Высокопрочная арматурная сталь

Раздел: Учебники

С. Н. Полякова, В. В. Калмыкова, Ю. П. Гуля, Л. Г. Позднякова, В. Т. Худика, В. К. Фролова и др.), а также исследованиями М. В. Приданцева, 3. Н. Красильщикова, Н. В. Шмидта, Е. Н. Швач, П. И. Соколовского и др. была убедительно доказана несостоятельность существовавших долгое время представлений о «незакаливаемости» малоуглеродистых сталей, т. е. о неспособности таких материалов к термическому упрочнению. В частности было показано, что путем упрочняющей термической обработки (закалки и отпуска) обычных арматурных сталей марок Ст5 и 35ГС можно в 1,5—2 раза повысить их прочность, а расход металла при производстве предварительно напряженных железобетонных конструкций снизить до 60%. Это явилось основанием для разработки и внедрения на самих заводах стройинду- стрии технологии электротермического упрочнения арматурной стали, чему способствовал достигнутый уровень технической оснащенности и опыт электротермического натяжения арматуры при изготовлении предварительно напряженных конструкций.

Большой вклад в разработку и внедрение технологии электротермического упрочнения арматурной стали внесли А. П. Гуляев, Б. Я. Рискинд, А. В. Тюрин, И. М. Вышванюк, Е. М. Даценко, И. Б. Дубовой и др. Одна из первых установок для термического упрочнения арматурной стали с электронагрева (ЭТУ) была разработана и построена уже в 1962 г. коллективом сотрудников ЦНИИЧермета, УралНИИстромпроекта и Рязанского завода железобетонных изделий № 2 [21, 22]. Электротермическое упрочнение арматурных прутков диаметром 10—20 мм, длиной 6—12 м осуществляют на автоматической установке, состоящей из нагревательного, закалочного и отпускного устройств, а также ряда вспомогательных узлов и механизмов.

Прутки нагревают проходящим через них электрическим током. Установка работает следующим образом. Прутки арматуры подают по конвейеру 2 на контактные зажимы устройства для нагрева под закалку 3, причем подвижный контакт этого устройства движется до установленного расстояния, по достижению которого нагрев автоматически прекращается. После нагрева до заданной температуры (850—950 СС) прутки подвергают закалке в баке с проточной водой 4. После чего охлажденный пруток специальным рычажным механизмом помещают в зажимы отпускного устройства 5 (если осуществляют процесс закалки с последующим отпуском) или с помощью сбрасывателя 6 его направляют в контейнер 7, если осуществляют закалку с самоотпуском, т. е. прерывают охлаждение прутка в баке с водой с обеспечением в нем температуры самоотпуска 400—500°С. Это позволяет на 20—30% сократить расход электроэнергии.

Для предупреждения коробления, прутки при всех технологических операциях термоупрочнения подвергают некоторому натяжению Степень натяжения при нагреве под закалку составляет 5—10; при охлаждении — 20—30 и при отпуске 30—50 МПа.

Время нагрева прутков до температуры закалки зависит от мощности силового трансформатора. При мощности трансформатора до 250 кВ (2500 А; 380/60 В) время нагрева прутка длиною 6 м, диаметром 14 мм составляет 35 с. При мощности трансформатора 350 кВ время нагрева стержня того же диаметра, но длиной 9 м — 50 с.

Всесоюзным научно-исследовательским институтом токов высокой частоты (ВНИИТВЧ) разработана установка для термического упрочнения арматурной стали с индукционного нагрева. Установка позволяет осуществлять сквозной нагрев арматурных прутков диаметром 12—32 мм до температуры закалки непрерывно-последовательным способом с помощью многовиткового индуктора током частотой 8000 Гц. Термоупрочнение арматурных стержней происходит в спрейере, после чего их отпускают или подвергают самоотпуску. При сквозном нагреве расходуется 1800— 2880 МДж/т электроэнергии.

Установки для термического упрочнения прутков с печного и индукционного нагрева имеются в США, Франции, ФРГу Италии, Японии и других странах . Производительность этих установок при термической обработке прутков диаметром 12— 30 мм с использованием индукционного нагрева под закалку составляет около 1,5 т/ч, прутков диаметром 30—80 мм — 0,4 т/ч, а с печного нагрева — 3,6 т/ч.

Индукционный способ нагрева под закалку арматурных сталей в СССР промышленного применения не получил, в связи более высоким расходом электроэнергии (в 1,5—2 раза) по сравнению с электротермическим упрочнением.

Способ электроконтактного нагрева позволяет механизировать и автоматизировать процесс термического упрочнения арматурной стали с обеспечением высокой точности нагрева под закалку и отпуск. Основными недостатками этого способа являются большой расход электроэнергии и низкая производительность. Кроме того, при осуществлении этого технологического процесса на прутках остаются «сырые» (незакаленные) концы длиной 50—100 мм, которые необходимо удалять. При длине нагреваемых прутков около 6 м это составляет 1,5—3% непроизводительного расхода металла.

Если рассматривать применение электротермического упрочнения арматуры с отдельного нагрева на металлургических заводах, то это может оказаться целесообразным лишь при изготовлении особовысокопрочной арматуры классов Ат—VIII— Ат—IX с ав= 1600+ 1800 МПа,, когда уже становится необходимой операция отпуска. Но в этом случае потребуется выбор материалов, которые бы наряду с обеспечением прочности гарантировали минимальную опасность возникновения закалочных трещин (особенно при термоупрочненни металла из головных частей слитков, где развита положительная осевая ликвация углерода), обладали в особо высокопрочном состоянии достаточной сопротивляемостью коррозионному растрескиванию и хрупкому разрушению

Приведенные данные свидетельствуют о том, что задача термического упрочнения стержневой арматурной стали со специального нагрева нашла решение как в СССР, так и за рубежом.; Однако массовое изготовление термически упрочненной стали диаметром 10—32 мм с прочностью до 1300—1400 МПа экономически целесообразно в потоке современных высокопроизводительных непрерывных мелкосортных станов с использованием тепла прокатного нагрева.