Стальной стержень для армирования железобетонных конструкций

Использование: изобретение относится к получению стержневых элементов средних классов прочности для изготовления железобетонных конструкций, в том числе, работающих в экстремальных условиях действия низких отрицательных температур и динамических нагрузок.

Сущность: стальной стержень для армирования железобетонных конструкций периодического профиля выполнен из термомеханически упрочненной стали среднего класса прочности с содержанием углерода 0,17-0,22%, пределом текучести не менее 520 Н/мм² и композитной структурой сечения в виде переходного участка площадью (0,24-0,27)S с микротвердостью 2300-2800 МПа, состоящего из трех колец: бейнита отпущенного, сетки феррита и карбидов, осевой зоны с микротвердостью 2000-2100 МПа, состоящей из перлита и феррита, и наружного слоя из отпущенного мартенсита площадью (0,12-0,14)S с микротвердостью 3000-3100 МПа, где S - площадь поперечного сечения стержня, мм².

Применение предложенного стального стержня обеспечивает высокую эффективность использования при армировании железобетонных конструкций, впервые достигнуто сочетание высоких прочностных и пластических характеристик с гарантированной ударной вязкостью на уровне требований современных зарубежных и отечественных стандартов.

1 с.п. ф-лы, 1ил.

Полезная модель относится к получению стержневых элементов средних классов прочности для изготовления железобетонных конструкций, в том числе, работающих в экстремальных условиях действия низких отрицательных температур и динамических нагрузок.

Известен арматурный стержень периодического профиля для армирования железобетонных конструкций, включающий сердечник круглого поперечного сечения и незамкнутые серповидные наклонные поперечные выступы на поверхности, вершины смежных поперечных выступов размещены во взаимно перпендикулярных осевых плоскостях стержня, отношение максимальной высоты поперечного выступа к шагу 0,12-0,3 при этом угол охвата серповидным выступом стержня составляет 140-180°. (RU 35120 U1, МПК 7 Е04С 5/03, 2003 г.).

Использование указанного стержня в качестве хладостойкого не обеспечивает высокую ударную вязкость при низких температурах из-за большого количества концентраторов напряжения.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому положительному результату является арматурный стержень периодического профиля из термомеханически упрочненной стали класса А500С с содержанием углерода 0,14-0,27% и пределом текучести 500-680 Н/мм² и композитной структурой сечения с наружным слоем отпущенного мартенсита с толщиной, равной 0,05-0,20 приведенного диаметра стержня твердостью 23-30 HRC и осевой зоной с переходным участком, а отношение временного сопротивления разрыву к пределу текучести арматурного стержня равно 1,05-1,25 при относительном удлинении не менее 16% и удельной энергией разрушения не менее 36 Н/мм². (RU 2133805 С1, МПК 6 Е04С 5/01, 1999 г.).

Недостатком известного арматурного стержня периодического профиля номинальным диаметром 22-28 мм является низкое значение отношения временного сопротивления разрыву к пределу текучести, низкие значения ударной вязкости KCV^-60 и работы удара при температуре -60°С, что не обеспечивает надежного использования этого стержня в железобетонных конструкциях, работающих в экстремальных условиях действия низких отрицательных температур и динамических нагрузок.

Задачей заявляемой полезной модели является обеспечение высокой надежности при применении стального стержня номинальным диаметром 22-28 мм для железобетонных конструкций ответственных и уникальных зданий и сооружений в районах с низкими зимними температурами, в неотапливаемых зданиях и сооружениях, и на открытом воздухе в составе арматурных каркасов, сеток, закладных деталей и т.п. без ограничений по характеру действия нагрузки (статической, динамической и многократно повторяющейся).

Поставленная задача достигается тем, что стальной стержень для армирования железобетонных конструкций периодического профиля из термомеханически упрочненной стали среднего класса прочности с содержанием углерода 0,17-0,22%, пределом текучести не менее 520 Н/мм² и композитной структурой сечения с наружным слоем отпущенного мартенсита, согласно полезной модели, композитная структура сечения содержит переходный участок площадью (0,24-0,27)S с микротвердостью 2300-2800 МПа из трех колец: бейнита отпущенного, сетки феррита и карбидов, осевую зону с микротвердостью 2000-2100 МПа из перлита и феррита, и наружный слой отпущенного мартенсита площадью (0,12-0,14)S с микротвердостью 3000-3100 МПа, где S - площадь поперечного сечения стержня, мм².

Предлагаемый стальной сержень отличается от известного тем, что композитная структура сечения содержит переходный участок площадью (0,24-0,27)S с микротвердостью 2300-2800 МПа из трех колец: бейнита отпущенного, сетки феррита и карбидов, осевую зону с микротвердостью 2000-2100 МПа из перлита и феррита, и наружный слой отпущенного мартенсита площадью (0,12-0,14)S с микротвердостью 3000-3100 МПа, где S - площадь поперечного сечения стержня, мм².

Выполнение стального стержня из стали с такими свойствами и композитной структурой позволяет обеспечить комплекс механических свойств арматуры, применяемой для железобетонных конструкций ответственных и уникальных зданий и сооружений в районах с низкими зимними температурами при любой расчетной температуре без ограничений.

Механические свойства, которые обеспечиваются настоящей полезной моделью и полностью удовлетворяют требованиям ТУ 14-1-5543-2006 «Прокат термомеханически упрочненный класса Ас500С повышенной хладостойкости для армирования железобетонных конструкций», следующие:

- предел текучести - не менее 520 Н/мм ²;

- предел прочности - не менее 650 Н/мм ²;

- отношение временного сопротивления разрыву к пределу текучести - не менее 1,15;

- относительное удлинение - не менее 18%;

- равномерное удлинение - не менее 5%;

- ударная вязкость на стандартных образцах KCV^-60 - не менее 30 Дж/см ²;

- работа удара на специальных образцах с сохранением поверхностных слоев при температуре -60°С - не менее 60 Дж;

Для обеспечения соотношения предела прочности к пределу текучести не менее 1,15 и достижения, указанных выше прочностных характеристик при обеспечении относительного удлинения не ниже 18%, необходимо иметь внешнее кольцо из отпущенного мартенсита с микротвердостью 3000-3100 МПа площадью не менее 0,128 при наличии пластичной осевой зоны с микротвердостью 2000-2100 МПа, состоящей из перлита и феррита. Увеличение площади переходного слоя более 0,27S приведет к уменьшению осевой зоны и снижению пятикратного и равномерного удлинения ниже 18 и 5% соответственно. Для обеспечения ударной вязкости KCV^-60 не менее 30 Дж/см² внешнее кольцо из отпущенного мартенсита с микротвердостью 3000-3100 МПа должно быть площадью не более 0,14S. Для обеспечения работы удара не менее 60 Дж при температуре -60°С на специальных образцах с сохранением поверхностных слоев переходный слой с микротвердостью 2300-2800 МПа, состоящий из бейнита, сетки феррита и карбидов, должен быть площадью не менее 0,24S. Кроме того, для обеспечения удовлетворительных испытаний на изгиб в холодном состоянии, необходимо иметь в переходном участке три кольца, обладающих различными механическими свойствами.

На рисунке показано поперечное сечение стального стержня для армирования железобетонных конструкций.

Стальной стержень содержит наружный слой 1 из отпущенного мартенсита, переходный участок, состоящий из трех колец: бейнита отпущенного 2, сетки феррита 3 и карбидов 4, и осевую зону 5.

Такая структура стального стержня получена с помощью термомеханической обработки стали на средний класс прочности с содержанием углерода 0,17-0,22%, пределом текучести не менее 520 Н/мм² в потоке сортопрокатного стана.

Применение предложенного стального стержня обеспечивает высокую эффективность использования при армировании железобетонных конструкций, впервые получено сочетание высоких прочностных и пластических характеристик с гарантированной ударной вязкостью на уровне требований современных зарубежных и отечественных стандартов.

Стальной стержень для армирования железобетонных конструкций, периодического профиля из термомеханически упрочненной стали среднего класса прочности с содержанием углерода 0,17-0,22%, пределом текучести не менее 520 Н/мм² и композитной структурой сечения с наружным слоем отпущенного мартенсита, отличающийся тем, что композитная структура сечения содержит переходный участок площадью (0,24-0,27)S с микротвердостью 2300-2800 МПа из трех колец: бейнита отпущенного, сетки феррита и карбидов, осевую зону с микротвердостью 2000-2100 МПа из перлита и феррита, и наружный слой отпущенного мартенсита площадью (0,12-0,14)S с микротвердостью 3000-3100 МПа, где S - площадь поперечного сечения стержня, мм².