Новости

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.

Рисунок 3 – Результаты испытаний листового проката из стали марки 10ХСНД, произведенного по технологии термомеханической обработки

В рамках Программы были исследованы и испытаны контрольные сварные соединения, произведенные в соответствии с требованиями СТО-ГК «Трансстрой»-005 и СТО-ГК «Трансстрой»-012:

– контрольные сварные соединения листов толщиной 16 и 32 мм – выполнены автоматической сварки под флюсом – проволока Св-10НМА Ø 4,0 / флюс АН-47;

– контрольные сварные соединения листов толщиной 40 мм – выполнены механизированной сваркой в среде защитного газа – проволока Filarc PZ6138 Ø 1,2 / защитный газ 82Ar+18CO₂.

Результаты испытаний на ударный изгиб KCU при температуре минус 60 °С в самом жёстком сечении сварного соединения – по линии сплавления, продемонстрировали многократный запас от минимально регламентированной энергии разрушения.

Рисунок 4 – Результаты испытаний на ударный изгиб сварных соединений из листового проката стали марки 10ХСНД, произведенного по технологии термомеханической обработки

Выводы

Результаты испытаний и исследований, выполненные АО ЦНИИТС в рамках Программы квалификационных испытаний, свидетельствуют о полном соответствии толстолистового проката из стали марки 10ХСНД, произведенного по технологии термомеханической обработки в условиях Выксунского завода ОМК, требованиям нормативной и технической документации в области мостостроения.

Драйвером для развития новых подходов и решений в мостостроении может стать более широкое сотрудничество отраслевых научно-исследовательских организаций и металлургических компаний на пути создания новых стальных продуктов и технологий производства.