|
В Основных направлениях
экономического и социального развития СССР на 198G—1990 годы и на период до
2000 года предусмотрено дальнейшее расширение промышленного и гражданского
строительства. Железобетон является основным конструкционным материалом в
капитальном строительстве, при этом ежегодное потребление арматурной стали и
закладных деталей достигает 13 млн. т, а удельный расход металла на 1 м3 железобетона составляет в среднем 70, кг. Используемый в железобетонных изделиях металл не
возвращается в виде лома и поэтому ие подлежит возврату в производство из
металлофонда страны. В связи с этим необходимо экономно расходовать сталь за
счет увеличения ее прочности. Особенно эффективно использование высокопрочных
арматурных сталей в изделиях, конструкциях и сооружениях из предварительно
напряженного железобетона, получающих все более широкое применение. Так,
применение термоупрочнеиной арматуры с прочностью 600—1300 МПа за счет
повышения расчетных сопротивлений позволяет снизить расход металла на 20—55%,
что дает экономический эффект 36 руб/т готового проката.
Промышленное производство термоупроченной арматурной стали
с отдельного нагрева с применением электрического или печного нагрева связано
с большими капитальными и эксплуатационными затратами, высоким расходом
энергетических ресурсов.
Известно, что при термическом упрочнении стержневой
арматурной стали с электронагрева на установках электротермического
упрочнения для нагрева металла под закалку и отпуск расходуется 350 кВт«ч
электроэнергии на 1 т. При термическом упрочнении с печного нагрева также
требуется расходовать много тепловой энергии — 75 кг условного топлива на 1 т проката. Поэтому при производстве, например, 500 тыс. т в год
термически упрочненной арматурной стали с прокатного нагрева но сравнению с термическим
упрочнением ее с электрического или печного нагрева ежегодно экономится 169,5
млн. кВт-ч электроэнергии или 37 тыс. т условного топлива (у. т.).
Для решения проблемы обеспечения строительной индустрии
СССР термически упрочненной арматурой повышенной и высокой прочности Институт
черной металлургии Минче'рмета СССР (ИЧМ) в содружестве с металлургическими
предприятиями впервые в мировой практике создал технологические линии,
оборудование и новые марки стали для организации промышленного производства
термически упрочненной арматуры в потоке прокатки с использованием тепла
нагрева под прокатку.
В результате выполнения совместно с
Научно-исследовательским институтом бетона и железобетона Госстроя СССР
(НИИЖБ) большого объема исследований и опытно-конструкторских работ построены
и дают продукцию промышленные установки термического упрочнения арматуры на
Криворожском, Череповецком, Западно-Сибирском и Макеевском металлургических
комбинатах. С целью улучшения географии размещения мощностей по производству термоупрочнен-
ного проката, уменьшения дальних и встречных перевозок и дальнейшего
расширения производства термически упрочненной арматуры строятся или
проектируются промышленные установки в потоке станов на Челябинском
металлургическом комбинате, Узбекском и Петровско-Забайкальском
металлургических заводах, а также на Белорусском, Молдавском и
Дальневосточном мини-заводах.
Разработке новых технологических процессов термического
упрочнения арматуры с прокатного нагрева, оборудования и материалов для их
осуществления предшествовал\( следующие исследования ИЧМ и НИИЖБ совместно с
металлургическими и строительными предприятиями:
1.
Исследование теплофизических процессов и кинетики распада аустенита в
низкоуглеродистых и низколегированных сталях при различных условиях и
способах охлаждения металла, температуре и природе охладителя.
2.
Разработка теоретических основ технологических процессов и создание принципов
конструирования оборудования для осуществления упрочняющей термической
обработки длинномерных движущихся с большой скоростью изделий в потоке
прокатки без снижения производительности стана.
3. Научное
обоснование экономного легирования арматурной стали с целью обеспечения в
высокопрочной термоупрочнеиной арматуре надлежащих характеристик
свариваемости, высоких значений коррозионной стойкости и хладостойкости,
других служебных свойств.
4.
Создание технологических приемов использования эффекта высокотемпературной
термомеханической обработки (ВТМО) при термоупрочнении с прокатного нагрева в
качестве резерва повышения прочности, пластичности и сопротивляемости
хрупкому разрушению готового проката.
5.
Разработка теоретических основ и технологических положений эффективного
применения высокопрочной термически упрочненной арматурной стали при ее
работе в предварительно напряженных железобетонных конструкциях, в том числе,
в условиях низких температур, коррозионных сред и циклических нагрузок.
6.
Создание нормативно-технической документации строительных норм и указаний по
применению, обеспечивающих промышленное производство и эффективное
использование термически упрочненной арматурной стали в строительной
индустрии.
7.
Обеспечение широкого промышленного производства термоупрочнеиной арматуры с
улучшенными стабильными и равномерными свойствами.
Важным звеном в выборе технологического процесса
термического упрочнения арматуры в промышленных условиях явилось изучение
возможности замены печного отпуска, требующего больших капитальных вложений,
на самоотпуск, не влекущий за собой дополнительных энергозатрат. Всесторонние
исследования в этом направлении позволили предложить технологический процесс
упрочняющей термической обработки арматурной стали по схеме прерванной
закалки с самоотпуском, т. е. наиболее экономичный вариант термообработки.
Проведенные исследования позволили установить диапазон
последеформационных пауз, в пределах которых можно осуществлять процесс
термического упрочнения с сохранением эффекта: ВТМО. Это послужило основанием
для рекомендации технологической схемы термоупрочнения арматурной стали с
прокатного нагрева.
Исключительно важным условием для реализации
технологического процесса термоупрочнения на непрерывных мелкосортных: станах
явилась разработка охлаждающих устройств, обеспечивающих одновременно интенсивное
охлаждение стержней, движущихся со скоростью до 20 м/с, и их
транспортирование охлаждающей жидкостью на участке расположения охлаждающих
устройств. Разработаны принципиально новые охлаждающие и гидротранс-
портирующие устройства. Эффект интенсивного охлаждения и
гидротранспортирования стержней в ритме работы стана достигается за счет
кинетической энергии потока воды, движущейся в направлении прокатки со
скоростью примерно в 1,5—2,0 раза, превышающей скорость перемещения проката
при избыточном статическом давлении 0,5—1,0 МПа.
Другим важным условием осуществления указанного
технологического процесса было создание новых экономнолегироваиных марок
стали, обладающих небольшой чувствительностью к колебаниям технологических
параметров прокатки и охлаждения, обеспечивающих хорошую стабильность
механических свойств готовой продукции и надежность технологического процесса
в целом. Полученные в процессе термического упрочнения структурное состояние
и свойства позволили применить электротермический способ натяжения при
изготовлении предварительно напряженных железобетонных конструкций без
снижения комплекса свойств термически упрочненной арматуры.
В 1967 г. впервые в мировой практике в потоке непрерывного
мелкосортного стана 250-1 Криворожского металлургического комбината была
введена в эксплуатацию высокопроизводительная промышленная установка для
термического упрочнения арматурных стержней диаметром 10—16 мм.
За рубежом 10 лет спустя разработали аналогичную
технологию с применением эффекта гидротранснортирозаяия, которая получила
название «Темпкор-процесса». При термическом упрочнении арматуры по этой
технологии получают прочность на уровне около 600 МПа, в то время как при
термоупрочнении по технологии, разработанной в СССР, получают высокопрочную
арматуру, с уровнем временного сопротивления разрыву 1000—1400 МПа, т. е. в
1,7—2,3 раза более прочную.
Промышленные установки, аналогичные установке стана 250-1
металлургического комбината «Крнзорожсталь», достроены я введены в
эксплуатацию на непрерывных станах типа 250 Череповецкого, Западно-Сибирского
и станах 250-3, 250-4 и 250-5 Криворожского металлургических комбинатов.
Разработанная технология и отдельные ее элементы, узлы и
устройства для осуществления процесса термоупрочнения в потоке лрокатки и
химический состав арматурной стали защищены многими авторскими
свидетельствами СССР. Часть изобретений запатентована за рубежом.
Термическое упрочнение арматурной стали, наряду с
экономией металла, позволяет снижать расход легирующих элементов. Так,
например, производство термически упрочненных свариваемых арматурных стержней
из углеродистой стали марки Ст5пс на класс прочности Ат—П1с взамен
горячекатаных стержней из низколегированной стали 35ГС позволяет экономить от
16 до 23 кг/т ферросплавов. Поскольку представилось возможным производить
термо- упрочненную стержневую арматуру данного класса прочности из
полуспокойной стали, то параллельно с экономией легирующих элементов
осуществляется увеличение на 6—8% выхода годной заготовки для производства
арматуры.
Для обеспечения промышленного производства
термоупрочненной арматуры на металлургических предприятиях отрасли
разработаны и внедрены соответствующие нормативно-технические документы и
технологические инструкции.
Для эффективного использования высокопрочной термоупрочненной
арматурной стали на заводах железобетонных конструкций 11ИИЖБ совместно с
рядом предприятий и организаций проведены научно-исследовательские работы по
оценке качества поставляемой продукции, изучению влияния различных факторов
на изменение свойств стали в процессе электронагрева под натяжение,
релаксационную и коррозионную стойкость арматурной стали под напряжением.
Испытаны и внедрены в массовое производство типовые и преднапряженные
железобетонные конструкции, армированные арматурными сталями Ат—IIIC-s-At—VI.
С момента начала производства термически упрочненной
стержневой арматуры по 1983 г. включительно металлургическими предприятиями
отрасли произведено 5,6 млн. т этого вида продукции диаметром 10—32 мм, что
равнозначно производству более
II млн. т горячекатаной стали с прочностью до 350 МПа.
В книге написаны введение — И. Г. Узлов; гл. I, II, X — С.
А. Мадатян; гл. III — В. В. Калмыков, А. А. Кугушин; гл. IV, Vll£, IX,
XI —В. В. Калмыков; гл. V, IX — В. В; Калмыков, И. Г. Узлов; гл. VI, VII — А.
В. Ивченко, А. А. Кугушин; гл. XII — А. А. Кугушин, И. Г. Узлов.
|