За счет увеличения содержания углерода.
Повышение прочности стали за счет увеличения содержания углерода и легирующих добавок
Прочность стали зависит от ее химического состава: содержания в ней углерода и легирующих добавок.
Увеличение содержания углерода в стали приводит к значительному повышению ее временного сопротивления разрыву. При этом также повышается предел текучести, но в меньшей степени. Однако одновременно ухудшается пластичность и свариваемость стали. С увеличением содержания углерода от 0,1 до 0,85% временное сопротивление разрыву стали увеличивается с 3400 до 9000 кГсм2, т. е. примерно в 2,7 раза, предел текучести также увеличивается, но только в 2 раза (от 2400 до 4800 кГсм2), а относительное удлинение падает с 35 до 6%.
Применение высокоуглеродистых нелегированных сталей в качестве арматуры железобетонных конструкций нерационально из-за их сравнительно низкого предела текучести, малых относительных удлинений и плохой свариваемости. Отрицательное влияние углерода на свойства стали значительно уменьшается с введением легирующих добавок: марганца, кремния, хрома, титана, циркония и др. При суммарном содержании указанных добавок в количестве до 5% и углерода в пределах от 0,2 до 0,8% временное сопротивление стали может быть повышено до 10 000—12 000 кГсм2, а предел текучести — до 6500—7000 кГсм2 при одновременном улучшении ее пластических свойств и свариваемости.
Повышение прочности арматуры за пределы, соответствующие арматуре класса AV, изменением химического состава стали технически трудно и экономически невыгодно. Поэтому прочностные характеристики выпускаемых промышленностью арматурных сталей после их изготовления повышают механическим упрочнением в холодном состоянии (вытяжкой, волочением и сплющиванием) или термическим упрочнением.
До упрочнения предел текучести стали класса АП и АШ равен соответственно 3000 и 4000 кГсм2, а после упрочнения он повысился соответственно до 4500 и 5500 кГсм2, т. е. прочность стали повысилась в 1,5 раза.
Механическое упрочнение стали в холодном состоянии основано на так называемом явлении наклепа — изменении механических свойств металла под влиянием пластических деформаций.
При механическом упрочнении арматуры в сечении прутка создаются определенные напряжения, превышающие предел текучести стали. Возникающие при этом пластические деформации сопровождаются структурными изменениями в металле: отдельные его зерна меняют свою форму и сдвигаются друг относительно друга. После прекращения механического воздействия, вызывавшего пластическую деформацию, структура металла не восстанавливается и он приобретает новые механические свойства. У упрочненного металла предел текучести разрыву повышается, а пластические свойства несколько ухудшаются.
Допустим, что необходимо упрочнить арматурный стержень из малоуглеродистой стали Ст. 3 с пределом текучести 2460 кГсм2. Для этого растянем стержень до напряжения 3200 кГсм2, приложив к нему при помощи разрывной машины усилие 3200 кГ, и затем постепенно разгрузим до нуля. Таким образом, при упрочнении стали путем ее вытяжки можно добиться повышения предела упругости с 3200 до 3400 кГсм2.
Небольшой прирост напряжения наклепанной стали в пределе текучести от 3200 до 3400 кГсм2 происходит во времени самопроизвольно вследствие особого явления, называемого старением стали. Чем выше степень упрочнения стали, тем заметнее будут ухудшаться ее пластические свойства.
Для нормальной работы арматуры в железобетоне она должна обладать достаточной пластичностью, характеризуемой определенной величиной относительного удлинения при разрыве. Чтобы обеспечить эти удлинения, каждый вид горячекатаной арматуры упрочняют вытяжкой с контролем увеличения предела текучести и предельного значения удлинения или только с ограничением величины удлинения. Например, упрочнение вытяжкой арматурных сталей классов АП и АШ должно производиться с соблюдением нормативных величин контролируемого напряжения или удлинения.
При упрочнении арматурной стали класса АП контролируемая величина напряжения должна составлять 4500 кГсм2, а предельное удлинение при этом напряжении не должно превышать 5,5%; при контроле только удлинения его величина должна составлять 5,5%.
При упрочнении стержней из стали класса АШ контролируемая величина напряжения должна равняться 5500 кГсм2, а предельное удлинение при этом напряжении не должно превышать: для стержней из стали марки 35ГС—4,5%. а для стержней из стали марки 25Г2С—3,5%.
Упрочняют арматуру вытяжкой на специальных гидравлических и механических установках.
В гидравлических установках в качестве силового механизма применяют различные гидравлические домкраты, например СМ513, приводимые в действие насосными станциями. При использовании гидравлических установок усилие вытяжки контролируют по показаниям стрелки манометра, а удлинение стержней—л о величине хода поршня домкрата.
Гидродомкраты типа СМ513 предназначаются для натяжения арматуры на стендах. При их использовании вытяжка может производиться с усилием до 60 Т со скоростью 0,35 м/мин. Длина стержней, упрочняемых при помощи домкрата СМ513, может колебаться в широких пределах, так как ход поршня домкрата равен 800 мм.
Удлинения стержней при вытяжке рекомендуется определять по измерительной линейке с точностью ±5% заданной величины удлинения. Измерения можно вести и по перемещению захватов, удерживающих арматуру в вытягивающей установке. В этом случае отсчет удлинений следует начать после того, как на арматуру будет действовать растягивающее усилие, составляющее примерно 5—10% от его конечной величины. При упрочнении стержней стали марок 35ГС и 25Г2С с контролем только удлинений величина удлинений должна составлять соответственно 4,5 и 3,5%.
В механических установках усилие вытяжки создается лебедками, винтовыми домкратами, кривошипношатунными или рычажногрузовыми механизмами.
Наиболее производительными являются установки с кривошипношатунным механизмом, который обеспечивает полуавтоматический и автоматический режимы работы. Однако такие установки целесообразно применять для упрочнения с контролем только удлинения стержней длиной не более 8 м я диаметром не более 20 мм.
Для упрочнения стержней длиной от 8 до 18 м и диаметром до 40 мм в большинстве случаев используют установки с силовым механизмом в виде винтового домкрата. Привод в действие винтовых домкратов мощностью до 30 Т осуществляется от электродвигателей через цепные передачи. В более мощных установках вместо цепных передач устанавливают цилиндрические или червячные редукторы.
В установках с винтовыми домкратами вытяжка стержней может производиться с контролем удлинения, а также с контролем удлинения и напряжения. В последнем случае для контроля усилия вытяжки, а по нему и предельного напряжения в стали установки снабжают гидравлическими динамометрами, действующими последовательно с упрочняемыми стержнями.
Установки с лебедками применяют, как правило, для упрочнения арматурной стали, поступающей в бухтах. Величина растягивающего усилия, создаваемого лебедкой, может быть проконтролирована двумя способами: по динамометру и по контрольному грузу. Груз поднимается, когда величина усилия достигает нужного предела. Если при упрочнении арматуры из стали вытяжкой напряжение достигло предельной величины, а удлинение не превысило допустимого предела, вытяжку прекращают и арматуру считают упрочненной.
Если же удлинение достигает установленного предела, а напряжение при этом ниже допустимого, то арматура считается упрочненной только по удлинению и может применяться с некоторыми ограничениями.
Технические характеристики установок для упрочнения арматурных стержней, выпускаемых промышленностью серийно.
Однако в комплексе работ по изготовлению арматуры вытяжка сталей является дополнительной операцией, усложняющей и удорожающей эти работы. С дальнейшим расширением применения все более прочных горячекатаных арматурных сталей, а также с совершенствованием технологии изготовления предварительно напряженных конструкций надобность в вытяжке арматуры постепенно отпадет.
При изготовлении арматурной проволоки применяют упрочнение волочением. После волочения проволока приобретает гладкую поверхность и точные размеры сечения. Процесс упрочнения волочением осуществляется на волочильных станах и состоит в протягивании горячекатаной стали через отверстия, размеры которых меньше сечения заготовки. Отверстие, сквозь которое протягивают заготовки, называют глазком, или очком, а деталь волочильного стана, в котором выполнены глазки,— волочильной доской.
Например, исходным материалом при производстве обыкновенной арматурной проволоки, конечная прочность которой 4500 кГсм2, обычно служит катанка из стали марки Ст. 3. Перед началом волочения катанку химически обрабатывают, чтобы очистить ее поверхность от окалины и ржавчины. При многократном волочении приходится производить промежуточный отжиг проволоки в специальных печах.
Поскольку процесс волочения отличается сложностью, его обычно выполняют на специально оборудованных предприятиях.
Продукция этих предприятий поступает в арматурные цеха в виде готовой, уже упрочненной холоднотянутой проволоки.
Круглую прутковую и в бухтах (в мотках) арматуру из сталей марок Ст. 3, Ст. 5 диаметром от 6 до 32 мм подвергают упрочнению сплющиванием. Процесс сплющивания заключается в прокате арматуры через профилированные валки специальных станов системы А. И. Авакова. При сплющивании, помимо упрочнения, арматуре придается также периодический профиль. Уже сегодня холодносплющенная арматура почти повсеместно вытеснена горячекатаной арматурной сталью периодического профиля.
|
