| 08 Сентября 2011
Такая ситуация ведет к стабильному отставанию российского металлургического производства арматурного проката от технологического уровня и уровней социальной и гражданской ответственности (а это тоже очень важно) европейских производителей аналогичного вида продукции.
Согласно анализу [1] в целом хорошо понятны сектора и уровень отставания в отечественном сортовом производстве арматурного проката. Анализ и прогноз перелома сложившейся ситуации, тем более с учетом желательной оперативности, очень неутешительный. Даже если завтра мы получим унифицированные с европейскими нормативы, в одночасье ничего не решится. Все это создает ситуацию неопределенности. Для строителей в первую очередь.
Для строительного сектора сегодня важны такие эксплуатационные свойства арматурного проката, сущность и формат которых может обеспечить не только коммерческий результат, но и решить вопросы социальной и гражданской ответственности в ближайший период времени. В том числе и для обеспечения собственной коммерческой защиты и экономической безопасности, например при интегрировании в ЕС.
Ключевые предложения
Чтобы сделать важный шаг к сближению показателей качества отечественного и европейского арматурного проката для повышения эффективности производства ненапряженного железобетона и получить гарантии в его конкурентном применении на территории не только РФ, но и Европы, в области производства арматурного проката мы должны:
а) обеспечить повышение качества арматурного проката до категории сейсмически стойкого высокопластичного (категория С по Eurocode 2) и производство такого проката практически без применения термической обработки при горячей прокатке (как гарантии качества и высокой эксплуатационной безопасности);
б) обеспечить повышение экономической и технологической эффективности механической переработки высокопластичного арматурного проката в сварные армирующие унифицированные изделия и элементы с высоким стандартом качества и эксплуатационной безопасности путем применения горячекатаного проката диаметром до 20 (22) мм в большеобъемных компактных бухтах преимущественно рядной смотки массой до 5 тн любого заявляемого товарного развеса (1, 5-2-3-4-5) т, в том числе с периодическим профилем, удовлетворяющим условиям эффективности механической переработки;
в) закрепить в проектах и обеспечить в производственной строительной практике экономически ощутимое снижение металлопотребления арматурного проката за счет применения дифференцированных уровней прочности (400 и 500) категорий пластичности (В и С), промежуточных размеров (через 0,5 мм диаметром до 16 мм и через 1 мм диаметром до 22 мм) и разрешенных стандартами минусовых допусков.
О производстве пластичного горячекатаного арматурного проката
За последнее десятилетие в связи с серьезным пересмотром требований безопасности к строительным объектам в Европе и других странах мира меняется стратегия развития производства арматурного проката.
Пластичность арматурного проката становится важной как мера энергетического потенциала, обеспечивающего активное сопротивление деформативности железобетона при сложных нагрузках и как необходимое условие для квалифицированного снижения расхода металла. Высокопластичный металл имеет свойство нелинейно и существенно упрочняться при растяжении, то есть увеличивать собственную прочность (кривая подъема на диаграмме σ − ε). И чем выше пластичность, тем больше участок упрочнения. Грамотное использование таких качеств, уже заложенных в металле, обеспечивает существенную эффективность его применения путем снижения расхода, если в расчетах при проектировании использовать прогрессивные (нелинейные) деформационные модели.
Поэтому развитие производства арматурного проката в Европе успешно ведется в направлении от высокой прочности к высокой пластичности (категории В и С в соответствии с Eurocode 2, ч. 1.1) при сохранении или даже снижении прочностных характеристик [1].
Для производства высокопластичного проката категории С в Европе в основном используют легированную V и Mo сталь без термической обработки. Или производят ее способом cold stretching из горячекатаного проката с содержанием углерода 0,18-0,2 %. При этом производится укрупнение бухты до необходимой массы и смотка в рядную компактную бухту с полностью очищенной от окалины поверхностью.
Благодаря использованию норм проектирования Eurocode в Европе практически полностью подготовлена проектная, нормативная и производственная база, и все промышленно развитые страны уже производят без промежуточных вариантов сейсмически безопасный арматурный прокат категории С. Это является очень серьезной составляющей, чтобы проектировать и развивать надежный, безопасный и экономически эффективный железобетон в строительном секторе.
В России до сих пор производится и применяется горячекатаный арматурный прокат, нормативно соответствующий практически только самой низшей категории по Eurocode 2.
Несмотря на серьезную модернизацию основных фондов, например мелкосортные станы ММК и БЭМЗ, технологически по отношению к Европе Россия практически осталась на старых (из СССР) технологиях производства упрочненного арматурного проката – термической закалке рядовых марок сталей. Практически все новые проекты мини–заводов остаются на той же технологической базе. Не обсуждая целесообразность применения таких технологий, следует лишь сказать, что российский термоупрочненный прокат имеет высокую вариабельность как прочностных, так и пластических свойств. А отсутствие практических статистических данных по реальным характеристикам пластичности термоупрочненного арматурного проката не позволяет сегодня с требуемой достоверностью говорить о достигнутой в России категории пластичности в соответствии с Eurocode 2, а тем более ее прогнозировать.
Для России очень важно производить и применять высокопластичный арматурный прокат еще и с точки зрения обеспечения безопасности строительных сооружений и населения в сейсмически опасных зонах, в особенности в густозаселенных ее районах.
Известно, что в России высокой сейсмичностью характеризуется многие районы. В европейской части − это Северный Кавказ, в Сибири – Алтай, Саяны, Байкал и Забайкалье, на Дальнем Востоке – Курило-Камчатский регион и остров Сахалин. Менее активны в сейсмическом отношении Верхояно-Колымский регион, районы Приамурья, Приморья, Корякии и Чукотки, хотя и здесь возникают достаточно сильные землетрясения.
Вопросы безопасности, в особенности строительных объектов и сооружений, сегодня становятся государственной стратегией РФ и закрепляются в соответствующих законах и государственных проектах.
О механизации производства унифицированных сварных изделий
Переход на индустриальные методы строительства для реализации его высоких темпов и качества ведет к необходимости применения уже готовых для заливки в бетон арматурных изделий. Это достигается развитием индустрии механизированного производства сварных арматурных сеток, каркасов и других сварных арматурных унифицированных изделий. Наилучшую механизацию, эффективность и практическое исключение отходов в таком производстве обеспечивает применение бухтового арматурного проката [2].
Формат бухты (масса и принцип, используемый при намотке) играет важную роль в обеспечении производительности процесса, где требуется размотка проката. На рис. 1 графически наглядно показано, что на производительность оказывает влияние прежде всего коэффициент загрузки оборудования при размотке проката (угол наклона прямой). При одинаковой скорости уменьшение простоев, например, за счет оптимального формата бухты (при прочих равных условиях) может в 2 и более раза повысить производительность. Данные для расчета: диаметр проката – 8 мм, период – 1 смена (8 ч.)
В Европе на металлургических предприятиях уже более 5 лет применяются прогрессивные Spooler – технологии (Linea Spooler) [1]. Благодаря этому для механизированного производства унифицированных сварных армирующих изделий горячекатаный арматурный прокат категорий В и С диаметром до 25 мм включительно поставляется непосредственно с прокатных станов преимущественно в большеобъемных компактных бухтах рядной смотки массой до 3 т (см. рис. 2).
При наличии только линий Steelmor на многих металлургических предприятиях производится перетяжка бухт на специальных линиях с использованием способа cold stretching в бухты рядной смотки с укрупнением их массы до 5 т и с улучшением механических свойств.
Такие бухты, исходя из специфики конструкций размоточных устройств, применяемых на различном оборудовании при механической переработке, не только обеспечивают значительное повышение производительности и безопасности работы, но и существенно снижают затраты на транспортную и складскую логистику производителей и потребителей. Формат таких бухт и их экономические и технологические преимущества хорошо известны российским производителям сеточной продукции, использующим для производства, например, холоднодеформированный прокат класса В500С.
Для получения высокопластичного горячекатаного арматурного проката с высокими стандартами качества и очищенной от окалины поверхностью, а также обеспечения поставок такого проката для потребителей в бухтах рядной смотки с более широким (чем с прокатных станов) товарным спектром типоразмеров и массой (до 5 т включительно) в Европе широко используется процесс cold stretching [1].
Для отечественных строителей металлургические предприятия поставляют сегодня в наилучшем случае некомпактные бухты повиткового сбора и уплотнения для транспортировки после транспортера линий охлаждения типа Steelmor (Tempcore or Termex). По технологическим возможностям нагревательных печей прокатных станов масса таких бухт составляет, например, для БЭМЗ и НСММЗ 1,2 – 1,4 тн, для ЧерМК 0,7–0,8 тн. Хотя бухты стана 170 ММК и имеют массу до 2,2 т, однако их габариты при такой системе формирования для переработчиков не дают необходимого эффекта, так как такие бухты зачастую разрезаются.
До сих пор на ЗСМК и ЧМК смотка бухтового арматурного проката осуществляется на старого поколения (60-х годов) моталках по типу Гаррета. Применение бухт такого формата смотки снижает эффективность дальнейшей механической переработки не только из-за малого веса (до 800 кг), но также из-за самой наихудшей технологичности при их размотке.
В России отсутствуют мелкосортные станы, на которых имеется возможность формировать горячекатаные бухты рядной смотки.
Для современных отечественных металлургических предприятий реконструкции для установки, например, Linea Spooler сегодня технически и экономически неактуальны.
Во-первых, стоимость Linea Spooler может составлять € 200-300 млн (в зависимости от инженерной готовности площадки). Нужно удлинение стана на ≈200-250 м. Кроме сложной инженерной инфраструктуры, это просто необходимость свободных промышленных площадей (или земли).
Для увеличения массы бухты хотя бы до 2,5-3 т при установке Linea Spooler потребуются не только прямые инвестиции в саму линию, но и существенные инвестиции для замены нагревательных печей и изменения массы заготовки под прокат. Уровень таких инвестиций оценить сложно.
Во-вторых, станы, оснащенные Linea Spooler технологией производят только арматурный прокат и совмещать с производством катанки не могут, как это практикуется с линиями Steelmor. При этом на Linea Spooler из-за снижения экономической эффективности не практикуется производство арматурного проката ниже 10 мм, а в крайних случаях ниже 8 мм.
О процессе Сold Stretching
Понятно, что в ближайшие как минимум 5 лет ждать сближения с Европой технологий в сфере производства арматурного проката класса прочности 500 диаметром до 22 мм с пластичностью категории С и в бухтах рядной смотки массой 3 т и выше на отечественных металлургических предприятиях практически бессмысленно. А замена стержневой арматуры на арматуру в бухтах рядной смотки повышенной массы непосредственно на строительных площадках может только за счет уменьшения отходов обеспечить до 5–10% прямой экономии металла.
Недостатки, имеющиеся сегодня в отечественной металлургии, могут быть существенно скомпенсированы только дополнительным и эффективным переделом в метизном секторе, что уже широко используется за рубежом.
Решить практически все проблемы отечественного производства эффективного горячекатаного проката в соответствии с указанными в п. а), б) и в) сможет процесс cold stretching.
Процесс заключается в сочетании растяжения горячекатаного проката с добавлением элементов изгиба на роликах с контролируемой деформацией сечения до 5% – 8%. Это дает равномерный прирост упрочнения по сечению прутка и практически не снижает пластические свойства.
В качестве подката используется горячекатаный прокат периодического профиля, что обеспечивает в готовом прокате высокие, на уровне горячекатаного проката, показатели прочности и жесткости сцепления, если производится прокат периодического профиля.
Способ может применяться и для гладкого арматурного проката, если в арматурном прокате необходимо получить, например, пониженную линейную массу и сформировать компактную большеобъемную бухту рядной смотки.
Для обеспечения необходимого уровня прочности и пластичности в готовом прокате способ интегрирует в себе сочетание оптимальных свойств горячекатаной стали (без термической закалки) и оптимальных возможностей холодной деформации (малая степень). Поэтому является самым энергетически и экономически эффективным из всех известных способов получения упрочненного и пластичного проката.
В Европе и мире сегодня способ cold stretching захватывает практически весь спектр классов и нормативов производства высокопластичного горячекатаного проката, в том числе по категории С в соответствии с Eurocode 2 ч.1-1. Арматурный прокат поставляется в эффективных компактных бухтах рядной смотки и товарной массой в широком интервале до 5 т и с очищенной от окалины поверхностью [1].
Способом cold stretching высокопластичный арматурный прокат активно производят следующие ведущие производители в Европе:
1) RIVA GROUP (Италия, Германия, Франция, Бельгия);
2) PITTINI GROUP (Италия, Словения);
3) FERALPI GROUP (Италия, Германия, Чешская Республика);
4) FERRIERA VALSABBIA (Италия, Германия, Чешская Республика);
5) ALFA ACCIAI (Италия);
6) STEFANA SPA (Италия);
7) BADISCHE STAHLWERKE GMBH (Германия);
8) CELSA GROUP (Испания, Польша, Швеция, Финляндия);
9) VAN MERKSTEIJN STEEL B.V. (Нидерланды);
10) STAHL GERLAFINGEN AG (Svizzera – Gruppo Beltrame Италия);
11) HELLENIC HALYVOURGIA S.A. (Греция);
12) HALYVOURGIKI (Греция);
13) BITROS (Греция).
Технические характеристики процесса
В Европе основным разработчиком технологии и оборудования для производства эффективного арматурного проката методом Cold Stretching сегодня является одно из ведущих мировых машиностроительных предприятий – компания Promostar (Италия). Компания производит как специализированные линии изготовления горячекатаного проката способом сold stretching, так и комбинированные, также для изготовления холоднодеформированного арматурного проката способом cold rolling.
В качестве примера на рис. 3 приведен общий вид компактной комбинированной линии VEGASTAR для производства арматурного проката холодным волочением по способу cold rolling и cоld stretching.
На рис. 4. – общий вид компактной комбинированной линии ARGOSTAR для производства арматурного проката холодным волочением по способу cold rolling и cоld stretching. 
На рис. 5 – общий вид автоматического устройства SIRIOSTAR для рядной намотки бухт арматурного проката. Может работать совместно с моделями VEGASTAR и ARGOSTAR. Такое устройство функционирует без участия человека полностью в автоматическом режиме. По требованиям заказчика с комбинированными линиями может устанавливаться и стандартный намотчик горизонтального или вертикального типа.
На рис. 6. показан вид бухты рядной смотки арматурного проката cоld stretching диаметром 8 мм, получаемой на линиях компании Promostar. В таблице 1 представлен 
регламентированный ряд товарных размеров бухт рядной смотки горячекатаного проката диаметром от 6 до 16 мм, получаемого способом cоld stretching, на линиях компании Promostar.
На рис. 7 представлен план линий компании Promostar для производства арматурного проката способом cold stretching в сборе, установленных на металлургических заводах RIVA и PITTINI GROUP.
Для производства сейсмически стойкой арматурной сетки с применением способа cold sretching непосредственно из горячекатаного подката периодического профиля компанией Promostar разработана поточная линия LRP (рис. 8).
Уникальность и простота технологического процесса cold stretching существенно снижает затраты на производство. По крайней мере, относительно хорошо известного способа сold rolling. За счет малых степеней деформации и уменьшения затрат на трение процесс имеет низкие прямые энергетические затраты, металл практически не нагревается, что исключает применение сложных и дорогостоящих охлаждающих устройств и систем оборотного цикла. Отсутствие нагрева не лимитирует скоростные условия, а значит, производительность. Не требуется применения дорогостоящих деформирующих кассет, их обслуживания и снабжения. 
Исключается человеческий фактор при настройке и контроле деформирующего оборудования для получения заданных параметров периодического профиля. Процесс знакопеременного изгиба в случае необходимости может быть совмещен с механической очисткой подката от окалины, что упрощает 
оборудование, затраты и снижает габариты линии. Для упрощения компоновки волочильного оборудования компанией Promostar создано устройство STRETCHING PANELS для непосредственного обеспечения способа cold stretching (рис. 9). Процесс прост в настройке режимов и их контроле.
Практические и положительные результаты применения способа cold stretching сегодня уже получены и в России [3-7]. Такой способ в России получил название SBR (stretching–bending with rebending). Он запатентован и разрабатывается ГНЦ ФГУП ЦНИИ Чермет им. И. П. Бардина (г. Москва) совместно с НИИЖБ им. А.А. Гвоздева (г. Москва) и Магнитогорским государственным техническим университетом (МГТУ) им. Г.И. Носова (г. Магнитогорск). На большом спектре сталей разных производителей подката на российских предприятиях ООО «Русский дом качества» (г. Коломна) и ООО «Марьино» (г. Клин) получены наилучшие результаты для потенциальной возможности производства в России высокопластичного проката класса А500С с показателем А gt ≥ 8–10%.
Экономические основы процесса
Из выше приведенной информации хорошо понятно, что процесс cold stretching сможет решить практически все проблемы, озвученные в п. а), б) и в).
Принципиально, используя такой процесс, в России в кратчайшее время можно наладить производство высокопластичного горячекатаного арматурного проката класса прочности 500 (периодического профиля) или класса А240 (гладкого профиля) диаметром до 20 (22) мм в эффективных бухтах рядной смотки с дифференцированной массой до 5 т. Поставка оборудования для такого производство гарантируется компанией Promostar.
Сырье для такого производства сегодня могут поставлять несколько металлургических комбинатов. Поставка сортового проката в качестве подката для металлургических предприятий на данном этапе и в среднесрочной перспективе экономически значительно выгоднее, чем организация производства полноценного товарного арматурного проката класса прочности А500С диаметром до 22 мм в бухтах рядной смотки. При минимальных затратах – практически тот же валовой объем, а значит, оплата и развитие всей производственной логистики.
При протяжке по способу cold stretching для обеспечения необходимого уровня упрочнения происходит деформация (удлинение) проката на 5-8%. Можно до 10% в зависимости от потребности категории пластичности В или С. Это значит, что технологией гарантируется снижение линейной массы арматурного проката относительно линейной массы исходного сырья. Учитывая тот факт, что отечественный горячекатаный арматурный прокат производится в гарантированном плюсовом допуске в зависимости от станов (а это, в самом лучшем случае, 2–3% в плюсе), то указанная деформация удлинения позволяет укладываться в допуски, нормируемые отечественными и зарубежными стандартами. А это прямая экономия металла для одних и тех же размеров при применении в железобетоне в любом виде, например в стержнях, сетках, каркасах и т. д.
В таблице 2 приведены количественные данные по экономии металла. Как в случае применения арматурного проката с пониженной линейной массой в интервале, разрешенном нормативными допусками, так и при применении проката промежуточных размеров.
Известно, что применение арматурного проката с линейной массой в поле допусков как в плюсовых, так и минусовых может существенно влиять на экономику предприятия, потребляющего арматурный прокат как сырье. Приобретая единицу массы арматурного проката, производитель железобетона уменьшает объем железобетона, произведенного из этой массы, если арматурный прокат в плюсовом допуске, и наоборот, увеличивает объем железобетона, если прокат в минусовом допуске. Все это можно оценить в цифрах.
На графике рис. 10 показан характер и количественные изменения прироста (убытка) в м2 при производства сетки из 1 т арматурного проката диаметром от 6 до 12 мм в различном формате допусков (– и +) линейной массы для размера ячейки сетки 200 мм. Нетрудно видеть существенную разницу и характер изменения товарной площади сварной сетки в зависимости от формата допусков линейной массы арматурного проката и посчитать экономию (или убыток). Понятно, что с уменьшением размера ячейки сетки все цифры количественно увеличатся.
Об эффективности применения большеобъемных бухт рядной смотки арматурного проката в технологических процессах механической переработки, где размотка осуществляется на вращающихся устройствах (правка и резка, производство гнутых элементов, сварных изделий, плоских и объемных и т. д.), уже говорилось выше. Реально такие бухты могут обеспечить повышение не только безопасности, но и производительности машин и линий в разы (см. рис. 1). А также снижение затрат в транспортной и складской логистике производителей и потребителей и существенное улучшение санитарной (аэрационной) обстановки за счет отсутствия на прокате окалины.
Но главным результатом развития такого производства, экономику чего, наверное, пока трудно оценить количественно, может быть создание в России предпосылок для реального перехода на производство и применение в ненапряженном железобетоне высокопластичного сейсмически безопасного горячекатаного проката и сварных арматурных сеток и других изделий из него. Это может стать рубежом начала производства в России безопасного и надежного ненапряженного железобетона (сборного, монолитного и т. д.), расчет которого может производиться не на основе количества закладываемого арматурного проката (для повышения надежности), а за счет сочетания его высокой пластичности и рациональной прочности, если, конечно, мы начнем применять прогрессивные деформационные модели расчета.
К большому сожалению, несмотря на то что мы уже перешагнули первое десятилетие XXI века и окружены технологически развитыми странами, практическая реализация п. а), б) и в) осуществляется сегодня в формате «впервые в России». Хотя в окружающих нас странах, особенно европейских, это уже считается нормой, приносящей многие годы экономические результаты не только в коммерческой сфере в системе производитель - потребитель, но и в сферах социальной и гражданской ответственности в государственной системе.
Краткие выводы
Развитие таких производств может осуществляться потенциальными инвесторами, металлургическими предприятиями, имеющими прокатные станы с линиями Steelmor или системами смотки типа Гаррета, аффилированными (дочерними) с ними предприятиями, строительными комплексами и объединениями, отдельными самостоятельными ЖБИ, ЖБК и ДСК, современными сервисными металлоцентрами с идеологией и практикой металлопереработки в области строительного проката, современными производителями сеточной продукции.
Благодаря применению самых современных и прогрессивных и экономически эффективных технологий в области холодного упрочнения, наличию современного стандартного оборудования европейских производителей, обеспечению отечественным сырьем и возможности благодаря этому производить продукцию с очень высоким уровнем конкурентоспособности, такие производства могут оперативно обеспечить эффективный и прибыльный бизнес как на рынке РФ, так и на экспортном направлении, так как такая продукция хорошо известна и востребована в Европе и других развитых странах.
Применение продукции, получаемой методом cold stretching, обеспечивает потребителям реальную экономическую эффективность по нескольким направлениям и гарантирует высокий уровень качества, востребованность в котором будет возрастать.
Для производителей, уже имеющих европейское оборудование для производства, например, холоднодеформированного арматурного проката класса В500С при небольшой модернизации оборудования возможен переход на производство высокопластичного горячекатаного проката методом cold stretching. Это может быть серьезным резервом для развития эффективного и конкурентоспособного производства в ближайшей перспективе.
Литература
1. Современные тенденции развития аратурного проката для ненапряженного железобетона: Европа – Россия. Журнал СтройМеталл, № 2 (21), 2011 г., с. 8-20.
2. Арматурный прокат для крупнопанельного домостроения. Журнал Металлоснабжение и сбыт, № 5, 2011 г., С. 32-35.
4. Больше чем холоднодеформированный прокат. Журнал Металлоснабжение и сбыт. № 9, 2009 г., С. 52-57.
5. Обработка бунтовой арматурной стали по схеме «Растяжение – знакопеременный изгиб» (Технология, теория, оборудование). Журнал Металлург, № 4, 2010 г, С.78-83.
6. Повышение конкурнтноспособности холоднодеформированного арматурного проката путем совершенствования технологии и оборудования для его производства. Журнал Бюллетень «Черная Металлургия», Черметинформация, № 1, 2010 г. С.63-67.
7. Проблемы и перспективы производства холоднодеформированной арматуры и изделий из нее. Журнал СтройМеталл, № 3(16), 2010 г., С.14-17.
