RU2640705C1

RU2640705C1 - Method of strengthening and forming screw reinforcing bar

Info

Publication number: RU2640705C1
Application number: RU2016150287A
Authority: RU
Inventors: Георгий Иосифович Рааб; Арсений Георгиевич Рааб
Priority date: 2016-12-20
Filing date: 2016-12-20
Publication date: 2018-01-11

Abstract

FIELD: construction.SUBSTANCE: method involves twisting a reinforcing bar around its longitudinal axis. The reduction rolling of a reinforcement workpiece round or square in the cross-section at a temperature below the recrystallization temperature in a square gauge with a deformation degree of 20-40% and its subsequent twisting to ensure the formation of a reinforcing bar with a screw profile on its surface with an inclination angle of 35-60° to the longitudinal bar axis are performed successively and continuously.EFFECT: increasing the strength of reinforcing bars.2 dwg

Description

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для получения арматурных стержней из бухт проката круглого и квадратного профиля при производстве стальной арматуры. Традиционно стальную арматуру получают из круглого подката горячей прокаткой для образования арматурного профиля и последующей закалкой низколегированной стали для обеспечения требуемых механических и пластических свойств (Железобетонные конструкции. Общий курс / В.Н. Байков, Э.Е. Сигалов. - М.: Стройиздат, 1991, 767 с.). Недостатком таких способов является использование энергоемких процессов горячей деформации и термической обработки.The invention relates to the processing of metals by pressure and can be used to obtain reinforcing bars from coils of rolled round and square profiles in the production of steel reinforcement. Traditionally, steel reinforcement is obtained from round rolling by hot rolling to form a reinforcing profile and subsequent hardening of low alloy steel to provide the required mechanical and plastic properties (Reinforced concrete structures. General course / V.N. Baikov, E.E. Sigalov. - M .: Stroyizdat, 1991, 767 p.). The disadvantage of such methods is the use of energy-intensive processes of hot deformation and heat treatment.

Современные способы совмещают процессы формирования подката, его горячую пластическую деформацию для образования арматурного профиля и термического упрочнения (закалки).Modern methods combine the processes of forming a tackle, its hot plastic deformation to form a reinforcing profile and thermal hardening (hardening).

Известен, например, способ термомеханической обработки проката (патент RU 2340684, C21D 8/08, C21D 1/02, опубл. 10.12.2008), относящийся к черной металлургии, в частности к изготовлению термоупрочненной стержневой арматурной стали в крупных профилях с использованием тепла прокатного нагрева из непрерывно-литой низколегированной стали при термическом упрочнении проката в потоке среднесортных станов. Однако способ требует создания специализированной поточной линии с наукоемкой системой согласования скоростей обработки и предусматривает энергоемкую операцию пластического формирования арматурного профиля. К тому же обеспечить тепловые условия обработки непрерывно-литой заготовки удается только для крупных профилей.Known, for example, is a method of thermomechanical processing of rolled products (patent RU 2340684, C21D 8/08, C21D 1/02, publ. 10.12.2008), relating to ferrous metallurgy, in particular to the manufacture of heat-strengthened bar reinforcing steel in large profiles using rolling heat heating from continuously cast low-alloy steel during thermal hardening of rolled products in a stream of medium-grade mills. However, the method requires the creation of a specialized production line with a high-tech system for matching processing speeds and provides for the energy-intensive operation of plastic formation of the reinforcing profile. In addition, it is possible to ensure the thermal processing conditions of the continuously cast billet only for large profiles.

Также известен способ прокатки арматуры периодического винтового профиля из легированной стали 25Г2С, 30ХГ2С, 35ГС для железобетонных конструкций (Патент RU 2467075 МПК C21D 8/08, опубл. 05.10.2009 г.), включающий горячую прокатку арматуры из трубчатой заготовки и накатку гребней на ее поверхности в виде рифов, при этом гребни накатывают в горячем состоянии поперечной накаткой по правой или левой однозаходной или многозаходной винтовой спирали. Способ включает горячую прокатку и накатку винтовой спирали, которые являются весьма энергоемкими операциями и заметно повышают себестоимость продукции.Also known is a method of rolling reinforcement of a periodic helical profile of alloy steel 25G2S, 30HG2S, 35GS for reinforced concrete structures (Patent RU 2467075 IPC C21D 8/08, published 05.10.2009), including hot rolling of the reinforcement from the tubular workpiece and knurling the ridges on it surface in the form of reefs, while the ridges are rolled in a hot state by transverse knurling along the right or left single or multiple helical spirals. The method includes hot rolling and rolling of a helical spiral, which are very energy-intensive operations and significantly increase the cost of production.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ упрочнения арматурного стержня из материала, обладающего площадкой текучести (Патент RU 2457259 МПК C21D 8/08, опубл. 27.07.2012)., включающий скручивание арматурного стержня вокруг своей продольной оси с превышением предела текучести на растяжение материала наружных волокон арматурного стержня до достижения уровня предела прочности, при этом при скручивании один конец арматурного стержня закреплен, а скручивание арматурного стержня производят с другого конца до образования нераскручивающейся винтовой формы по всей длине стержня.Closest to the claimed method is a method of hardening a reinforcing bar made of a material having a yield point (Patent RU 2457259 IPC C21D 8/08, published. July 27, 2012)., Including twisting the reinforcing bar around its longitudinal axis with exceeding the yield strength for tensile material of the outer fibers of the reinforcing bar until the level of ultimate strength is reached, while twisting one end of the reinforcing bar is fixed, and twisting the reinforcing bar is carried out from the other end until a non-twisting I screwed the entire length of the rod.

Недостатком данного способа является то, что процесс получения арматуры разделен на отдельные операции, такие как: резка заготовки арматурного стержня; закрепление одного конца заготовки арматурного стержня; скручивание заготовки арматурного стержня; раскрепление конца арматурного стержня. Такая последовательность операций процесса получения арматурных стержней требует больших затрат времени и, соответственно, представляется малопроизводительным процессом. Кроме того, данный способ не обеспечивает необходимых эксплуатационных и прочностных характеристик.The disadvantage of this method is that the process of obtaining reinforcement is divided into separate operations, such as: cutting a blank of a reinforcing bar; fixing one end of the reinforcing bar blank; twisting the workpiece of the reinforcing bar; unfastening the end of the reinforcing bar. This sequence of operations of the process of obtaining reinforcing bars requires a lot of time and, accordingly, seems to be a low-productivity process. In addition, this method does not provide the necessary operational and strength characteristics.

Задачей изобретения является формирование регламентированного винтового арматурного профиля с повышенными прочностными и эксплуатационными характеристиками.The objective of the invention is the formation of a regulated screw reinforcing profile with increased strength and operational characteristics.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности упрочнения за счет интенсивной пластической деформации и формирования арматурного профиля.The technical result of the invention is to increase the hardening efficiency due to intense plastic deformation and the formation of a reinforcing profile.

Указанный технический результат достигается способом упрочнения арматурного стержня из материала, обладающего площадкой текучести, включающим скручивание арматурного стержня вокруг своей продольной оси с превышением предела текучести на растяжение материала наружных волокон арматурного стержня, в котором в отличии от прототипа, исходный арматурный стержень круглого или квадратного поперечного сечения последовательно подвергают при температуре ниже температуры рекристаллизации редукционной прокатке в квадратном калибре со степенью деформации 20-40% и скручиванию в условиях непрерывного процесса с превышением предела текучести внутренних волокон арматурного стержня, до формирования на поверхности арматурного стержня винтового профиля с углом к продольной оси 35-60 градусов.The specified technical result is achieved by a method of hardening a reinforcing bar made of a material having a yield point, including twisting the reinforcing bar around its longitudinal axis with exceeding the tensile strength of the material of the outer fibers of the reinforcing bar, in which, in contrast to the prototype, the initial reinforcing bar is round or square cross-section sequentially subjected at a temperature below the recrystallization temperature to reduction rolling in a square gauge with step New strain of 20-40%, and twisting in a continuous process with a yield strength exceeding the internal fibers of the reinforcing rod to form on the surface of the reinforcing bar screw profile with an angle to the longitudinal axis of 35-60 degrees.

Заявляемый способ упрочнения арматурного стержня и формирования винтового арматурного профиля может быть использован для получения арматурных стержней из металлических материалов, обладающих площадкой текучести (например, сталь, дюраль, медь), круглого или квадратного поперечного сечения.The inventive method of hardening a reinforcing bar and forming a screw reinforcing profile can be used to obtain reinforcing bars of metal materials having a yield point (for example, steel, duralumin, copper), round or square cross-section.

Повышение прочностных характеристик материала достигается в соответствии с действием закона Холла-Петча, показывающего, что повышение прочности поликристаллических металлов находится в прямой зависимости от величины структурных фрагментов, причем, чем мельче структурные фрагменты, тем выше показатель прочности [Е.О. Hall. Proc. Roy. Soc. В 64, 474 (1951), N.J. Petch. J. Iron Steel Inst. 174, 25 (1953)]. После холодной деформационной обработки прокаткой и скручиванием в поперечном сечении арматурных стержней формируется гетерогенный тип структуры. Это связано с тем, что при свободном кручении в центре заготовок деформация минимальная, а на периферии максимальная, соответственно, более крупные структурные фрагменты наблюдаются в области центральных волокон, а наиболее мелкие, вплоть до субмикронных, в области наружных волокон. При проведении редукционной прокатки и последующего скручивания стержня происходит пластическая деформация как внешних, так и внутренних волокон стержня, которая сопровождается измельчением исходной структуры, что обеспечивает повышение прочности арматурных стержней в целом за счет эффекта интенсивного деформационного упрочнения металлических материалов при температуре ниже температуры рекристаллизации. Следует также отметить, что наиболее высокая прочность за счет формирования более мелкой структуры наблюдается в поверхностных слоях стержней, что, как правило, обеспечивает стержням высокие показатели сопротивления изгибу и износу [Горячева И.Г. Механика фрикционного взаимодействия. Монография - М.: Наука, 2001.- 478 с.].The increase in the strength characteristics of the material is achieved in accordance with the action of the Hall-Petch law, which shows that the increase in the strength of polycrystalline metals is directly dependent on the size of the structural fragments, and the finer the structural fragments, the higher the strength [E.O. Hall. Proc. Roy. Soc. B 64, 474 (1951), N.J. Petch. J. Iron Steel Inst. 174, 25 (1953)]. After cold working by rolling and twisting, a heterogeneous type of structure is formed in the cross section of the reinforcing bars. This is due to the fact that with free torsion in the center of the preforms, the deformation is minimal, and at the periphery the maximum, respectively, larger structural fragments are observed in the region of central fibers, and the smallest, up to submicron, in the region of outer fibers. During reduction rolling and subsequent twisting of the rod, plastic deformation of both the external and internal fibers of the rod occurs, which is accompanied by grinding of the initial structure, which provides an increase in the strength of reinforcing bars as a whole due to the effect of intense strain hardening of metal materials at a temperature below the recrystallization temperature. It should also be noted that the highest strength due to the formation of a finer structure is observed in the surface layers of the rods, which, as a rule, provides the rods with high rates of resistance to bending and wear [Goryacheva I.G. The mechanics of frictional interaction. Monograph - M .: Nauka, 2001.- 478 p.].

При скручивании изменяется также вид стержня - формируется винтовой профиль стержня. Известно, что деформация сдвигом, которая реализуется при формировании винтового профиля (скручивания) является менее энергоемкой по сравнению с растяжением или сжатием [Процессы пластического структурообразования / В.М. Сегал, В.И. Резников, В.И. Копылов и др. - Минск: Наука и техника, 1994. - 232 с.]. Для получения высоких эксплуатационных свойств угол скручивания должен соответствовать требованиям нормативных документов на арматурные стержни [ГОСТ Р-52544-2006: «Прокат арматурный свариваемый периодического профиля классов А500С и В500С для армирования железобетонных конструкций. Технические условия»].When twisting, the shape of the rod also changes - a helical profile of the rod is formed. It is known that shear deformation, which is realized during the formation of a helical profile (twisting), is less energy intensive compared to stretching or compression [Processes of plastic structure formation / V.M. Segal, V.I. Reznikov, V.I. Kopylov et al. - Minsk: Science and Technology, 1994. - 232 p.]. To obtain high performance properties, the torsion angle must comply with the requirements of regulatory documents for reinforcing bars [GOST R-52544-2006: “Rolled reinforcing bar welded products of a periodic profile of classes A500C and B500C for reinforcing reinforced concrete structures. Technical conditions ”].

Изобретение позволяет обеспечить повышенные прочностные характеристики, снизить энергетические и временные затраты при формировании арматурных стержней за счет использования в непрерывном процессе обработки последовательно двух видов ИПД: редукционной прокатке и сдвиговой деформации скручиванием, которую обеспечивают в едином процессе.The invention allows to provide increased strength characteristics, reduce energy and time costs during the formation of reinforcing bars due to the use of two types of SPD in series during the continuous processing process: reduction rolling and shear deformation by twisting, which is ensured in a single process.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена принципиальная схема реализации способа, где показаны прокатный стан 1, направляющая 2 и скручивающий механизм 3. На фиг. 2 показан арматурный стержень диаметром 10 мм и длиной 200 мм с винтовым профилем, полученный из прутка круглого сечения стали марки 10 редукционной прокаткой на одноклетьевом стане со степенью деформации 22% и последующим скручиванием на угол 50 градусов. Предел текучести полученного образца арматурного стержня составил 535 МПа. Полученные характеристики образца соответствуют арматуре марки А(В)500С ГОСТ Р-52544-2006.The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 is a schematic diagram of a method implementation showing a rolling mill 1, a guide 2 and a twisting mechanism 3. In FIG. Figure 2 shows a reinforcing bar with a diameter of 10 mm and a length of 200 mm with a screw profile, obtained from a round bar of steel of grade 10 by reduction rolling on a single-strand mill with a degree of deformation of 22% and subsequent twisting at an angle of 50 degrees. The yield strength of the obtained sample of the reinforcing bar was 535 MPa. The obtained characteristics of the sample correspond to fittings of grade A (B) 500C GOST R-52544-2006.

Таким образом, предложенное изобретение позволяет повысить прочностные и эксплуатационные характеристики арматурного стержня за счет сочетания в непрерывном процессе обработки двух видов ИПД: редукционной прокатки и сдвиговой деформации скручиванием.Thus, the proposed invention improves the strength and operational characteristics of the reinforcing bar due to the combination in the continuous process of processing two types of SPD: reduction rolling and shear deformation by twisting.

Claims

A method of manufacturing a reinforcing bar made of a metal material having a flow area, including twisting the reinforcing billet around its longitudinal axis, characterized in that the rolling of the reinforcing billet of circular or square cross section is carried out sequentially and continuously at a temperature below the recrystallization temperature in square gauge with a degree of deformation of 20 -40%, and its subsequent twisting to ensure the formation of a reinforcing bar with a screw profile on e th surface, the angle of inclination of which is 35-60 ° to the longitudinal axis of the rod.