混凝土攪拌罐用鋼的研制

供稿|張立龍 / ZHANG Li-long

隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，混凝土攪拌罐對(duì)鋼材性能要求越來(lái)越嚴(yán)格。攪拌罐是混凝土生產(chǎn)的主要部件，同時(shí)也是影響整體性能的重要因素。隨著混凝土裝載量的日益加大，攪拌罐要求具有更高的強(qiáng)度、耐磨性，原用的鋼種已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足用戶(hù)的使用需求，迫切地需要進(jìn)行材料的升級(jí)換代。新材料要求具有高強(qiáng)度、良好的耐磨性、優(yōu)良的抗腐蝕性能，以達(dá)到在增加載荷的同時(shí)實(shí)現(xiàn)自身減重、提高使用壽命的目的。

本鋼研制的高強(qiáng)度混凝土攪拌罐用鋼BG520JJ在冶煉上采用合理控制鋼水的化學(xué)成分、潔凈度、夾雜物形態(tài)，連軋采用TMCP(控軋控冷)軋制，既保證了鋼材具有高的強(qiáng)度和良好的塑性，同時(shí)提高了鋼材的耐磨性。

技術(shù)要求

化學(xué)成分及冶煉工藝

本鋼混凝土攪拌罐用鋼BG520JJ生產(chǎn)厚度規(guī)格為2.0~6.0 mm的熱連軋鋼板及鋼帶，主要采用碳錳強(qiáng)化，降低成本，同時(shí)添加少量的微合金元素鈦及一定量的銅提高鋼板的強(qiáng)度及耐腐蝕性。鐵水必須經(jīng)過(guò)預(yù)處理，以保證成品S含量符合內(nèi)控要求。鋼板及鋼帶所用的鋼為氧氣轉(zhuǎn)爐冶煉的鎮(zhèn)靜鋼，通過(guò)LF爐進(jìn)行成分調(diào)整及合金配比等工作。具體化學(xué)成分要求見(jiàn)表1。

連軋工藝

由于鑄坯中含有銅元素，在加熱過(guò)程中容易在鑄坯表面聚集，因此在滿(mǎn)足軋制要求的前提下，盡可能縮短高溫在爐時(shí)間，避免與在爐時(shí)間較長(zhǎng)的鋼種混裝，在爐時(shí)間應(yīng)控制在180 min以?xún)?nèi)。

鑄坯冶煉后在本鋼2300機(jī)組進(jìn)行生產(chǎn)軋制，通過(guò)控制在爐時(shí)間，保證奧氏體晶粒不過(guò)度粗化。同時(shí)采用控軋控冷工藝，終軋后馬上冷卻，細(xì)化鋼材組織，提高強(qiáng)度。具體連軋工藝見(jiàn)表2 。

力學(xué)性能

此鋼種為低合金高強(qiáng)鋼，拉伸試驗(yàn)采用橫向試樣?？估瓘?qiáng)度要求達(dá)到520 MPa以上，屈服強(qiáng)度要求達(dá)到365 MPa以上，斷后伸長(zhǎng)率采用比例試樣，最低要求20%。冷彎試驗(yàn)采用寬度大于20 mm冷彎試樣。具體力學(xué)性能要求見(jiàn)表3。

表1 實(shí)驗(yàn)用鋼的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))%

表2 軋制工藝

表3 力學(xué)性能要求

性能檢驗(yàn)結(jié)果

性能檢驗(yàn)

混凝土攪拌罐用鋼BG520JJ生產(chǎn)的產(chǎn)品厚度規(guī)格為4.0~6.0 mm，共計(jì)生產(chǎn)1865 t鋼材，表面質(zhì)量良好，性能檢驗(yàn)均一檢合格，見(jiàn)表4 。

從表4所示的數(shù)據(jù)上看，力學(xué)性能檢驗(yàn)指標(biāo)全部合格，屈服強(qiáng)度均值439.6 MPa，最低值405 MPa，抗拉強(qiáng)度均值達(dá)到558.1 MPa，最低值535 MPa，強(qiáng)度指標(biāo)完全滿(mǎn)足用戶(hù)使用要求，伸長(zhǎng)率最低值為27%，說(shuō)明鋼材有較好的塑性，能滿(mǎn)足客戶(hù)對(duì)于攪拌罐用鋼強(qiáng)度、塑性的要求，既降低了鋼板厚度又能滿(mǎn)足性能要求。同時(shí)觀(guān)察極值的分布可以發(fā)現(xiàn)，各性能指標(biāo)波動(dòng)較小，說(shuō)明鋼材從成分及工藝各方面控制穩(wěn)定，波動(dòng)小，方便用戶(hù)的使用。

表4 力學(xué)性能檢驗(yàn)結(jié)果

其他檢驗(yàn)

對(duì)生產(chǎn)的BG520JJ厚度規(guī)格4.0 mm取2卷試樣，均取橫縱向拉伸樣各兩支，對(duì)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，見(jiàn)表5。從檢驗(yàn)結(jié)果看，力學(xué)性能指標(biāo)均符合標(biāo)準(zhǔn)要求，且橫縱向差別很小，說(shuō)明鋼材各向異性較好。

表5 拉伸檢驗(yàn)結(jié)果

觀(guān)察拉伸試樣的拉伸曲線(xiàn)，有明顯的屈服平臺(tái)，上下屈服點(diǎn)明顯，符合低合金高強(qiáng)鋼特點(diǎn)，工程應(yīng)變?cè)?0%左右斷裂，斷后伸長(zhǎng)率均高，塑性較好。

對(duì)4.0 mm及6.0 mm兩種規(guī)格BG520JJ各取1塊金相試樣進(jìn)行分析，檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 金相檢驗(yàn)結(jié)果

從檢驗(yàn)結(jié)果看，4.0 mm厚度規(guī)格硫化物指標(biāo)為1級(jí)，單顆粒球狀氧化物級(jí)別為0.5級(jí)，6.0 mm厚度規(guī)格試樣夾雜物均較少，鋼質(zhì)較純凈。各厚度規(guī)格晶粒較細(xì)，在11.4~11.6之間，晶粒細(xì)化既提高了強(qiáng)度也提高了塑性。組織為鐵素體加珠光體，珠光體百分含量在23%~26%之間，顯微組織及晶粒度符合設(shè)定預(yù)期。

從金相照片看，在鐵素體基體間分布有珠光體，鐵素體及珠光體均均勻細(xì)小，珠光體分布在鐵素體周?chē)恢?。金相照片?jiàn)圖1。

取厚度4.0 mm規(guī)格進(jìn)行冷彎實(shí)驗(yàn)，取樣寬度分別為35 mm及80 mm，寬度冷彎試樣各4塊，80°彎曲，全部合格。

取寬度分別為b=35 mm、b=80 mm的寬冷彎試樣各4塊，彎心直徑d=2a檢驗(yàn)，彎曲角度為180°。合格后壓靠至d=0， 180°冷彎后均無(wú)裂紋，說(shuō)明BG520JJ鋼具有優(yōu)良的工藝性能。

圖1 BG520JJ金相照片

圖2 混凝土攪拌罐車(chē)

分析與討論

通過(guò)力學(xué)性能檢驗(yàn)分析，本鋼生產(chǎn)的高強(qiáng)度混凝土攪拌罐用鋼總體性能穩(wěn)定，強(qiáng)度符合標(biāo)準(zhǔn)要求。煉鋼通過(guò)采用鐵水預(yù)處理，使得總體含硫量低于0.01%，磷含量低于0.015%，鋼種雜質(zhì)元素較低，對(duì)鋼板的塑性等性能有較好的效果。

生產(chǎn)的BG520JJ鋼主要采用碳、錳等元素進(jìn)行強(qiáng)化，降低了生產(chǎn)成本，同時(shí)鋼中添加微量鈦元素，與鋼種氮元素結(jié)合，降低了鋼板的時(shí)效性，通過(guò)控軋控冷工藝，在加熱時(shí)防止奧氏體晶粒過(guò)大，軋制時(shí)擴(kuò)大了奧氏體未再結(jié)晶區(qū)，細(xì)化了組織，在冷卻后通過(guò)析出強(qiáng)化及彌散強(qiáng)化提高了鋼板的強(qiáng)度。同時(shí)在鋼板焊接過(guò)程中，可以控制奧氏體的晶粒大小，防止魏氏組織的產(chǎn)生，對(duì)焊接也有較好的作用。

為了提高鋼材的耐腐蝕性，鋼中添加了一定量的銅元素，既提高了鋼板的強(qiáng)度，也使得鋼材的耐腐蝕性提高。但是由于銅在冶煉及加熱過(guò)程中容易在鑄坯表面聚集，因此需要在加熱時(shí)對(duì)鑄坯加熱時(shí)間、加熱速度等進(jìn)行控制。添加磷元素雖然對(duì)鋼板有強(qiáng)化及耐腐蝕的作用，但是磷元素對(duì)鋼板冷彎影響較大，因此不添加磷元素。

通過(guò)上述成分及工藝制造的鋼板晶粒較細(xì)，性能穩(wěn)定。圖2為使用本鋼生產(chǎn)的BG520JJ制造的混凝土攪拌罐圖片。

結(jié)論

(1) 本鋼研制開(kāi)發(fā)的BG520JJ熱軋鋼帶(板)化學(xué)成分、軋制工藝設(shè)計(jì)合理，各項(xiàng)性能指標(biāo)完全符合設(shè)計(jì)要求。

(2) 本鋼研制的BG520JJ熱軋鋼帶(板)，產(chǎn)品性能穩(wěn)定，尺寸外形精良，具有良好的力學(xué)性能、焊接性能和耐腐蝕性能，滿(mǎn)足制造多種混凝土攪拌罐用鋼的使用要求。