鐵塔用角鋼的工藝改進與檢驗

鞍山紫竹科技型鋼有限公司 遼寧鞍山 114015

角鋼作為建造用碳素結(jié)構(gòu)鋼,目前在工程結(jié)構(gòu)與建筑結(jié)構(gòu)中已取得了廣泛應(yīng)用,如輸電塔、房屋、橋梁、船舶等。隨著國家經(jīng)濟的高速發(fā)展,建筑行業(yè)、電力工業(yè)近幾年的發(fā)展速度在逐漸加快,尤其是電網(wǎng)不斷向高壓、特高壓輸變電升級。輸變電鐵塔用鋼基本需求量呈現(xiàn)正向增長態(tài)勢,其性能逐漸優(yōu)化,并得到廣泛認(rèn)可。當(dāng)前,研制、開發(fā)高質(zhì)量等級的輸變電鐵塔用低合金高強度角鋼是業(yè)內(nèi)的發(fā)展重點[1-2]。

1 鐵塔用角鋼質(zhì)量缺陷

由于受技術(shù)條件限制,角鋼會存在一些質(zhì)量缺陷,包括頂角夾雜、肢端裂紋、肢面夾雜、拉絲、缺肉等[3-4]。鐵塔用角鋼部分質(zhì)量缺陷如圖1所示。

為防止鐵塔在使用過程中被酸雨和大氣腐蝕,要求角鋼在安裝前進行酸洗與鍍鋅工藝處理。如果角鋼存在裂紋[5-6],酸洗時會有部分酸液殘留于裂紋內(nèi),難以清洗干凈。鍍鋅后這部分酸液被封閉于裂紋內(nèi),腐蝕鋅層及內(nèi)層金屬,會直接威脅到鐵塔的安全。

2 工藝改進

筆者公司為進一步適應(yīng)市場對超大規(guī)格、高強度、優(yōu)質(zhì)鐵塔用角鋼的需求,對原有角鋼生產(chǎn)工藝進行改進,從多方面保證了鐵塔用角鋼的性能[7]。

2.1 生產(chǎn)工藝流程

鐵塔用角鋼生產(chǎn)工藝流程如圖2所示。

2.2 合金化冶煉及連鑄控制

采用釩氮合金化生產(chǎn)[8]。由于釩對氮有很強的親和力,并且釩氮形成立方晶體結(jié)構(gòu),可以在鐵素體中析出,同時運動速度很快,因此可以形成無數(shù)細小的釩氮晶粒,對鑄件進行細晶強化。另外,釩在奧氏體中的主要析出形式可以起到沉淀強化的作用[9]。由此可見,釩氮合金化不僅能夠降低鋼中錳的含量,實現(xiàn)低成本煉鋼,而且可以使鋼產(chǎn)品各項性能滿足要求。

圖2 鐵塔用角鋼生產(chǎn)工藝流程

保證鋼水純凈度較好狀態(tài)。根據(jù)國標(biāo)GB/T 10561—2005《鋼中非金屬夾雜物含量的測定——標(biāo)準(zhǔn)評級圖顯微檢驗法》對夾雜物進行金相評級,A類夾雜物(硫化物)絕大部分夾雜等級為A0.5,D類夾雜物(球類或點狀氧化物)絕大部分夾雜等級為D1.0。生產(chǎn)中,鋼包開始澆鑄時的拉坯速度允許比鋼包正常澆鑄時的拉坯速度高,但兩者的速度差不能大于0.1 m/min。連鑄中間包采用低過熱度方法澆鑄,保證過熱度值為15～25 ℃。在連鑄過程中,采用全過程保護澆鑄,避免吸氣、增加夾雜等。在生產(chǎn)過程中要保證中間包深度在850 mm以上,減小中間包液面的波動,采用中冷,減少鑄坯表面缺陷的產(chǎn)生[10]。

2.3 軋制工藝參數(shù)優(yōu)化

采用控溫軋制工藝。為減少角鋼腿部裂紋的產(chǎn)生,適當(dāng)降低開軋與終軋溫度,鋼坯加熱溫度為1 240 ℃,開軋溫度為1 120～1 160 ℃,終軋溫度為810～850 ℃,軋后空冷至室溫。粗軋前進行高壓水除磷,保證坯料狀態(tài)完好,減少氧化鐵皮壓入[11]。粗軋過程中增加翻鋼次數(shù),避免坯料內(nèi)部缺陷向角鋼邊部擴展。調(diào)整導(dǎo)衛(wèi)裝置,保證軋件順利進出軋機[12]。在生產(chǎn)中避免劃傷情況發(fā)生,并優(yōu)化孔型工藝,嚴(yán)格控制各道次壓下規(guī)程。角鋼軋制生產(chǎn)現(xiàn)場如圖3所示。

圖3 鐵塔用角鋼軋制生產(chǎn)現(xiàn)場

各機列軋鋼參數(shù)見表1,粗軋道次與壓下量見表2,精軋道次與壓下量見表3。

3 產(chǎn)品性能檢驗

3.1 檢驗內(nèi)容

為驗證生產(chǎn)工藝的合理性,檢驗產(chǎn)品的性能指標(biāo),隨機挑選三個不同批次爐號的軋件進行取樣,并進行對比檢驗,爐號記為A、B、C。

表1 各機列軋鋼參數(shù)

檢驗內(nèi)容包括低倍金相檢測[13]、化學(xué)成分分析和力學(xué)性能檢驗。

表2 粗軋道次與壓下量

表3 精軋道次與壓下量

3.2 取樣方法

為充分檢驗產(chǎn)品的性能指標(biāo),在常規(guī)取樣位置的基礎(chǔ)上,對取樣位置進行了調(diào)整,得到特殊取樣位置。

化學(xué)成分和力學(xué)性能檢驗中,特殊取樣位置為距角鋼邊部外側(cè)1/2處,常規(guī)取樣位置為距角鋼邊部外側(cè)1/3處,并在角鋼頂角位置處取樣進行拉伸檢測。拉伸檢測取樣后均加工為標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣,再進行拉伸檢測。由于沖擊試樣截面厚度相對角鋼壁厚尺寸而言較薄,取樣位置不同可能影響到檢驗結(jié)果,因此沖擊檢測取樣又分為表面取樣與中心取樣。表面取樣去除軋件一側(cè)表面2 mm后加工為標(biāo)準(zhǔn)沖擊試樣,中心取樣在軋件厚度中心位置加工為標(biāo)準(zhǔn)沖擊試樣。沖擊檢測時,在每個位置取樣三組,并求出平均值。

在每批次爐號同一軋件上分別進行取樣,取樣位置如圖4所示。

圖4 性能檢驗取樣位置

3.3 檢驗結(jié)果

采用冷酸浸法對試樣進行處理,并進行觀察分析,確認(rèn)試樣不存在任何低倍偏析、疏松、縮孔、氣泡、裂紋、夾雜、粗晶環(huán)等缺陷。試驗低倍金相檢測圖像如圖5所示。

圖5 試樣低倍金相檢測圖像

經(jīng)儀器檢測,產(chǎn)品試樣的化學(xué)成分檢驗結(jié)果見表4。

由表4可知,試樣化學(xué)成分滿足國標(biāo)GB/T 222—2006《鋼的成品化學(xué)成分允許偏差》要求。

表4 試樣化學(xué)成分檢驗結(jié)果

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 706—2016《熱軋型鋼》和YB/T 4163—2016《鐵塔用熱軋角鋼》加工試樣,并進行力學(xué)性能檢驗,拉伸檢測結(jié)果見表5,沖擊檢測結(jié)果見表6。

對不同取樣位置力學(xué)性能檢驗數(shù)據(jù)進行對比,抗拉強度對比如圖6所示,屈服強度對比如圖7所示,斷后伸長率對比如圖8所示,表面取樣沖擊功平均值對比如圖9所示,中心取樣沖擊功平均值對比如圖10所示。

4 結(jié)束語

從檢驗數(shù)據(jù)對比可以看出,對于鐵塔用角鋼產(chǎn)品而言,不同位置取樣,檢驗結(jié)果比較接近,數(shù)據(jù)分布區(qū)間均勻合理,而且各個指標(biāo)都滿足國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求。由此可見,筆者公司試軋的鐵塔用角鋼產(chǎn)品性能完全達到國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求,而且產(chǎn)品組織與性能在幾何斷面分布均勻穩(wěn)定,不存在薄弱區(qū)。

表5 試樣拉伸檢測結(jié)果

表6 試樣沖擊檢測結(jié)果

圖6 試樣抗拉強度對比

圖7 試樣屈服強度對比

圖9 表面取樣沖擊功平均值對比

圖10 中心取樣沖擊功平均值對比

筆者公司鐵塔用角鋼坯料的化學(xué)成分穩(wěn)定,軋制工藝改進方案合理,實施性強,產(chǎn)品滿足用戶的使用需求。