Экономическая эффективность термического упрочнения проката и труб
Бень Т.Г., Ильина Р.В., Кольцова А.П., Будаев В.Г.
Металлургия, 1985 г.
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ТЕРМИЧЕСКОГО УПРОЧНЕНИЯ ЛИСТОВОЙ СТАЛИ
Экономическая эффективность термического упрочнения листового проката определена по изменению эксплуатационных, капитальных и приведенных затрат в черной металлургии, в отраслях — потребителях металла и в сфере эксплуатации изделий из металла обычного и повышенного качества.
Расчеты эффективности произведены при условии нормализации и закалки листов с последующим форсированным отпуском с печного нагрева. Если обеспечивается эффективность упрочнения с печного нагрева, то упрочнение более экономичным способом — закалкой с прокатного нагрева — будет, несомненно, эффективным для народного хозяйства. Упрочненный листовой прокат в строительстве используется в стационарных конструкциях, где экономический эффект главным образом достигается за счет экономии металла. Кроме того, имеется экономия затрат в результате облегчения массы конструкций при их сборке и монтаже. 8 машиностроении упрочненный прокат может использоваться как в стационарных, так и в подвижных изделиях.
Применение упрочненной стали в подвижных конструкциях (вагоны, экскаваторы и др.) дает значительную экономию в результате облегчения массы конструкций и повышения грузоподъемности. Авторами выполнено исследование экономической эффективности применения толстолистового проката повышенной и высокой прочности в строительных металлоконструкциях, сооружениях и мостах. В качестве объектов исследования рассмотрены представительные изделия крупных и передовых в техническом отношении заводов металлоконструкций Челябинского, Нижнетагильского, Ждановского, Запорожского и Днепропетровского им. Бабушкина. Пролетные строения мостов, подкрановые балки, фермы и колонны промышленных зданий, резервуары различной емкости являются металлическими конструкциями ответственного назначения, к качеству которых предъявляются высокие требования.
Экономическая эффективность применения проката с упрочняющей обработкой в строительстве определена по разнице приведенных затрат по вариантам, рассчитанным на установленную конструкцию с учетом изменения затрат на производство металла, изготовление и монтаж конструкций, транспортировку проката на завод металлоконструкций и готовых изделий к месту монтажа.
Расчеты показали, что для обеспечения надежной работы металлоконструкций мостов в основных наиболее нагруженных элементах (пролетных строениях) целесообразно применять низколегированную термо-упрочненную сталь. Это позволяет снизить массу заменяемой части пролетных строений мостов на 20,0—43,7 % в зависимости от марки стали и типа моста, причем наибольшая величина экономии металла достигается в результате применения стали высокой прочности марок 16Г2АФ, 14Х2ГМР, 12Г2СМФ, 12ГН2МФАЮ. Несмотря на более высокие удельные затраты в черной металлургии при производстве упрочненного проката, за счет уменьшения массы пролетных строений мостов, выполненных из упрочненной стали, достигается экономия текущих и капитальных затрат при изготовлении металла заменяемой части в целом на изделие.
Применение стали повышенной и высокой прочности сопровождается увеличением трудоемкости обработки 1 τ металла. Так, на Днепропетровском заводе им. Бабушкина средние коэффициенты трудности изготовления 1 τ конструкций из углеродистой и низколегированной стали марок 15ХСНД, 16Г2АФ и 14Х2ГМР составляют соответственно 1,0; 1,09; 1,12 и 1,24. Однако снижение массы металлоконструкций позволяет уменьшить трудоемкость и себестоимость их изготовления. Этот фактор обеспечивает также экономию затрат при монтаже пролетных строений, изготавливаемых из более прочного металла. Экономический эффект от применения в пролетных строениях мостов термоупрочненной толстолистовой стали различных марок достигает от 53,4 до 194,8 руб/т проката.
Одним из видов продукции, в которых эффективно применение термо-упрочнейного проката, являются резервуары для хранения нефтепродуктов. Ниже приведены расчеты по определению экономической эффективности применения толстого листа из стали повышенной и высокой прочности для изготовления резервуаров различной емкости, выпускаемых Запорожским заводом металлоконструкций. Рассмотрено использование взамен горячекатаной толстолистовой стали Ст Зсп (I вариант) для изго* товления резервуаров емкостью 5000 м3 улучшенной стали 09Г2С (II вариант) и улучшенной стали 16Г2АФ (III вариант), а для изготовления резервуаров емкостью 50000 м3 — нормализованной стали 09Г2С (II вариант) и улучшенной стали 16Г2АФ (ill вариант).
Экономия металла от применения термоупрочненной стали марок 09Г2С и 16Г2АФ в резервуаре емкостью 50000 м3 составит 15,8 и 36,5 %, а в резервуаре емкостью 5000 м3 24,8 и 35,2% соответственно. Снижение металлоемкости резервуаров обусловливает экономию эксплуатационных и капитальных затрат на производство металла и их изготовление на заводе металлоконструкций по II и III вариантам. При определении себестоимости монтажа конструкций из низколегированных сталей использованы коэффициенты, учитывающие увеличение трудоемкости сборки и установки 1 τ этих конструкций по сравнению с аналогичными конструкциями из углеродистой стали. Для сталей марок 09Г2С и 16Г2АФ указанные коэффициенты равны 1,05 и 1,15.
Экономический эффект на 1 τ толстого листа из стали 09Г2С для изготовления резервуаров емкостью 50000 м3 достигает 23,6 руб., из стали 16Г2АФ 84,4 руб., в резервуаре емкостью 5000 м3 — соответственно 47,2 и 64,1 руб. Следовательно, в резервуарах экономически целесообразно применять лист из более прочной стали 16Г2АФ.
Опыт изготовления металлических конструкций доменных печей большого объема показал целесообразность применения в них упрочненного проката. Это подтверждают приведенные ниже расчеты по определению экономической эффективности применения толстого листа из стали повышенной и высокой прочности в кожухе доменной печи № 9 объемом 5000 м3 комбината „Криворожсталь", который был изготовлен на Ждановском заводе металлических конструкций. Расчеты выполнены, по трем вариантам изготовления кожуха: из горячекатаной стали Ст Зсп (I вари- _ ант), нормализованной стали 10Г2С1 (II вариант) и стали 16Г2АФ (III вариант), подвергаемой закалке с отпуском.
Применение термоупрочненных сталей 10Г2С1 и 16Г2АФ в кожухе печи позволя'ет сэкономить соответственно 22,7 и 39,8 % металла. По данным завода-изготовителя, производство 1 τ металлоконструкций, из сталей 10Г2С1 и 16Г2АФ более трудоемко, чем выполнение их из стали Ст Зсп. Коэффициенты трудоемкости равны 1,08 и 1,19. Народнохозяйственный эффект на 1 τ термоупрочненной толстолистовой стали 10Г2С1 и 16Г2АФ составляет 83.3 и 132,8 руб., что подтверждает экономическую эффективность применения этого металла в кожухах доменных печей большого объема, особенно стали 16Г2АФ. Проведенные расчеты показали также экономическую эффективность применения в строительных металлоконструкциях термоулрочнемного толстого листа из углеродистой стали ВСтТ и низколегированной пали марок 09Г2С, 10Г2С1, 18Г2АФ.
Определена экономия приведенных затрат по рассматриваемым металлоконструкциям на производство металла, изготовление и монтаж конструкций, транспортировку проката и готовых изделий. При этом расчеты по каждому виду рассматриваемых металлоконструкций выполнены в 3--4 вариантах изготовления: из горячекатаной низколегированной стали; из термически упрочненной углеродистой и низколегированной стали различных марок. В качестве базового варианта принято изготовление конструкций из углеродистой горячекатаной стали (табл. 6). Из приведенных в таблице данных видно, что превышение удельных затрат на производство упрочненного листового проката по сравнению с горячекатаным углеродистым во всех случаях компенсируется экономией металла. Экономия приведенных затрат в сферах производства и потребления существенно колеблется как по видам металлоконструкций, так и по маркам стали, Наибольших значений она достигает при использовании толстолистовой стали 16Г2АФ: в целом на заменяемую часть металлоконструкций подкрановых балок, ферм и колонн промышленных зданий 16,4—24,9 %, в том числе при производстве листового проката 5,5—16,9 %, изготовлении конструкций 24,7—31.0 %, монтаже 26,8—31,6 %, транспортировке листа и готовых конструкций к месту их установки 33,0—37,6 %. Экономический эффект при этом составляет 62,9—114,4 руб/т.
Как показали расчеты, применение термоупрочненной то л сто л истовой углеродистой стали более эффективно, чем низколегированной горячекатаной стали 10Г2С1 (см- табл. 61- Учитывая дефицит легирующих элементов, необходимых для производства низколегированной стали, в строительных металлоконструкциях рационально использовать углеродистый термоупрочненный прокат. В связи с этим следует расширить производство углеродистого термоупрочненного толстого листа. Кроме того, необходимо увеличить производство и потребление в строительстве термоупрочненной низколегированной стали повышенной и высокой прочности.
В экскаваторостроении применение термически упрочненной листовой стали рассмотрено в различных типах карьерных, шагающих и роторных экскаваторов. Расчеты показали, что дополнительные затраты на производство упрочненного проката перекрываются экономией средств в сферах изготовления и эксплуатации экскаваторов за счет снижения их металлоемкости, повышения надежности и долговечности (табл. 7),
Обработка металла повышенной и высокой прочности на машиностроительных предприятиях вызывает определенные трудности. Трудоемкость механической обработки (резка, гибка, правка и др.) и сварки в расчете на 1 τ металла увеличивается.