Заместитель Генерального директора по научной работе, КТН
доцент, Почетный транспортный строитель
НОВАК ЮРИЙ ВЛАДИМИРОВИЧ
Результаты испытаний листового проката по ГОСТ 6713-2021 в термомеханически обработанном состоянии для мостостроения
«Сталь – хлеб экономики»
«В мире нет прекрасней красоты, чем красота горячего металла»
(народное)
Стальные мосты получили широкое распространение еще в середине XIX века, еще до железобетонных мостов. За минувшие почти 200 лет конструкции стальных мостов получили огромное разнообразие от балочных до вантовых и висячих мостов. Также значительно увеличились перекрываемые пролеты – до 1-2 км. В СССР металл был фондируемым материалом, в связи с чем пролеты мостов до 100 метров перекрывали обычно предварительно напряженным железобетонном, который получил преимущества.
В настоящее время стальные и сталежелезобетонные пролетные строения, как минимум, сравнялись с железобетонными по количеству новых мостов даже в области средних пролетов до 60 метров. При этом нормативные документы, в своей основе созданные в 60-е годы XX века ограничивают марки и классы сталей, которые могут применяться в мостах всего 2-мя основными – 15ХСНД и 10ХСНД при классе С345 и С390, соответственно. Была ограничена и технология изготовления сталей для мостов – это «нормализация» и «закалка с высоким отпуском». В начале XXI века появилась на рынке так называемая сталь «русский Кортен» марки 14ХГНДЦ, которая нашла некоторое применение в мостах, но из-за особых свойств не очень значительное. К 2010 году возросшая потребность в качественной мостовой стали выросла до 300 тысяч тонн в год. Возникла необходимость применения новых сталей в том числе повышенной прочности до С460 и С690, а также современной технологии изготовления – так называемой «термомеханической обработки», в частности «контролируемой прокатки, в том числе с ускоренным охлаждением».
С целью гармонизации и детализации процесса нормирования и регулирования требований к прокату для мостостроения, на основании современных результатов научных исследований в металловедении и металлургии, в 2014 году была начата работа по актуализации ГОСТ 6713. Новая редакция ГОСТ 6713 вышла в 2021 году – наиболее значимым обновлением стандарта стало включения состояния поставки проката после термомеханической обработки – контролируемой прокатки, в том числе с ускоренным охлаждением (КП / КП+УО). В июле 2022 года была разработана комплексная Программа квалификационных испытаний стального проката для мостостроения в термомеханически обработанном состоянии, согласованная ведущими мостовыми организациями и утвержденная Минстроем РФ и Минтрансом РФ.
АО ЦНИИТС первая организация, которая приступила к комплексным испытаниям и исследованиям листового проката, произведенного по новой технологии, с полной локализацией процессов подготовки и испытаний образцов в собственном Испытательном Центе «ТС-ТЕСТ». В качестве материала исследований был выбран толстолистовой прокат толщиной 16 мм, 32 мм и 40 мм из стали марки 10ХСНД по ГОСТ 6713-2021, произведенный в условиях металлургического комплекса Стан-5000 Выксунского завода ОМК (г. Выкса, Нижегородская область).
Рисунок 1 – Металлургический комплекс Стан-5000 Выксунского завода ОМК
Программа квалификационных испытаний предусматривала проведение испытаний по 7-ти этапам:
– определение механических и технологических характеристик, регламентированных в нормативной документации в мостостроении;
– определение химического состава стали;
– комплексные исследования фрикционных, фрикционно-срезных и фланцевых соединений, определение параметров болтовых соединений;
– исследование микроструктуры и твердости основного металла;
– исследование микроструктуры и твердости сварных соединений;
– комплексные исследования сварных соединений, включая определение механических и технологических характеристик сварных соединений, испытания на сопротивляемость образованию холодных трещин в сварных соединениях, определение остаточных напряжений;
– изготовление и испытание на выносливость опытных образцов элементов конструкций, построение диаграммы Веллера, испытание на выносливость стандартных образцов и образцов со сварным швом в рабочей зоне, климатические испытания многоцикловой выносливости лопаток при температуре -70 °С.
Всего в период 2022-2023 г. на каждую толщину проката было испытано 596 образцов, не включая крупномасштабные модели – по 6 на каждую толщину. Образцы в процессе и после проведенных испытаний показаны на рисунке 2.
Все проведенные испытания и исследования проката в термомеханически обработанном состоянии после контролируемой прокатки с ускоренным охлаждением показали удовлетворительные показатели с высоким запасом по регламентированным значениям.
Рисунок 2 – Образцы из стали марки 10ХСНД в процессе и после проведенных испытаний
На рисунке 3 графически представлены базовые результаты испытаний основного металла листового проката толщиной 16 мм, 32 мм и 40 мм. Анализ показателей свидетельствует о полном соответствии свойств проката требованиям нормативной и технической документации в области мостостроения. Особое внимание заслуживают высокие результаты испытания на ударный изгиб KCV при температуре минус 40°С, что свидетельствует о высоком уровне хладостойкости проката.
