Анализ уровня качества арматурной стали а400с и А500С на основе методов математической статистики

УДК 621.778.08

Харитонов В.А., Ильина Н.Н., Петров И.М.

АНАЛИЗ УРОВНЯ КАЧЕСТВА АРМАТУРНОЙ СТАЛИ А400С И А500С НА ОСНОВЕ МЕТОДОВ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ СТАТИСТИКИ

Аннотация. В статье рассмотрен вопрос оценки качества бунтовой арматурной стали. Также в работе представлено современное состояние и даны направления развития технологических процессов производства низкоуглеродистой бунтовой арматурной стали. Для оценки качества были использованы методы математической статистики.

Ключевые слова: Арматурная сталь, оценка качества, статистическая оценка, конкурентоспособность.

В последнее время в России отмечен рост объёмов строительства и, следовательно, увеличение потребляемых для него строительных материалов. В связи с этим возрастает необходимость в высококачественной арматурной стали, которая является основным несущим элементом железобетонных конструкций [1]. Именно арматурная сталь по своим свойствам может оказать существенное влияние на основные показатели эффективности железобетона [2].

Повышение эффективности отечественного строительного комплекса, надежности и безопасности строительных сооружений, снижение себестоимости железобетона, а также необходимость сближения показателей качества отечественной арматурной стали с европейским уровнем, предполагает производство и применение бунтовой арматуры, соответствующей Eurocode 2 [3-6]:

Требования к арматуре А^

На одном из металлургических предприятий России были изготовлены две опытные партии арматурной стали классов А400С (марки стали СтЗсп(пс) и СтЗГпс(сп), химический состав по ГОСТ 380-94) и А500С (марка стали 18Г2С) по АСЧМ 7-93. Исходные данные для анализа были получены из результатов испытаний данных партий арматурной стали.

Целью статьи является оценка уровня качества арматурной стали классов А400С и А500С по СТО АСЧМ 7-93 с использованием методов математической статистики.

Требования к арматурной стали представлены в табл. 1.

Результаты статистической обработки представлены в табл. 2 и 3, а на рис. 1-3 представлены гистограммы частотных распределений.

Таблица 1

и А500С по СТО АСЧМ 7-93

А400С А500С

Временное сопротивление, ав, Н/мм2 400 500

Предел текучести, ат, Н/мм2 500 600

Относительное удлинение, 55, % 16 14

Полное относительное удлинение перед разрывом при максимальном усилии, Agt, % 2,5

Относительная площадь смятия поперечных рёбер (8 мм) 0,045

Относительная площадь смятия поперечных рёбер (10 мм) 0,056

Таблица 2

Результаты статистической обработки для арматурной стали А400С

Количеств значений шт-шах среднее Стандартное отклонение Коэффициент вариации Доверительный интервал (95%) Асимметрия Эксцесс

Временное сопротивление, Н/мм2 52 485-550 501,73 15,40 3,07 471,55-531,91 1,58 2,26

Предел текучести, Н/мм2 52 410-445 423,17 10,20 2,41 403,19-443,16 0,88 -0,31

Относительное удлинение, % 53 15,5037,00 24,83 4,37 17,59 16,27-33,39 0,72 0,84

Продолжение табл.2

Количество значений шт-шах среднее Стандартное отклонение Коэффициент вариации Доверительный интервал (95%) Асимметрия Эксцесс

Полное относительное удлинение перед разрывом 53 2,80-24,00 11,68 3,38 28,91 5,06-18,30 1,12 3,50

Относительная площадь смятия поперечных рёбер (8 мм) 35 0,0510,054 0,052 0,01 1,49 0,0503-0,0534 0,66 0,28

Относительная площадь смятия поперечных рёбер (10 мм) 18 0,0520,065 0,062 0,03 4,67 0,0567-0,0682 -2,93 10,33

Таблица 3

Результаты статистической обработки для арматурной стали А500С

Количество значений шт-шах среднее Стандартное отклонение Коэффициент вариации Доверительный интервал (95%) Асимметрия Эксцесс

Временное сопротивление, Н/мм2 54 600-680 635,19 17,24 2,71 601,40-668,97 0,14 -0,32

Предел текучести, Н/мм2 54 500-590 526,39 24,06 4,57 479,24-573,54 1,51 1,24

Относительное удлинение 54 20,00-26,00 23,15 2,04 8,82 19,15-27,15 -0,25 -1,42

Полное относительное удлинение перед разрывом 54 6,20-10,50 9,32 0,83 8,90 7,70-10,95 -1,47 3,25

Относительная площадь смятия поперечных рёбер (8 мм) 19 0,048-0,052 0,050 0,01 2,31 0,0481-0,0527 -0,35 0,30

Относительная площадь смятия поперечных рёбер (10 мм) 35 0,053-0,061 0,059 0,02 2,67 0,0560-0,0622 -1,53 5,07

Рис. 1. Гистограмма распределения частот от и св

Рис. 2. Гистограмма распределения частот 65 и А^ для арматуры А400С

Рис. 3. Гистограмма распределения частот /к для арматуры А400С

Как видно из приведённых таблиц и гистограмм, рассматриваемая арматурная сталь А400С и А500С удовлетворяет требованиям СТО АСЧМ 793 не по всем показателям: наблюдаются выходы за браковочные границы для временного сопротивления, относительного удлинения и критерия анке-ровки, а также зачастую имеет низкий запас надёжности или не имеет его вообще, что повышает риск выхода за норму. Как видно из гистограмм, по некоторым группам свойств (например, /и) имеется распределение частот, близкое к нормальному, что говорит о стабильности технологии и возможности стабильно получать требуемый по СТО АСЧМ 7-93 уровень качества по этим показателям. Стабильный уровень свойств по показателю / связан с тем, что он формируется при горячей прокатке в профилированных валках. Высококачественный материал валков позволяет минимизировать их износ и даёт возможность получать профиль арматурной стали с минимальными отклонениями. Но нормальное распределение наблюдается не для всех рассмотренных свойств, в первую очередь прочностных и пластических, что может быть вызвано сбоями в технологии, главным образом, связанными с термоупрочнением, или большим разбросом содержания химических элементов в стали.

Профили, упрочненные по данной технологии, имеют неоднородную структуру по сечению -типа конструктивной анизотропии [7], характерную для естественных композиционных материалов. На поверхности профилей формируется твердый слой (~ 1,0-2,0 мм на сторону), сердцевина яв-

ляется более мягкой и вязкой. При этом стержни диаметром до 10 мм обладают худшей хладостой-костью. Сопротивление коррозии под напряжением в рассматриваемом случае снижается при уменьшении диаметра стержней. Так, если стержни диаметром ёст > 16 мм имеют величину на уровне предела текучести, т.е. фактически не корродируют, то стержни диаметром 10 мм подвержены коррозионному растрескиванию: = 250-300 МПа (т.е. о88 ~ 0,5ст) [8].

Следует обратить внимание на то, что статистические показатели, описывающие характер распределения выборки результатов испытаний, для арматурной стали А500С лучше, чем для А400С при использовании однотипной технологии для изготовления обоих классов. Это связано с тем, что для стали 18Г2С, из которой изготовлен арматурный прокат А500С, требования по химическому составу более строгие по сравнению со сталью марки сталь3, из которой изготовлен арматурный прокат А400С. Также следует отметить, что как для арматурной стали А400С, так и для А500С по некоторым показателям, например, по пределу текучести, наблюдается выход границ доверительного интервала за браковочные границы. Анализ представленных графических результатов и числовых в табл. 2 показывает высокую асимметричность частотных распределений, многовершинность и неудовлетворительные для нормального распределения параметры эксцесса. Высокие значения коэффициентов вариации для арматуры А400С говорят о большом разбросе значений в выборках.

Выводы:

1. Для некоторых показателей качества арматурной стали, например, для временного сопротивления арматурной стали класса А400С, наблюдается или выход за браковочные границы, или значения выборки близки к ним (например, прочностные свойства арматуры А500С), что увеличивает риск появления несоответствующей продукции. Также, для многих показателей наблюдается отклонение от нормального распределения, высокую асимметрию распределения и неудовлетворительные параметры эксцесса, что может говорить о нестабильности производственного процесса. Выход границ доверительных интервалов за браковочные границы (это наблюдается, например, для предела текучести арматуры класса А400С) говорит о вероятности выхода значения показателя качества за нормирующие значения при использовании данной технологии.

2. Отклонения от нормы по статистическим показателям связаны в первую очередь со значительной неоднородностью химического состава используемых заготовок и нестабильностью используемой технологии. При производстве арматурной стали необходимо использовать более стабильные технологии, прежде всего по температурным режимам и деформации, а также заготовки с более стабильным химическим составом.

3. В стандарты на арматурную сталь необходимо включить не только требования, соответствующие уровню Eurocode 2, но и ввести статистическую оценку качества по основным показателям, аналогичную оценке, используемой в европейских стандартах.

Работа произведена при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках реализации комплексного проекта по созданию высокотехнологического производства с участием высшего образовательного учреждения (Договор от 01.12.2015г. M02.G25.31.0178).

Список литературы

1. Беленький Д.М., Вернези Н.Л., Косенко Е.Е. О прочностных возможностях арматурной стали // Бетон и железобетон. 2004. №3. С. 17-21.

2. Бондаренко В.И. Проблемы производства и применения холоднодеформированной арматуры // Метизы. 2009. №1. С. 10-12.

3. Дорохин П.С., Харитонов В.А. Прогресс в структуре потребления арматурного проката диаметром до 18 мм неизбежен // Стройметалл. 2012. №3. С. 14-23.

4. Михайлов К.В. Задачи отечественной строительной науки в области арматуры и предварительно напряженных железобетонных конструкций // Бетон и железобетон. 2001. №3. С. 2-3.

5. Взгляд в будущее / Снимщиков С.В., Харитонов В.А., Суриков И.Н., Аникеев В.В. // Стройметалл. 2013. №5. С. 7-13.

6. Харитонов В.А., Петров И.М. Оценка и направления повышения конкурентоспособности бунтовой арматурной стали // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2013. №4. С. 65-69.

7. Одесский П.Д., Черненко В.Т. Фасонный прокат высокой прочности с конструктивной анизотропией // Металловедение и термическая обработка металлов. 1992. №8, С. 13-18.

8. Одесский П.Д., Тишаев С.И., Бахтеева Н.Д. Упрочнение в потоке станов низкоуглеродистых сталей // Металловедение и термическая обработка металлов. 2000. №9, С. 36-38.

УДК 658.562.6

Бережная Г.А., Каримова Д.Ю., Заруцкая А.О.

АНАЛИЗ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ НА ПТЛ ОАО «МАГНИТОГОРСКИЙ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ КОМБИНАТ»

Аннотация. В статье проведен анализ качества продукции, выпускаемой на производстве толстого листа (ПТЛ) ОАО «ММК», выявлены возможные дефекты, влияющие на качество, и предложен комплекс мероприятий, направленных на предупреждение этих дефектов.

Ключевые слова: качество, система менеджмента качества, дефектная продукция, прокатка, температурный режим.

Основные проблемы и решения

В настоящее время продукция стана 5000 ОАО «ММК» является одним из наиболее перспективных видов продукции. Спрос на такую продукцию, постоянно возрастает, поэтому ее качеству необходимо уделять большое внимание. Область применения металлопроката очень обширна. Его используют в трубной и атомной промышленности,

машиностроении, судо- и мостостроении, следовательно, он должен обладать определенным комплексом прочностных, пластических и вязких свойств, не проявлять склонность к хрупкому и вязкому разрушению, а также иметь хорошую свариваемость и коррозионную стойкость [1,2].

Для анализа качества продукции рассмотрим справку по браку производства толстого листа