян С.А. Современный железобетон для эффективного строительства // Строительная газета. - 2013. -№ 35. - С. 4-5.
7. Производство арматуры большого диаметра с пределом текучести 500 Н/мм2 / А.И. Погорелов, А.Б. Юрьев, В.А. Недорезов [и др.] // Черная металлургия: Бюл. НТИ. - 2003. - № 6. - С. 40-42.
8. Файзуллаев Дж.С. Исследование и разработка технологии металлокомпозитной прокатки арматуры № 14 класса А500С по ГОСТ 52544 // Композиционные материалы. - 2021. - № 4. - С. 185-188.
