20.11.2018
На сегодняшний день Бельгию вполне заслужено называют одним из самых крупных поставщиков продовольственных товаров, а также...


19.11.2018
В последние годы всё большее количество люде используют для обшивки фасадной части своего жилого здания металлический сайдинг (из...


19.11.2018
Горячекатаный швеллер в последние годы считается весьма популярным типом металлического проката. Он нашёл широчайшее во многих...


19.11.2018
Участие профессионального адвоката в уголовном производстве в настоящий момент считается важнейшим условием для того, чтобы моно...


19.11.2018
Наличие надежных дверных замков в рабочем состоянии — залог того, что квартира и все ее имущество останутся целыми. Это защита от...


17.11.2018
Сантехнические ревизионные люки являются технологичными углублениями или же, иными словами, колодцами, где располагаются счётчики...


Снижение металлоемкости в машиностроении и строительстве при применении дифференцированного по прочности проката

14.07.2018
Черные металлы и особенно стальной прокат в экономике нашей страны еще долгие годы будут основным конструкционным материалом. Однако возможности экстенсивного пути развития черной металлургии, т. е. удовлетворение возрастающих потребностей народного хозяйства в металлопрокате за счет увеличения производства стали, выпуска проката и стальных труб, во многом исчерпаны. Поэтому одним из основных направлений развития народного хозяйства (в первую очередь главных металлопотребляющих отраслей: машиностроения, металлообработки и строительства) является пересмотр оценок качества металлопроката и уровня его использования в конструкциях с технической и экономической точек зрения.

Недопустимо положение, когда металлопотребляющие отрасли регламентируют применение углеродистых и низколегированных сталей и уровень использования их прочностных свойств. Неэффективна практика минимизации типоразмеров проката. Предприятия и отрасли таким путем облегчают условия металлоснабжения, но повышают металло-, трудо- и энергоемкости производства конструкций и эксплуатационных расходов в течение всего срока их службы.

Потребители стального проката непрерывно повышают требования к его качеству, и металлурги в основном удовлетворяют их. Однако этот фактор полностью не используется в целях снижения металлоемкости конструкций. Коэффициенты безопасности, допускаемые напряжения и расчетные сопротивления проката сохраняются неизменными.

Предприятия отраслей машиностроения и строительства ориентированы, главным образом, на снижение трудовых затрат. В связи с этим конструктивные и технологические решения и приемы, которые при снижении металлоемкости конструкций позволяют повысить их работоспособность, надежность, долговечность и другие качества, но требуют повышенных трудовых затрат, не получили достаточного применения. Необходимое качество выпускаемых конструкций в большинстве отраслей обеспечивается увеличением толщин и сечений применяемого металлопроката. Допускаемый при этом перерасход металла считают более выгодным для изготовителя конструкций, чем применение с той же целью конструктивно-технологических мероприятий, так как они увеличивают затраты труда в производстве. Такой практике способствуют и практические методы определения экономической эффективности снижения норм расхода металла. В частности, недооценивается значение экономии затрат прошлого труда, который в общей стоимости современной продукции доминирует. He учитываются последствия, обусловливаемые перерасходом конструкционного металла в металлургической промышленности и сопряженных с ней отраслях народного хозяйства, на магистральном транспорте и при эксплуатации промышленной продукции и сооружений.

Для изменения сложившегося в машиностроении и строительстве отношения к снижению металлоемкости конструкций необходимо ускорить введение в действие единой для всех отраслей народного хозяйства методики определения экономической эффективности снижения металлоемкости конструкций. Эта методика должна способствовать формированию объективных взглядов и практических приемов определения основных экономических показателей, характеризующих народнохозяйственный доход, сопутствующий снижению металлоемкости конструкций. В соответствии с единой методикой должны быть приведены прейскуранты оптовых цен на прокат и металлоконструкции.

Первым шагом к созданию методики можно считать признание интегральным показателем удельной металлоемкости национального дохода. Правильное понимание и применение нового экономического показателя должно быть обусловлено комментариями к единой обязательной методике. Необходимо изложить и регламентировать единую систему определения вспомогательных и промежуточных характеристик и показателей, которые отражают эффективность мероприятий, проводимых на этапах производства проката, проектирования и производства конструкций, а также в период эксплуатации промышленной продукции и сооружений.

Задания по снижению удельной металлоемкости национального дохода выполнимы лишь при использовании в каждой отрасли комплекса научно-технических, инженерно-производственных и организационноэкономических мероприятий. Планируя их практическое применение, следует учитывать, что большинство известных мероприятий требует увеличения затрат производственных ресурсов и дополнительных капитальных вложений. Все мероприятия, осуществляемые с привлечением дополнительных капитальных вложений, приводят к цели по истечении полного цикла их освоения, который обычно достаточно длителен, особенно в условиях действующего производства. Методы снижения металлоемкости конструкций, требующие дополнительных затрат производственных ресурсов, уступают по экономичности и срокам реализации мероприятиям, которые могут быть проведены без таких затрат или при небольшом их уровне. Удельная металлоемкость национального дохода при малозатратных мероприятиях снижается пропорционально уменьшению металлоемкости и повышению национального дохода. Поэтому они должны быть использованы в первую очередь.

Указанным целям соответствует зародившийся и разработанный в нашей стране комплексный путь снижения металлоемкости конструкций, который создает предпосылки для уменьшения удельной металлоемкости национального дохода на всех этапах его создания. Он основан на новых подходах к определению механических свойств проката и его нормативных характеристик прочности и пластичности, а также допускаемых напряжении, расчетных сопротивлений и коэффициентов безопасности, при которых может быть использован прокат в силовых конструкциях промышленной продукции и сооружений.

В сферах производства и потребления проката проводятся мероприятия, отвечающие новому подходу к оценке его качества и определению уровня использования в конструкциях. Так, в металлургическом производстве реализуется комплекс мероприятий по повышению уровня прочности и надежности, проката на этапе контроля его свойств и аттестации при выпуске. Это достигается дифференциацией проката каждой марки стали по двум группам нормативной прочности, обеспечением каждой поставляемой партии металла установленными механическими свойствами с довеительной вероятностью не менее 0,95. Дифференциацию проката проводят на основании статистического материала по каждому размеру и виду проката, получаемого металлургическим предприятием по установившейся технологии на конкретном оборудовании. Результаты обработки статистических данных с использованием теории вероятности позволяют установить зависимость контролируемых свойств проката от технологии выплавки стали и режимов прокатки, регламентировать приемочные характеристики, по которым необходимо вести отбраковку металла, чтобы принятый прокат имел свойства установленного уровня, а их вероятность в каждой партии соответствовала условию Pм > 0,95.

Теория показывает, а практика подтверждает, что заданный уровень вероятности контролируемых свойств 1-й (Ciн1) и 2-й (Ciн2) групп дифференцированного проката обеспечивается повышением приемочных (браковочных) значений (чисел) соответственно на Ai1 и Ai2 против нормативных.

Таким образом, механические свойства дифференцированного проката определяются условиями его приемки: Ciп1 > Ciн1 + Ai1; Ciп2 > Ciн2 + Ai2. Действующие ГОСТы не обусловливают уровень вероятности механических свойств каждой поставляемой партии проката. Приемку ведут по условию: Ciп0 > Ciн0 при Ai0 = 0, следовательно, нормативная прочность проката завышена на Ai0. Дифференцированный прокат превосходит идентичный гостированный по марке стали, виду и толщине. При равенстве нормативных значений Ciн1 = Ciн0

При превышении нормативных характеристик дифференцированного проката Ciп2 > Ciн0
Снижение металлоемкости в машиностроении и строительстве при применении дифференцированного по прочности проката

Такой подход к определению механических свойств проката и разделению его на группы прочности позволяет прогнозировать ожидаемые результаты. Благодаря этому по изменению статистических характеристик можно заблаговременно обнаружить негативные отклонения в технологии выплавки стали и режимах прокатки и своевременно предотвратить их влияние на качество продукции.

Вероятностно-статистический метод аттестации проката по двум группам прочности обеспечивает значительные преимущества по основной прочностной характеристике — пределу текучести отн. В этом нетрудно убедиться, анализируя кривые распределения проката по уровню предела текучести.

Рассмотрим листовую низкоуглеродистую и арматурную низколегированную стали (рис. 1 и 2). Кривые распределения и другие статистические характеристики этих сталей являются результатам испытания нескольких сот партий проката одинаковых марок стали, вида и толщины. Первая характеризует листовой прокат стали ВСтЗсп толщиной 10 мм, вторая — арматурную сталь 35ГС диаметром 20 мм. Разброс значений от для каждой рассматриваемой стали значителен, и, следовательно, дифференциация проката каждого вида может быть весьма эффективной. Нормативные значения предела текучести дифференцированного углеродистого листового проката определены в соответствии с ТУ 14-1-3023—80 для 1-й группы прочности отн1 = 245 МПа и для 2-й группы отн2 = 275 МПа. Средние квадратические отклонения предела текучести для всей совокупности плавок S = 25 МПа, для партии проката S0 = 10 МПа.

Арматурная сталь 35ГС характеризуется значениями S = 27,65 МПа и S0 = 6,57 МПа, для ее групп приняты отн1 = 392 МПа и отн2 = 422 МПа.

Статистические данные, приведенные выше, позволяют определить приемочные числа для каждой группы листовой и арматурной стали по формуле

(n — число образцов, по которым определяют свойства каждой партии проката; для дифференцированного проката n = 2, для гостированного n =1; d = S02/S2-S02; h1 = oт-отн1; h2 = от-отн2 здесь от — среднее значение предела текучести, соответствующее кривой распределения).

Расчеты дают следующие значения: для листовой стали Дт1 = 16,5 МПа, Aт2 =19,4 МПа, Стп1 = отп = 245 + 16,5 = 261,5 МПа; Cтп2 = отн2 = 294,4 МПа; для арматурной стали Ат1 = 11,5 МПа, Ат2 = 12,4 МПа, Стп1 = отп1 = 403,5 МПа; Стп2 = отн2 = 434,4 Мпа.

Приемочные числа являются абсциссами ординат, которые определяют массу кондиционного проката и разделяют его на две группы прочности (см. рис. 1 и 2). Очевидно, 1-я группа листовой стали комплектуется партиями проката с приемочными значениями прочности, находящимися в интервале 261,5...294,4 МПа. Нормативная фактическая прочность проката этой группы выше обусловленной ТУ 14-1-3023-80 отн1 = 245 МПа и регламентированной ГОСТ 380-71 отн0 = 235 МПа (см. рис. 1,6). Усредненная нормативная прочность согласно расчетам по 1-й группе проката отн1с = 265 МПа, по 2-й — отн2с = 300 МПа.

Фактические значения предела текучести проката oтiф превышают приемочные отпi — на величину Aф - A1(2). Поэтому характеристики вероятности, отнi, вычисляемые с помощью формулы

возрастают по мере приближения к границе высокого уровня значений от (см. рис. 1, в и 2, в). Усредненные значения вероятностей отн1(2) для листовой стали ВСтЗсп 1-й и 2-й групп соответственно равны Рмфс1 = 0,9992 и Рмфс2 = 0,9997.

Характеристики дифференцированного листового проката и арматурной стали, а также идентичного гостированного проката даны в табл. 1. Дифференцированные по двум группам прочности листовая и арматурные стали превосходят аналогичные стандартные не только по прочности, но и по надежности. Высокая достоверность прочностных характеристик дифференцированного проката каждой группы прочности, обусловленная введением в ТУ и ГОСТы на металлопрокат обязательного нового требования о гарантировании механических свойств с минимальной граничной вероятностью для каждой партии проката Pм > 0,95, позволяет использовать новые подходы к определению допускаемых напряжений и расчетных сопротивлений дифференцированного проката.

Одним из возможных новых подходов является установление расчетных сопротивлений и допускаемых напряжений для дифференцированного проката в зависимости от усредненных значений прочности и вероятности механических свойств каждой группы металлопроката. Такой подход позволяет без снижения существующих общих коэффициентов безопасности работы конструкций повысить по сравнению с уровнем 1985 г. допускаемые напряжения для проката углеродистой стали 1-й группы на 13 % и 2-й группы на 28 % (см. табл. 1). Расчетные сопротивления могут быть выше установленных действующими СНиП П-23-81 и СНиП 2.03.01-84 для листового проката стали ВСтЗсп толщиной 10 мм 1-й и 2-й групп прочности на 16 и 30 %, а для арматурной стали 35ГС диаметром 20 мм на 6,3 и 15 %.

Применение дифференцированного металлопроката с повышенными допускаемыми напряжениями и расчетными сопротивлениями позволяет снизить удельную металлоемкость машиностроительных конструкций в среднем на 9 %, стальных конструкций промышленных и гражданских объектов на 10 %, железобетонных в среднем на 9 %.

Переход к выпуску дифференцированного проката обусловливает повышение его эквивалента прочности в среднем на 10 %. Этот эффект достигается при существующем уровне сквозных приведенных затрат от добычи сырья до отгрузки готового проката. Применение такого проката позволяет потребителям снизить потребление конструкционной стали, вспомогательных материалов, всех видов производственной энергии и трудовых ресурсов. Ускоряется производство и снижается потребность в капитальных вложениях на наращивание производственных мощностей. Благодаря дифференциации проката народное хозяйство получает менее металлоемкие виды промышленной продукции и сооружения, которые по эксплуатационной экономичности превосходят эквивалентные конструкции из стандартного проката.

Итак, дифференциации проката по разным уровням прочности сопутствует положительный народнохозяйственный экономический эффект, образующийся в сферах производства металла, изготовления и монтажа конструкций, использования услуг сопряженных отраслей народного хозяйства, а также металлосодержащей промышленной продукции и сооружений в общественном производстве. Экономическая эффективность дифференциации определяется раздельно по каждой сфере с учетом их особенностей. Она выражается экономией приведенных затрат при производстве эквивалентных по назначению и потребительским свойствам видов продукции (работ) с учетом преимуществ дифференциации проката и без их учета.

Полная народнохозяйственная экономическая эффективность дифференциации проката равна, очевидно, суммарному эффекту по всем сферам, в которых проявляется действие дифференциации. Этот показатель определяет экономию затрат живого и прошлого труда: от добычи сырья для производства металла до окончания нормативного срока службы конструкции.

Таким образом, суммарная экономия приведенных затрат по всем сферам обращения дифференцированного проката (в явном и неявном виде) характеризует полную народнохозяйственную экономическую эффективность, обусловленную дифференциацией. Этот показатель может быть исчислен на единицу массы вытесняемого базового проката или вводимого нового. Таким удельным показателем удобно пользоваться при изучении экономики крупных производств, а также применительно к конкретному виду продукции.

Некоторое представление об общей эффективности дифференциации проката и долевом значении отдельных сфер дают приведенные в качестве примера данные табл. 2. Анализ показывает, что удельный национальный доход, сопутствующий дифференциации, в 2,5 раза превышает народнохозяйственную стоимость сэкономленного проката.

Выводы


1. Отраслям промышленности и строительства рекомендуется оценить техническую и экономическую сущность дифференциации проката и принять меры по распространению вероятностно-статистического метода аттестации на марки стали, еще не охваченные этой методикой. Следует переработать существующие правила проектирования и расчета конструкций, обеспечив широкое применение дифференцированного проката вместо аналогичного стандартного, при полном использовании всех его технических преимуществ, ускорить переработку существующей рабочей документации на изготовление конструкций пониженной металлоемкости из дифференцированного проката.

2. Госстандарту России целесообразно включить в ГОСТ 1.2-85 дополнительные требования, ориентирующие разработчиков на создание ГОСТов и ТУ на производство конструкционного проката, который по качеству превосходил бы лучшие зарубежные аналоги, и обязывающие в ГОСТах и ТУ на металлопрокат нормировать вероятность основных механических свойств.

3. Распространить государственную приемку на руководящие отраслевые материалы, определяющие расход и уровень использования конструкционной стали, и проектную документацию, используемую при производстве металлосодержащих конструкций.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: