CC BY
155
НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
УДК 621.785 Лебедев В.Н.
ОПЫТ ОСВОЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВА ВЫСОКОПРОЧНОЙ СТАБИЛИЗИРОВАННОЙ АРМАТУРЫ ДЛЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ШПАЛ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ
Арматурную сталь периодического профиля в настоящее время можно отнести к числу наиболее востребованных видов продукции на отечественном рынке метизов. В связи с этим, освоение технологии изготовления высокопрочной стабилизированной арматуры в условиях ОАО «ММК-МЕТИЗ» является одной из приоритетных задач для увеличения производства продукции, пользующейся спросом на рынке.
Рынок армирующих материалов испытывает дефицит качественной продукции, необходимой для производства железобетонных шпал нового поколения. Для получения проката с периодическим профилем с высокими физико-механическими свойствами в 2006 году приобретена новая итальянская линия фирмы "Mario Frigerio'' для производства высокопрочной стабилизированной арматуры. ОАО «ММК-МЕТИЗ» стал первым метизным предприятием в России, использующим новую технологию, уже апробированную за рубежом. Комплекс оборудования включает волочильный стан RI 120/8, который позволяет из подката получить проволоку-заготовку, и линию стабилизации ISF5, позволяющую осуществлять процесс нанесения профиля на проволоку-заготовку, отпуск в индукционной печи и формование пачек готового проката.
Единственным конкурентом в России по производству прутковой арматуры является Омутнинский металлургический завод ОАО «ОМЗ».
Потребитель заинтересован в получении арматуры высокого качества. Арматура, поставляемая ОАО «ММК-МЕТИЗ», в части структуры металла, механических характеристик (предел прочности, относительное удлинение, твердость), стойкости против коррозионного растрескивания, усталостной прочности, кривизны прутков, точности геометрических размеров отвечает всем современным требованиям потребителя.
Рис. 1. Прокат с двухсторонним периодическим профилем
Механические и реологические свойства проката, форма поперечного сечения, от которой зависят характеристики сцепления арматуры с бетоном, определяются способом ее производства и принятыми технологическими режимами. От способа производства зависят и затраты на изготовление высокопрочной арматуры, а следовательно, и ее стоимость.
Для освоения производства нового вида продукции была разработана технология изготовления проката диаметром 10,0 мм с двухсторонним и трехсторонним периодическим профилем в соответствии с требованиями технических условий ТУ 14-176-127 (рис. 1, 2).
Наиболее эффективным и простым способом повышения сцепления арматуры с бетоном является ее профилирование путем придания поверхности проката периодической формы.
Сцепление арматуры с бетоном не является вполне жестким; при приложении нагрузки только к арматуре или только к бетону в некоторых зонах происходят взаимные смещения арматуры и бетона.
Существует много работ по исследованию изменения механических свойств при нанесении периодического профиля жшодной деформацией. В этих работах авторами исследовались изменения механических свойств холодно деформированной с высокими суммарными степенями деформации проката при нанесении на нее различных видов периодических профилей [1]. Целью этих исследований, в первую очередь, являлось сохранение комплекса механических свойств, полученных предварительной холодной пла-
Рис. 2. Прокат с трехсторонним периодическим профилем
Опыт освоения производства высокопрочной стабилизированной арматуры..
Лебедев В.Н.
стической деформацией при формировании на гладкой поверхности периодического профиля.
Для обеспечения необходимой прочности и жесткости сцепления арматуры с бетоном, для ее более надежной анкеровки в бетоне, а также с целью минимального влияния профиля на механические свойства необждимо обеспечить плавную конфигурацию вмятин, чтобы радиус сопряжения не создавал концентраций напряжений в металле.
Основными параметрами профиля, определяющими качество сцепления, следует считать глубину, шаг поперечных ребер и ширину вмятин. При этом необждимо учитывать, чтобы принятые допуски на глубину и шаг профилировки не приводили к резким колебаниям качества сцепления.
Наличие анкерующих выступов снижает пластические характеристики и усиливает отрицательное воздействие исследованных факторов на их уровень. Это свидетельствует о том, что геометрия трехстороннего периодического профиля обеспечивает достаточно плавное сопряжение анкерующих выступов с поверхностью проката.
Для контроля глубины вмятины используется индикатор часового ИЧ-10 по ГОСТ 577 с ценой деления 0,01 мм в комплекте с измерительной стойкой типа С-1У поГОСТ 10197.
Технологический процесс производства проката диаметром 10,0 мм с периодическим профилем для армирования предварительно напряжённых железобетонных шпал включает в себя:
- травление и подготовку поверхности г/к подката к волочению;
- волочение г/к подката диаметром 15,0 или 16,0 мм на проволоку-заготовку диаметром 10,0 мм на прямоточном волочильном стане;
- нанесение двух- или трехстороннего периодического профиля на линии стабилизации;
- отпуск в индукционной печи при температуре 390-410°С с дальнейшим интенсивным охлаждением водой и удалением влаги с поверхности;
- натяжение проката с периодическим профилем;
- резку прутков на мерные длины;
- формирование пачек прутков.
Для получения необходимого комплекса механических и пластических свойств при производстве высокопрочной стабилизированной арматуры немаловажную роль играет выбор диаметра г/к подката, его химиче-
ский состав. Также определяющую роль оказывает качество подката: однородная структура и заданный комплекс механических свойств. Наиболее благоприятной для последующего волочения является структура мелкодисперсной ферритоцементитной смеси с межпла-стинчатым расстоянием, соответствующим параметрам сорбита. Получение такой структуры в условиях прокатного передела возможно при контролируемом охлаждении катанки в виткахпо методу Стелмора.
Пуск прямоточного стана и линии стабилизации осуществлен на привозном сырье - г/к прокат итальянского производства диаметром 15,0 мм и заготовка диаметром 10,0 мм стали марки 85СгУ. В соответствии с Комплексной программой по разработке и совершенствованию технологии производства г/к проката ОАО «ММК» и ОАО «ММК-МЕТИЗ» было разработано техническое соглашение ТС 14-101-621 на прокат круглого сечения диаметром 10,0-18,0 мм из стали, легированной элементами - хромом, ванадием, алюминием.
Химический состав, легирование стали, требования к микроструктуре и величине неметаллических включений рекомендованы фирмой МГЬ - поставщиком оборудования при пуске линии и освоении производства прутков. Химический состав г/к проката стали марки 85ФЮ, 85ХФЮ по ТС 14-101-621 и г/к проката итальянского производства стали марки 85СгУ приведен в таблице.
Для того, чтобы сталь приобрела те или иные физико-механические свойства, в нее вводят различные легирующие элементы. Далеко не всегда можно точно сказать, почему та или иная легирующая добавка придает стали определенные качества.
Ванадий придает стали такие качества, как прочность, легкость, устойчивость к воздействию высоких температур. Широкий диапазон полезных свойств объясняется тем, что расплавленная сталь поглощает много газов, прежде всего кислорода и азота. Когда металл остывает, газы остаются в слитках в виде мельчайших пузырьков. При ковке пузырьки вытягиваются в нити (волосовины) и прочность слитка в разных направлениях становится неодинаковой. Ванадий, введенный в сталь, активно реагирует с кислородом и азотом, продукты этих реакций всплывают на поверхность металла жидким шлаком, который удаляется в процессе плавки. Тем самым повышается прочность отливок, оставшийся ванадий раньше других элементов взаимодействует с растворенным в стали углеродом, образуя твердые и жаростойкие соединения - карбиды. Карбиды ванадия плохо растворяются в железе и неравномерно распределяются в нем, препятствуя образованию крупных кристаллов. Сталь получается мелкозернистой, твердой и ковкой. Структура ванадиевой стали сохраняется и при высоких температурах. Мелкокристаллическая структура обуславливает высокую ударную
Химический состав г/к проката стали марок 85ФЮ, 85ХФЮ
Содержание элементов, %
Марка стали С Мп БІ Б Сг ІЧІ р АІ V
Не более
850гУ Италия 0,83 0,79 0,25 0,004 0,27 0,06 0,015 0,03 0,102
85ФЮ ОАО <ММК» 0,85-0,90 0,40-0,70 0,37 0,025 0,10 0,10 0,025 0,010-0,040 0,06-0,15
85 ХФЮ ОАО <ММК» 0,85-0,90 0,40-0,70 0,37 0,015 0,20-0,30 0,10 0,020 0,010-0,050 0,06-0,15
Рис. 3. Тянущие кабестаны
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
1319,7 3 1232.37
У л
/
/
/
/
/ 71,83
А Г
2007
2008
2009
Период год
Рис. 4. Рост объема выпуска проката периодического профиля диаметром 10,0 мм в ОАО «ММК-МЕТИЗ»
вязкость и большую усталостную прочность ванадиевой стали [2].
Алюминий, введенный в сталь, активно удаляет азот, связывая его в нитриды, и тем самым повышает устойчивость стали против старения [3].
Хром - один из самых твердых металлов, который обладает высокой химической стойкостью. Хром -один из важнейших металлов, используемых в производстве легированных сталей. Хром увеличивает пределы прочности и текучести, твердость стали, снижает вязкие характеристики - относительное удлинение, число перегибов. Присадка хрома приводит к заметному измельчению зерна, что существенно повышает ударную вязкость. Как легирующий элемент хром -сильный карбидообразующий элемент, повышающий износостойкость стали [3]. Также сталь, легированная хромом, обладает стойкостью против коррозии в аг-рессивныхи окислительных средах [2].
В последние годы за рубежом для производства высокопрочной арматурной проволоки получил широкое распространение способ, который заключается в одновременном механическом нагружении проволоки и ее термической обработке. Такое одновременное воздействие обеспечивает получение высоких упругих и рео-логических свойств в сочетании с высокими пластическими характеристиками. Релаксационная стойкость арматуры повышается при этом в три-четыре раза и очень мало изменяется с течением времени. Все это позволяет условно называть изготовленную таким образом проволоку стабилизированной, а способ получения ее - стабилизацией.
Натяжение проволоки-заготовки осуществляется за счет рассогласования скоростей вращения двух пар тя-
нущих кабестанов (рис. 3). Натяжение контролируется и управляется с помощью тензометра.
В процессе отработки технологии производства прутковой арматуры на линии стабилизации были опробованы различные технологические режимы за счет варьирования параметров: скорости, тяги, температуры.
Для настройки прямолинейности на прутках регулировалось положение рихтовок, на прокате контролировались овальность, кривизна, параметры периодического профиля.
На данный момент основным потребителем прутковой арматуры является Челябинский завод ЖБШ филиала ОАО «РЖД», в адрес которого были отгружены опытные партии проката с двухсторонним и трехсторонним периодическим профилем.
В результате переработки опытных партий на ЧЗЖБШ были замечания по величине относительного удлинения и параметрам периодического профиля. Замечания были устранены в процессе отработки технологии производства прутковой арматуры; внесены корректировки по параметрам периодического профиля в технические условия, после чего изготовлена опытнопромышленная партия.
Испытания опытных образцов шпал типа Ш1-4*10, армированных прокатом с двухсторонним и трехсторонним периодическим профилем производства ОАО «ММК-МЕТИЗ», показали соответствие установленным требованиям.
Рост объема выпуска проката периодического профиля диаметром 10,0 мм в ОАО «ММК-МЕТИЗ» с момента освоения нового вида продукции представлен на графике (рис. 4).
При закупке второй линии оборудования и при полном освоении производства объем производства жлоднодеформированного проката с периодическим профилем возрастет до 1500 т/мес. При этом экономическая эффективность составит 22,0 млн руб./год.
Список литературы
1. Прыкин Б.ВБойко В.ЕДробог В.В. Технологическое проектирование арматурного производства. Киев, 1977. 196 с.
2. Популярная библиотека химических элементов: сайт. URL: http//www.n-t.ru/ri/ps/pb023.htm (хром и ванадий).
3. Коковихин Ю.И. Технология сгалелроволочного производства. Киев, 1995.
4. Никифоров Б.А., Харитонов В.А., Киреев Е.М. Производство высокопрочной арматурной проволоки: учеб. пособие. Свердловск, 1982. 96 с.
5. Юхвец ИА. Производство высокопрочной проволочной арматуры. М.: Металлургия, 1973. 264 с.
List of literature
1. Prykin B.V., Boiko V.E., Drebot V.V. reinforcement production process engineering. Kiev, 1977. 196 p.
2. Popular library of chemical element: website. URL:
http//www.nt.ru/ri/ps/pb023.htm (chromium and vanadium).
3. Kokovihin Y.I. Steel wire production technology. Kiev, 1995.
4. Nikiforov B.A., Haritonov V.A. Kireev E.M. Production of high-strength reinforcement wire. Tutorial. Sverdlovsk, 1982. 96 p.
5. lyhovec I.A. Production of high-strength wire reinforcement. Moskow: Metallurgy, 1973. 264 p.
