Сталевий рейд «французького аспіранта»
Принципово нові методи підвищення міцності сталі пропонують молоді українські вчені.
Технології, розроблювані співробітниками Національної металургійної академії України (НМетАУ, м. Дніпропетровськ), мають заступити морально застарілі й витратні методи. Міжнародне визнання досліджень учених нової генерації, можливо, прискорить процес їхнього впровадження.
Спочатку було «термо»
Захист кваліфікаційної роботи «Вивчення структури та особливостей арматурного про-кату для бетону після застосування деформації крутіння» аспірантом кафедри термічної обробки металу Костянтином Табалаєвим відбувся у вересні в Центральній технічній школі Ліона. Про надзвичайну актуальність цієї теми для металургійної та будівельної галузей нашої країни розповіли український співкерівник молодого вченого, старший науковий співробітник кафедри ТОМ кандидат технічних наук Олександр Івченко та колега Костянтина асистент Максим Амбражей. Сам дисертант тим часом чекає на одержання диплома у Франції.
— Після вступу до аспірантури Костянтин знайшов співкерівника в Центральній технічній школі Ліона й виграв конкурс наукових робіт, організований французьким посольством, — говорить Максим Амбражей. — Це дало йому можливість одержати фінансування для закордонних поїздок і щасливий шанс попрацювати на найсучаснішому дослідному обладнанні. Для нашої сторони все це було абсолютно безкоштовно.
— Утім, почалася робота з цієї теми ще у 2005 році на комбінаті «Криворіжсталь», нині «АрселорМіттал Кривий Ріг», — веде далі Олександр Івченко. — І це невипадково, адже ще в 1967-му там була запущена перша установка термічного зміцнення прокату. Піонером у цій галузі став керівник відділу термозміцнення Інституту чорної металургії союзного підпорядкування академік Кирило Федорович Стародубов, який одночасно завідував нашою кафедрою.
Але в ті часи радянські вчені не прагнули захищати свою інтелектуальну власність. Головним було досягнення певного результату та якнайшвидше його опублікування…
За словами О. Івченка, сьогодні довести, що ми були першими в промисловій технології термозміцнення арматури, уже майже неможливо — існують зарубіжні патенти. Є й «строк давності», після закінчення якого розробка може застосовуватися без посилання на авторство. За законодавством СРСР цей термін становив 20 років.
— А сьогодні, — говорить Олександр Івченко, — керівництво «АрселорМіттал», мабуть, уже й не знає, кому завдячує використовуваними технологіями. Більш того, на підприємстві фактично припинили співробітництво з українськими вченими, скасувавши фінансування на спільні розробки. Можна сказати, що їм цікавий наш метал, але не наша наука. Такий підхід позбавив нас будь-якої виробничої бази.
Тримай моток у холоді
Однак наука не стоїть на місці, і фахівці кафедри дещо змінили напрям досліджень, зробивши наголос на вивченні можливостей підвищення міцності сталі так званим методом холодної деформації.
— Арматурні стрижні для армування залізобетонних виробів, на поверхні яких нанесений періодичний профіль для кращого зчеплення з бетоном, сприймають основне зусилля на розтягання, — пояснює Олександр Івченко. — Що вище їхня міцність, то менше металу потрібно для будівництва. До 90-х років у залізобетонних конструкціях застосовувалася сталь класу 400 МПа за границею плинності. Тоді на один кубічний метр ЗБК витрачалося до 70 кг металу. Із упровадженням термообробки й легування вдалося досягти міцності класу 500 МПа, що для різних конструкцій дає економію металу в межах 10—15%.
Однак, за словами вченого, домішка легувальних елементів — річ досить витратна. Має свої мінуси й термообробка. З багатьох причин замість стрижневих арматур вигідніше випускати стрижні, змотані в моток, вагою від 0,5 до 2 тонн залежно від можливостей прокатного стану. Одна проблема: його неможливо остудити до тієї температури, коли буде досягнуто потрібних міцнісних властивостей. Уже за 550°С сформувати моток неможливо. З іншого боку, якщо припинити охолодження за більш високої температури, внутрішні й зовнішні шари в мотку остигатимуть нерівномірно, що також перешкоджає одержанню виробу класу 500 МПа. Отже, одержати виріб у мотках із потрібними міцнісними властивостями на металургійній переробці неможливо.
Тому дослідження співробітників кафедри термічної обробки металу (незважаючи на її назву) спрямовані зараз на те, щоб шляхом додаткової деформації за кімнатної температури з мотка арматури класу 300—400 МПа одержати виріб класу 500 МПа. Наприклад, на гладку заготівку в процесі перемотування за допомогою спеціальних деформувальних роликів наноситься періодичний профіль.
Інакше кажучи, з мотка катанки одержують вторинний моток періодичного арматурного стрижня з потрібними міцнісними властивостями. Другий спосіб — накладення холодної пластичної деформації на сталь класу 300—400 МПа з готовим періодичним профілем шляхом її згинання, поздовжнього скручування або розтягування. Ці операції також дозволяють збільшити міцнісні властивості. Саме таку можливість і вивчає Костянтин Табалаєв.
— Подальша доля самої дисертаційної роботи викликає певні питання, — зауважує Івченко. — Тепер наш, як ми його називаємо, «французький аспірант» повинен легалізувати її в Україні за допомогою не зовсім зрозумілої процедури нострифікації.
— Проте, — говорить Максим Амбражей, — можна сказати, що із суто металургійної точки зору завдання одержання арматурного прокату із заданими міцнісними властивостями нашими спільними зусиллями вже вирішено. Необхідність поставляти метал на зовнішній ринок «підтягла» рівень вітчизняного металургійного виробництва до європейського. Парадокс, однак, полягає в тому, що наші будівельні норми при цьому «загальмувалися» на рівні 1986 року. Адже зробити арматуру — це ще не все. Її треба грамотно застосувати. Так, за кордоном уже працюють технологічні лінії з виготовлення з мотків готових арматурних каркасів будь-якого рівня складності. Це значно заощаджує метал і скорочує необхідність проведення на будмайданчиках зварювальних робіт.
У нас же будівельні роботи ведуться часом дідівськими методами. Подекуди можна навіть побачити, як рослі хлопці-арматурники «крутять профіль» вручну. Але ж так працювали ще до 1953 року, коли застосовувалися переважно гладкі стрижні, зварювання майже не було, а арматура з’єднувалася методом згинання. Витрати металу в такому випадку вдвічі-втричі більші від необхідного, а недоліки технології найчастіше обмежували можливості зведення конкретних архітектурних форм. Залишається тільки сподіватися, що якнайшвидша розробка нових стандартів у цій галузі покладе край такому «будівельному вандалізму».
Метал «із жіночим обличчям»
Цікаво, що буквально слідом за Костянтином Табалаєвим «зарубіжну дисертацію» захистила також аспірантка дніпропетровської Національної металургійної академії Ганна Семикіна. У рамках програми подвійного наукового керівництва, яку фінансує Swedish Institute, у 2009 році вона одержала грант і виконувала в Королівському технологічному інституті (Стокгольм) дисертаційну роботу, присвячену розробці нового методу рециклізації корисних елементів сталеплавильних шлаків. Зі шведської сторони керівництво здійснював професор Сітараман, з української — проректор із зовнішньоекономічних зв’язків НМетАУ Володимир Шатоха.
Більша частина експериментів виконувалася за межами Швеції — в Університеті Карнегі Мелон (США) і в Україні, — розповідає В. Шатоха. — При цьому досліджувалися шлаки як вітчизняних, так і шведських заводів. За два роки Ганна виконала величезний обсяг робіт, результати яких не тільки опубліковані в провідних світових журналах, представлені на конференціях у Чилі, Франції та Швеції, а й запатентовані в Україні та Швеції. А в жовтні відбувся успішний захист дисертації на здобуття ступеня PhD (за кордоном — доктор філософії, аналог нашого кандидата наук). Мабуть, цей захист увійде в аннали історії як приклад упровадження гендерної політики шведського університету: наш дисертант, опонент (професор із Норвегії), всі троє членів екзаменаційного комітету (двоє зі Швеції й одна з Ісландії) і голова — жінки. Найближчим часом Ганна повертається в Україну, де відповідно до вимог ВАК представить свою роботу нашій науковій спільноті.
