Вся электронная библиотека >>>

  арматурная сталь >>>

 

 

Высокопрочная арматурная сталь


Раздел: Учебники



 

6. Термическое упрочнение арматурной стали за рубежом. Технология и оборудование

  

 

В последние 10 лет возрос интерес к организации производства термически упрочненного проката, особенно арматурной стали с нагрева под прокатку непосредственно в потоке действующих и проектируемых непрерывных мелкосортных станов. Этот интерес обусловлен соображениями экономии стали при изготовлении железобетонных конструкций и сооружений, стремлением уменьшить расход марганца, а также исключить дополнительные технологические операции для достижения необходимого предела текучести, как-то: холодное скручивание, вытяжку, волочение или холодную прокатку с целью снижения трудовых и энергетических затрат.

По данным использование в ГДР горячекатаной стали класса St А—I весьма расточительно из-за ее очень низкого предела текучести (сгг = 235 МПа). Наоборот, использование термо- упрочненной стали класса St Т—IV с ат = 490 МПа более выгодно, чем применение равнопрочной горячекатаной стали класса St В—IV состава: 0,20—0,26 С; 0,8—1,1 Мп; 0,25—0,55 Si; с упрочненной вытяжкой. Использование стали класса St Т—IV вместо St А—I позволяет снизить расход металла в железобетоне примерно на 50%.

С другой стороны, применение термоупрочненной арматуры класса St Т—III (от = 390 МПа) из стали состава (в %): 0,18— 0,26 С; 0,6—0,9 Мп; 0,25—0,55 Si по TGL 12530/01 вместо горячекатаной арматуры класса St А—III состава: 0,22—0,29 С; 1,05— 1,55 Мп; 0,3—0,7 Si позволяет уменьшить расход марганца на 50%, т. с. при использовании одинакового количества марганец- содержащих ферросплавов можно выплавить в два раза больше стали.

При производстве термоупрочненной арматуры с прокатного нагрева в таких странах как ГДР, ФРГ, Бельгия, Нидерланды, Люксембург и ПНР применяется по сути дела так называемый Темикор-процесс (или его разновидности), разработанный в начале 70-х годов в Бельгии *. Этот процесс по существу аналогичен независимо разработанной в СССР технологии производства термоупрочнеиной арматуры класса Ат—III и подробно описанной в настоящей книге

Название «Темпкор» принято для нового процесса по принципу, на котором он основан: отпуск предварительно закаленного поверхностного слоя под воздействием тепла, поставляемого сердцевиной изделия. Процесс был опробован в промышленных условиях в Бельгии на стане 330 общества Esch—Schifflange Division of S. A, ARBED на арматуре диаметром 16—25 мм и показал возможность повышения предела текучести в сравнении с горячекатаным состоянием на 100— 200 МПа с получением, например, в арматуре диаметром 20 мм из полуспокойной стали состава, %: 0,28 С; 1,2 Мп; 0,04 Si следующих механических свойств: ат = 484 МПа; ав = 649 МПа; 65 = 26%.

 

 

 Какого-либо ухудшения свариваемости или снижения усталостной прочности не наблюдалось

Темпкор-процесс состоит из четырех стадий охлаждения и иллюстрируется  18. Первая стадия — быстрое охлаждение, начинающееся сразу же после выхода прутка из последней чистовой клети. В течение этой стадии происходит закалка поверхностного слоя на некоторую глубину. В конце этой стадии пруток имеет аустенитную сердцевину, окруженную приповерхностным слоем, который состоит из мартенсита, и в зависимости от химического состава стали может содержать также некоторое количество непревращенного остаточного аустенита.

Продолжительность первой стадии зависит от температуры конца прокатки, возрастая с ее увеличением, эффективности и длительности активного охлаждения, диаметра арматуры, марки стали.

На второй стадии процесса пруток покидает зону быстрого охлаждения водой и охлаждается теперь уже на воздухе. В момент прекращения быстрого охлаждения коэффициент теплоотдачи окружающей среде очень мал из-за низкой температуры поверхности а температурный градиент по сечению прутка, наоборот, очень высокий. Поэтому тепло из сердцевины начинает быстро поступать к поверхности, нагревая ее. К концу этой стадии происходит выравнивание температуры по сечению с установлением среднемассовой температуры, которую принимают за температуру самоотпуска.

Во время второй стадии происходит отпуск образовавшегося в приповерхностном слое мартенсита, а остаточный аустенит в этом слое превращается в бейнит. Сердцевина прутка продолжает оставаться в аустенитном состоянии. Длительность этого периода определяется диаметром прутка и условиями охлаждения на первой стадии.

Третья стадия процесса наступает, когда пруток оказывается уже на холодильнике. Эта стадия представляет собой процесс квазиизотермического превращения аустенита центральных зон прутка. Продуктами этого превращения могут быть либо смесь феррита и перлита, либо смесь феррита, перлита и бейнита в зависимости от таких факторов, как состав стали, диаметр прутка, температура конца прокатки, эффективность и длительность охлаждения на первой стадии.

В указанной на  18 схеме охлаждения распад аустенита на третьей стадии происходит с образованием феррито-перлитной структуры.

Четвертая стадия — охлаждение прутка на холодильнике до окружающей температуры после завершения в металле структурных превращений.

По близкому к этому принципу в ГДР с 1978 года началось промышленное производство термоупрочненной арматуры с нагрева под прокатку. Изготовляют термоупрочненную арматуру диаметром 20—32 мм класса StT—III (ат не менее 390 МПа; ав не менее 490 МПа; б5 не менее 14%) и диаметром 8—12 мм класса StT—IV (ат не менее 490 МПа; ав не менее 560 МПа; 65 не менее 10%) по национальному стандарту ГДР на термоупрочненную сталь TGS—12530. Отметим, что термоупрочненная арматура класса StT—IV имеет специальный профиль.

Нанесенные серпообразные наклонные ребра добавляют овальное тело арматурного прутка до поперечного сечения в форме круга. Продольного ребра жесткости арматура этого класса не имеет.

Для организации промышленного производства этих видов продукции в г. Хеннингсдорфе в потоке непрерывного мелкосортного стана 250 (KEW 250) сталепрокатного завода Вильгельм Флорин построена установка термического упрочнения, схема которой приведена на  19. Охлаждающие секции размещены на обеих линиях стана. Каждая линия оснащена четырьмя охлаждающими секциями. Активная длина охлаждающей секции 4,9 м. Общая эффективная длина участка охлаждения составляет 19,6 м.

При прокатке арматуры диаметром 12—20 мм применяют охлаждающие проводки диаметром 40 мм, а для арматуры 23— 32 мм — 60 мм. В целях транспортировки прутков через установку термоупрочнения по обеим линиям стана между первой и второй охлаждающими секциями по ходу прокатки смонтированы трайб- аппараты 3.

В комплекс установки входит насосная станция высокого давления б, оборудованная пятью центробежными насосами с номинальной производительностью 200 м3/ч при давлении 2,5 МПа. Насосы подают воду в общий коллектор высокого давления 8.

Насосная станция обеспечивает установку термоунрочнения водой оборотного цикла в необходимом количестве и нужного давления, причем к качеству воды особых требований не предъявляется.

Скорость прокатки при осуществлении процесса термического упрочнения арматуры диаметром 8—32 мм составляет 14—6 м/с.

Охлаждающая секция состоит из прямоточной и противоточ- ной форсунок, запитываемых водой с максимальным давлением до 1,8 МПа  Встречные потоки воды от прямоточной и про- тивоточной форсунок удаляют через специальный патрубок, а отработанная вода уходит в оборотный цикл по трубопроводу обратного стока, снабженному регулирующими вентилями.

О теплофизических параметрах, используемых на установке охлаждающих устройств, можно судить по данным, приведенным на  20. Видно, что с повышением давления воды до 1 МПа при длине охлаждающей трубы 4,9 м эффективность охлаждения возрастает при всех исследованных скоростях прокатки: 2—6 м/с. При скорости прокатки 4 м/с и тех же условиях охлаждения с уменьшением длины охлаждающей проводки эффективность охлаждения существенно снижается. По этой причине на установке термоупрочнения применяют охлаждающие секции с достаточно длинными охл ажда ющи м и проводка м

Из приведенных на  20 данных легко подсчитать, что при оптимальных параметрах термоупрочнения (давление воды до 1 МПа, скорость прокатки б м/с) достигаемая в секции скорость охлаждения арматуры диаметром 20 мм составляет около 270°С/с.

Для сравнения укажем, что применяемые в СССР, например, на стане 250-5 комбината «Криворожсталь» охлаждающие секции сопоставимой длины в условиях значительно более высокой скорости прокатки (16 м/с) при охлаждении арматуры такого же диаметра обеспечивают скорость охлаждения около 540°С/с, т. е. в 2 раза более высокую, чем в ГДР. При производстве термоупрочненной арматуры на установке стана 250 в г. Хеннингсдорфе постоянное внимание уделяют стабилизации температуры конца прокатки для снижения последующих колебании температур самоотпуска упрочненного проката, а также -стремятся работать в верхней области давлений воды (около 1 МПа), поскольку тогда наблюдается меньший разброс свойств по длине 80—100 м прутков, вызванный ускоренным прохождением хвостовой части полосы от воздействия трайбаппарата и отводящего рольганга после реза полосы летучими ножницами.

Так же как и в СССР, контроль и управление технологическим процессом термоупрочнения в ГДР осуществляют путем регистрации и регулирования температуры самоотпуска охлаждаемого металла. Для этой цели, на холодильниках обеих линий стана на расстоянии 40 м друг от друга установлены по два фотоэлектрических пирометра с областью измерения температур — 450—850 С. Замеренные температуры самоотпуска передаются на пост управления и регистрируются. Кроме того, специально разработанная система надзора за качеством в период отклонений температур самоотпуска от заданных границ подает на пост управления акустический сигнал с тем, чтобы оператор смог оперативно внести корректировку в технологический процесс, увеличивая или снижая расход воды для восстановления температуры самоотпуска в заданные рамки путем изменения давления воды, осуществляемого дистанционно с пульта управления.

Одновременно происходит отметка металла, охлажденного с нарушением технологии, что дает возможность последующей отбраковки.

Хотя с 1978 г. на мелкосортном стане 250 в г. Хеннигсдорфе надежно осуществляли охлаждение большого количества металла, опыт эксплуатации установки термоупрочнения, тем не менее, указал на два слабых звена технологии. Во-первых, применяемые охлаждающие устройства, включающие прямоточную и противо- точную форсунки, из-за возникновения тормозящей силы вызвали необходимость работы на пониженных скоростях прокатки, что оказало отрицательное влияние на производительность стана. Во-вторых, наличие в линиях охлаждения тянущих роликов (трайбаппаратов) осложняло, особенно при прокатке термоупрочненной арматуры в тонких профилях (диаметром 12 и 14 мм), стабильность транспортирования металла в технологическом потоке охлаждения из-за забуривания проката.

В 1980 г. на этом стане введены в эксплуатацию прямоточные охлаждающие устройства, которые позволяют охлаждать и гидро- транспортировать арматуру диаметром 12—22 мм без трайбаппаратов.

Повое охлаждающее устройство под названием Тсрмекс (Тег- шех) позволило на 15—30% (в зависимости от диаметра арматуры) повысить скорость охлаждения и улучшить равномерность свойств по длине прутков. В связи с этим отметим, что в СССР на 15 лет раньше было разработано и внедрено в производство охлаждающее и гидротранспортирующее устройство, позволяющее впервые в мировой практике осуществить технологический процесс термического упрочнения движущегося арматурного проката в потоке стана без применения трайбаппаратов, о чем, к сожалению, в упомянутых работах германских исследователей умалчивается.

В ФРГ Темпкор-процессом изготовляют свариваемую арматурную сталь диаметром 8—28 мм со свойствами: ат = 480—510 МПа; Оп = 560—600 МПа; 6ю=19—24% . Этот же процесс используется в настоящее время для производства арматуры с прочностью ав^40 МПа в Великобритании, Австрии, Франции, Нидерландах, Швеции, Японии и Австралии

В ПНР проводят работы по организации производства арматуры с повышенным пределом текучести путем термического упрочнения с прокатного нагрева по методу прерванной закалки с самоотпуском. Предусматривается организация производства термоупрочненной арматуры диаметром 10—20 мм двух категорий по пределу текучести:

а)         ат не менее 400 МПа; ав не менее 550 МПа; 65 не менее 18%, угол загиба вокруг оправки D = 3d не менее 180°;

б)         ат не менее 500 МПа; ав не менее 640 МПа; 65 не менее 14%; угол загиба вокруг оправки D = 3d не менее 180°.

Для производства таких видов продукции предлагают использовать низкоуглеродистую спокойную и полуспокойную сталь с 0,18—0,24% С. Термически упрочненная арматура с ат^500 МПа позволяет заменить низколегированную горячекатаную сталь марки 34GS, снизить затраты при производстве стали с повышенным пределом текучести на 17% и уменьшить расход металла в сравнении со сталью 34GS на 20%.

Термически упрочненная арматура рассмотренных категорий прочности хорошо сваривается и обеспечивает прочность сварных соединений не менее 400 МПа. При этом сварные соединения позволяют осуществлять холодный загиб вокруг оправки D=5d на угол 180° без образования надрывов и трещин.

В целях экономии затрат на производство и для улучшения технологии применения предполагают в существенной мере заменить изготавливаемую в подавляющем объеме (около 50%) горячекатаную низколегированную сталь класса А—III марки 34G.S термически упрочненной малоуглеродистой спокойной и полуспокойной сталью с повышенным пределом текучести.

 

 

СОДЕРЖАНИЕ:  Высокопрочная арматурная сталь

 

Смотрите также:

    

УПРОЧНЕНИЕ. Степень упрочнения, повышенные прочностные...

Упрочнение арматуры. … В последнем случае применяют два вида упрочнения стали: механическое и термическое.

 

Термическое упрочнение арматурной стали

Термическое упрочнение арматурной стали - достигается изменением структуры стали путем ее закалки. Термическое упрочнение является эффективным способом повышения...

 

МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА АРМАТУРЫ. Упрочнение арматуры

Упрочнение арматурной стали выполняют в основном .на метизных или~ металлургических заводах и в очень небольшом объеме, как исключение...

 

НЕРЖАВЕЮЩАЯ СТАЛЬ ПЕРЕХОДНОГО КЛАССА. Высокопрочные...

Упрочнение нержавеющей стали переходного класса достигается тремя методами.
В упрочненном состоянии Н. с. п. к. обладает, как правило, хорошей теплостойкостью.

 

Арматурная сталь механически упрочненную в холодном состоянии...

Так, термомеханически упрочненную стержневую арматурную сталь обозначают символом Ат, сталь специального назначения (северного исполнения) — Ас...

 

Арматура. Назначение и виды арматуры

Нельзя сваривать арматурные стали, упрочненные термической обработкой или вытяжкой, так как при сварке утрачивается эффект упрочнения...

 

Упрочнение арматуры - ...текучести, прочности) арматурной стали путем...

Термическое упрочнение арматуры заключается в закалке стали с последующим отпуском.
Упрочнение арматуры · Обработка арматуры...

 

Нержавеющая жаропрочная деформируемая сталь....

Кроме хромистых нержавеющих сталей, в машиностроении применяется аустенитная жаропрочная сталь: с карбидным упрочнением...

 

Виды арматурных сталей и изделий для армирования железобетонных...

Нельзя сваривать стали, упрочненные термически или вытяжкой, так как в результате сварки эффект упрочнения утрачивается...

 

...применяемые для термомеханически упрочненной арматурной стали...

Для жесткости железобетонным конструкциям их армируют либо стержнями из профилированной стали либо сеткой из стальной проволоки...