СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА АРМАТУРНОЙ СТАЛИ Российский патент 1996 года по МПК B21H8/00 

Изобретение относится к прокатке металла неограниченной длины с участками повторяющегося профиля для производства особых изделий и может быть использовано для производства арматурной стали N 6, 7, 8, 10, не подлежащей сварке встык и используемой для армирования железобетонных конструкций.

Известен способ производства арматурной проволоки, включающий обжатие круглой заготовки в волоке с овальным калибром со степенью обжатия по малой оси овала, равной 3-6% и последующее обжатие с одновременным формированием ребер на противолежащих частях поверхности в профилирующей волоке, установленной в едином технологическом потоке [1] Этот способ не предусматривает корректировку размеров сечения профиля и изменения обжатий для обеспечения гарантированной прочности арматурного стержня.

Известен наиболее близкий к предложенному способ производства арматурной стали, включающий холодную деформацию (калибровку) горячекатаной заготовки, например волочением, и частичную нагартовку прутка посредством формирования холодной прокаткой во многовалковым калибре равномерно распределенных по периметру прутка плоских площадок, и периодическую холодную прокатку для формирования профиля между нагартованными участками [2] Этот способ не обеспечивает получения арматурной стали с гарантированной прочностью стержня и не предусматривает прогнозирование и корректировку диаметра (площади поперечного сечения) стержня в процессе холодной деформации в зависимости от механических свойств заготовки и их изменения в процессе холодной деформации, и изменения величины обжатия прокатной клети.

Основные показатели (параметры) производства арматурной стали по этому и другим широко используемым способам регламентированы ГОСТ 5781-82.

Арматурная сталь в зависимости от механических свойств подразделяется на классы A-I, A-II, A-III, A-IV, A-V и A-VI. ГОСТом регламентированы для определенных номеров профиля (их номинального диаметра) площади поперечного сечения, масса 1 м длины арматурной стали гладкого и периодического профиля, а также предельные отклонения по массе для периодических профилей. Величина предельных отклонений имеет большой диапазон, например, для арматуры N 6 от +9 до -7% т.е. площадь и вес могут изменяться в пределах 16% Предельные отклонения гладких профилей должны соответствовать ГОСТ 2590-88 для обычной точности прокатки.

Размеры и предельные отклонения размеров арматурной стали в зависимости от профиля регламентированы.

Регламентированы используемые марки сталей, их химсостав и механические свойства. При этом величины предела текучести σ_т, временного сопротивления разрыву σ_в и относительного удлинения δ₅ регламентированы только по нижнему пределу (словами "не менее."). По этому способу производства арматурной стали прочность стержня определяется механическими свойствами стали, из которой изготовлен стержень, и диаметром (площадью поперечного сечения). Оба эти фактора не стабильны. Например, для арматуры N 6 площадь поперечного сечения колеблется в пределах 16% При минимально допустимом временном сопротивлении не ниже 50 кг/мм² (класс A-II) и площади сечения при плюсовом допуске 30,8 мм² прочность стержня составит 30,8 мм² x 50 кг 1540 кг; при номинальном диаметре и площади 28,3 мм² она составит 1415 кг, а при минусовом допуске 26,3 мм² х 50 кг 1316 кг. Таким образом, диапазон колебаний прочности стержня в соответствии с полями допусков составит 224 кг (16%).

Вес 1 пог.м арматурной стали N 6 при номинальном диаметре составит 0,222 кг, и в 1 т содержится 4500 пг.м; при максимальном плюсовом допуске в 1 т содержится 4095 пог.м, а при минусовом допуске 4850 пог.м. Разница составляет 755 пог.м (16%).

Кроме того, имеет место непостоянство механических свойств даже в пределах одной марки стали в зависимости от температуры прокатки, режима охлаждения и других факторов. При холодной деформации сталь упрочняется в зависимости от марки стали и степени обжатия. Таким образом, одна и та же марка стали даже без учета колебаний химсостава в допустимых пределах после деформации (горячей и холодной) может иметь различный уровень механических свойств.

Так, например, при холодной деформации (прокатке) механические свойства, в частности временное сопротивление может повыситься с 50 до 60 кг/мм², т.е. на 20% В этом случае при прокатке арматурного стержня N 6 в максимальном плюсовом допуске максимальная прочность стержня составит 30,8 мм² x 60 кг/мм² 1848 кг, что превышает минимально допустимую прочность арматурного стержня N 6 (1316 кг) на 532 кг, т.е. на 40% В то же время при существующем способе величина обжатия в прокатной клети устанавливается согласно калибровочной таблице и изменение механических свойств стали никак не влияет на изменение площади поперечного сечения арматурного стержня и величину обжатия. Следует отметить, что при существующем способе производства эта повышенная прочность стержня в дальнейшем никак не используется, т.к. механические свойства в процессе прокатки не контролируются и площадь поперечного сечения не корректируется в процессе прокатки. В результате этого получают арматурную сталь с довольно широким диапазоном прочности, что создает трудности использования ее при проектировании и вызывает дополнительный расход металла у потребителя.

Техническим результатом изобретения является обеспечение производства холоднокатаной стали для армирования железобетонных конструкций с гарантированной прочностью и, тем самым, повышение экономичности ее использования за счет уменьшения диапазона отклонений прочности стержня и уменьшения площади сечения арматурного стержня и его массы.

Этот технический результат достигается тем, что в способе производства арматурной стали, включающем холодную деформацию горячекатаной заготовки, формирование профиля и контроль готовой продукции, перед началом холодной деформации исходя из величины гарантированной прочности арматурного стержня определяют необходимую площадь его поперечного сечения с учетом механических свойств стали и последующих их изменений в процессе холодной деформации и на основании этого устанавливают величину обжатия прокатной клети.

По данному способу производства арматурной стали с гарантированной прочностью стержня в качестве исходной заготовки используют катанку или сталь горячекатаную круглую. Марка стали определяется заводом-изготовителем.

Для реализации этого способа используют испытательный комплекс со специальной ЭВМ в составе разрывной машины для определения механических свойств стали, устройства для подготовки образцов для определения массы, взвешивающие устройства.

Перед началом холодной деформации производят замеры диаметра заготовки в вертикальной, горизонтальной плоскостях и вводят эти данные в ЭВМ для определения площади поперечного сечения. На ЭВМ с помощью разрывной машины определяют механические свойства заготовки (предел текучести, предел прочности, относительное удлинение), которые фиксируются в блоке памяти. В программу ЭВМ заложены величины гарантированной прочности арматурных стержней N 6, 7, 8, 10, 12 и классов арматуры A-I, A-II, A-II, A-III, A-IV, A-400, A-500 и А-600 по пределу текучести, временному сопротивлению и относительному удлинению, а также функциональные зависимости изменения механических свойств стали от степени холодной деформации, например функциональная зависимость изменения σ_в и σ_т от процента обжатия (фиг. 1).

Перед прокаткой в соответствии с заданием вводят в ЭВМ номер и класс арматуры, которые нужно получить.

Определение необходимой площади поперечного сечения производят исходя из их величины гарантированной прочности арматурного стержня.

Для формирования профиля площадь поперечного сечения, величину обжатия и основные параметры арматурной стали с гарантированной прочностью стержня прогнозируют заранее, до начала холодной деформации с учетом механических свойств заготовки и последующих их изменений в процессе холодной деформации с помощью ЭВМ, используя данные блока памяти. После пробной прокатки производят контроль основных параметров арматурной стали, и в случае их отклонений от заданных величин при помощи ЭВМ производят изменение величины обжатия для корректировки диаметра и площади поперечного сечения арматурного стержня.

Периодичность проверки подката и контроля в процессе холодной деформации устанавливают в зависимости от величины партии, качества подката и других факторов.

I. Примеры осуществления способа
Пример 1. Необходимо прокатать арматуру N 6 класса A-II с гарантированной прочностью стержня 1415 кг при номинальном диаметре и площади поперечного сечения по ГОСТ 5781-82, равной 28,3 мм².

В качестве исходной заготовки служит катанка диаметром 6,5 мм в бунтах.

Перед холодной деформацией производят замеры диаметра катанки (в двух плоскостях и по диагоналям), и на базе этих замеров ЭВМ определяет площадь поперечного сечения, равную 36,3 мм².

Берут образцы катанки на испытательном комплексе, и при помощи ЭВМ определяют: предел текучести, равный 46 кг/мм², предел прочности 54 кг/мм² и относительное удлинение 24% Данные испытаний автоматически вводятся в ЭВМ.

На основании этих данных с учетом их изменения в процессе холодной деформации в соответствии с заложенной в нее программой ЭВМ прогнозирует следующие характеристики: временное сопротивление σ_в 60 кг/мм², предел текучести σ_т 49 кг/мм² и относительное удлинение δ₅ 21% Определяются номинальный диаметр арматуры N 6 и номинальная площадь поперечного сечения, равная 23,6 мм². Обжатие соответственно составило 35% (см. фиг. 2, где гарантированная прочность условно принята для арматуры N 6 1450 кг).

В процессе холодной деформации производят контрольную проверку. При этом получены следующие данные σ_в 61 кг/мм², σ_т 49 кг/мм² и δ₅ 21,5% ЭВМ производит корректировку площади и диаметра с учетом обеспечения гарантированной прочности 1415 кг. При временном сопротивлении разрыву σ_в 61 кг/мм² площадь поперечного сечения стержня составит 1415 кг: 61 кг/мм² 23,2 мм², что на 18% меньше номинала арматурной стали по ГОСТ 5781-82 (пpедел текучести и относительное удлинение остаются в норме).

Пример 2.

Необходимо прокатать арматуру N 6 класса A-II с гарантированной прочностью стержня 1415 кг при номинальном диаметре и площади поперечного сечения по ГОСТ 5781-82^ равной 28,3 мм². В качестве исходной заготовки служит катанка ⊘ 6,5 мм в бунтах.

В результате проведенных испытаний ЭВМ зафиксировала следующие данные: σ_в 52 кг, σ_т 26 кг, δ₅ 20%
С учетом изменения механических свойств в процессе холодной деформации эти величины должны составить: σ_в 58 кг, σ_т 28 кг, δ₅ 19%
Гарантированная прочность стержня по пределу текучести составит 28,3 мм² x 30 кг/мм² 849 кг, где 28,3 мм² номинальная площадь поперечного сечения стержня N 6; 30 кг/мм² минимально допустимый предел текучести.

Таким образом, после холодной деформации σ_т 28 кг/мм² будет меньше необходимой 30 кг/мм², поэтому для обеспечения гарантированной прочности стержня по пределу текучести, равной 849 кг, необходима площадь поперечного сечения 849 кг: 28 кг/мм² 30,3 мм², т.е. площадь поперечного сечения и диаметр увеличиваются на 7% в пределах допусков ГОСТа (временное сопротивление и относительное удлинение в норме). Контрольная проверка дела следующие результаты: σ_в 59 кг, σ_т 28 кг, δ₅ 19%
Использование данного способа с прогнозированием и корректировкой величины диаметра (поперечного сечения) готовой продукции в зависимости от величины механических свойств заготовки и с учетом их изменения в процессе холодной деформации позволяет заранее управлять процессом формирования профиля арматурной стали и за счет высокой стабильности гарантированной прочности (сокращения диапазона ее отклонений), повышения механических свойств стали уменьшить поперечное сечение стержня и сократить вес 1 пог.м при гарантированной прочности стержня. Так, по приведенному примеру 6 в 1 т стали будет на 15% больше продукции по длине (вместо 4500 м будет 5310 м).

При неудовлетворительных механических свойствах (пример 2) имеется возможность за счет увеличения площади поперечного сечения стержня в пределах плюсового допуска (до + 9%) избежать провала (брака) партии и обеспечить гарантированную прочность стержня.

II. Примеры работы
Пример 1. Необходимо прокатать арматуру N 6 класса A-II с гарантированной прочностью арматурного стержня 1415 кг.

Прочность стержня взята из условий ГОСТ 5781-82, где номинальная площадь 28,3 мм², номинальное временное сопротивление 50 кг/мм², 28,3 мм² x 50 кг/мм² 1415 кг.

В качестве исходной заготовки служит катанка в бунтах ⊘ 6,5 мм.

Перед началом прокатки берут образец и производят замеры диаметра катанки в двух плоскостях и по диагоналям, данные замеров вручную вводят в ЭВМ.

Образец катанки вставляют в разрывную машину и производят испытание. На основании замеров диаметра и испытаний ЭВМ выдала следующие данные по заготовке:
Площадь поперечного сечения 36,3 мм²
Временное сопротивление 54 кг/мм²
Предел текучести 48 кг/мм²
Относительное удлинение 24%
Эти данные остаются в блоке памяти ЭВМ.

После получения данных вальцовщик вводит в ЭВМ номер арматуры, класс арматуры, ЭВМ прогнозирует и выдает следующие данные:
Процент обжатия 35%
Номинальная площадь поперечного сечения 23,6 мм²
Временное сопротивление 60 кг/мм²
Предел текучести 49 кг/мм²
Относительное удлинение 22%
а также номинальный диаметр.

Вальцовщик настраивает стан, производит пробную прокатку и берет образец для определения массы 1 м арматурной стали и контрольных механических испытаний.

Повторные испытания дали следующие результаты: σ_в= 61 кг/мм², σ_т= 49 кг/мм² и δ₅= 21,5% .. На основании этих данных ЭВМ корректирует площадь поперечного сечения и диаметр арматурного стержня.

Как отмечалось, арматурный стержень N 6 класса A-II с гарантированной прочностью должен иметь прочность 1415 кг при временном сопротивлении 61 кг/мм², площадь поперечного сечения составит вместо 23,6 мм (корректировка по площади 0,4 мм²).

Площадь поперечного сечения и вес 1 м арматурной стали будут на 18% меньше номинала арматурной стали по ГОСТ 5781-82.

Предел текучести и относительное удлинение при этом в пределах нормы.

Пример 2. Необходимо прокатать арматуру N 6 класса A-II с гарантированной прочностью стержня 1415 кг исходя из номинального диаметра площади поперечного сечения по ГОСТ 5781-82.

В качестве исходной заготовки служит катанка ⊘ 6,5 мм в бунтах.

В результате проведенных испытаний заготовки ЭВМ зафиксировала следующие данные: σ_в= 52 кг, σ_т= 26 кг, δ₅= 20% .
В процессе прокатки в результате холодной деформации прогнозируются следующие механические свойства: σ_в= 58 кг, σ_т= 28 кг, δ₅= 19% .
Гарантированная прочность стержня по пределу текучести составит: 28,3 мм² x 30 кг/мм² 849 кг, где 28,3 номинальная площадь поперечного сечения стержня N 6 по ГОСТ 5781-82; 30 кг/мм² номинально допустимый предел текучести.

После холодной прокатки σ_т имеет величину 28 кг вместо необходимых 30 кг, поэтому для обеспечения гарантированной прочности стержня по пределу текучести, равной 849 кг, необходима площадь поперечного сечения т. е. площадь поперечного сечения и диаметр увеличиваются на 7% что в пределах допуска.

Временное сопротивление и относительное удлинение в норме.

Контрольная проверка механических свойств дала следующие результаты: σ_в= 59 кг, σ_т= 28 кг, δ₅= 19% .
Использование этого способа позволяет за счет сокращения разброса прочности стержня не превышать прочностные характеристики, сократить площадь поперечного сечения и вес 1 пог.м арматурной стали и, тем самым, сократить необоснованный расход металла, повысить экономичность его использования.

Способ предназначен для производства периодического профиля, в основном, небольших диаметров N 6, N 8, N 10 и отличается от существующих способов тем, что регламентируется показатель прочности стержня, а не его геометрические размеры диаметр, площадь поперечного сечения.

В предложенном способе производства арматурной стали методом холодной прокатки с гарантированной прочностью арматурного стержня:
прочность арматурного стержня является величиной постоянной - контактной, а механические свойства стали и площадь поперечного сечения стержня величинами переменными;
площадь поперечного сечения арматурного стержня определяется до начала холодной прокатки с учетом изменения свойств стали в зависимости от степени обжатия при холодной деформации для каждого бунта (заготовка) в отдельности;
прокатная клеть настраивается на каждый бунт с обжатием, необходимым для получения заданной площади поперечного сечения арматурного стержня, обеспечивающего с учетом прогнозируемых механических свойств стали арматурный стержень необходимой прочности.

Использование: в прокатке металла неограниченной длины с участками повторяющегося профиля для производства особых изделий, для производства арматурной стали круглого или периодического профиля, преимущественно небольших диаметров, арматурной стали N 6, 7, 8, 10, не подлежащей сварке встык и используемой для армирования железобетонных конструкций. Сущность изобретения: в способе производства арматурной стали, включающем холодную деформацию горячекатаной заготовки, формирование профиля и контроль готовой продукции, перед началом холодной деформации исходя из величины гарантированной прочности арматурного стержня определяют необходимую площадь его поперечного сечения с учетом механических свойств стали и последующих их изменений в процессе холодной деформации и на основании этого устанавливают величину обжатия прокатной клети. Данным способом обеспечивается производство холоднокатаной стали для армирования железобетонных конструкций с гарантированной прочностью, повышение экономичности ее использования за счет уменьшения диапазона отклонений прочности стержня и уменьшения площади сечения арматурного стержня и его массы. 2 ил.

Способ производства арматурной стали, включающий холодную деформацию горячекатаной заготовки, формирование профиля и контроль готовой продукции, отличающийся тем, что перед началом холодной деформации, исходя из величины гарантированной прочности арматурного стержня, определяют необходимую площадь его поперечного сечения с учетом механических свойств стали и последующих их изменений в процессе холодной деформации и на основании этого устанавливают величину обжатия прокатной клети.