铁塔用角钢的工艺改进与检验

鞍山紫竹科技型钢有限公司 辽宁鞍山 114015

角钢作为建造用碳素结构钢,目前在工程结构与建筑结构中已取得了广泛应用,如输电塔、房屋、桥梁、船舶等。随着国家经济的高速发展,建筑行业、电力工业近几年的发展速度在逐渐加快,尤其是电网不断向高压、特高压输变电升级。输变电铁塔用钢基本需求量呈现正向增长态势,其性能逐渐优化,并得到广泛认可。当前,研制、开发高质量等级的输变电铁塔用低合金高强度角钢是业内的发展重点[1-2]。

1 铁塔用角钢质量缺陷

由于受技术条件限制,角钢会存在一些质量缺陷,包括顶角夹杂、肢端裂纹、肢面夹杂、拉丝、缺肉等[3-4]。铁塔用角钢部分质量缺陷如图1所示。

为防止铁塔在使用过程中被酸雨和大气腐蚀,要求角钢在安装前进行酸洗与镀锌工艺处理。如果角钢存在裂纹[5-6],酸洗时会有部分酸液残留于裂纹内,难以清洗干净。镀锌后这部分酸液被封闭于裂纹内,腐蚀锌层及内层金属,会直接威胁到铁塔的安全。

2 工艺改进

笔者公司为进一步适应市场对超大规格、高强度、优质铁塔用角钢的需求,对原有角钢生产工艺进行改进,从多方面保证了铁塔用角钢的性能[7]。

2.1 生产工艺流程

铁塔用角钢生产工艺流程如图2所示。

2.2 合金化冶炼及连铸控制

采用钒氮合金化生产[8]。由于钒对氮有很强的亲和力,并且钒氮形成立方晶体结构,可以在铁素体中析出,同时运动速度很快,因此可以形成无数细小的钒氮晶粒,对铸件进行细晶强化。另外,钒在奥氏体中的主要析出形式可以起到沉淀强化的作用[9]。由此可见,钒氮合金化不仅能够降低钢中锰的含量,实现低成本炼钢,而且可以使钢产品各项性能满足要求。

图2 铁塔用角钢生产工艺流程

保证钢水纯净度较好状态。根据国标GB/T 10561—2005《钢中非金属夹杂物含量的测定——标准评级图显微检验法》对夹杂物进行金相评级,A类夹杂物(硫化物)绝大部分夹杂等级为A0.5,D类夹杂物(球类或点状氧化物)绝大部分夹杂等级为D1.0。生产中,钢包开始浇铸时的拉坯速度允许比钢包正常浇铸时的拉坯速度高,但两者的速度差不能大于0.1 m/min。连铸中间包采用低过热度方法浇铸,保证过热度值为15～25 ℃。在连铸过程中,采用全过程保护浇铸,避免吸气、增加夹杂等。在生产过程中要保证中间包深度在850 mm以上,减小中间包液面的波动,采用中冷,减少铸坯表面缺陷的产生[10]。

2.3 轧制工艺参数优化

采用控温轧制工艺。为减少角钢腿部裂纹的产生,适当降低开轧与终轧温度,钢坯加热温度为1 240 ℃,开轧温度为1 120～1 160 ℃,终轧温度为810～850 ℃,轧后空冷至室温。粗轧前进行高压水除磷,保证坯料状态完好,减少氧化铁皮压入[11]。粗轧过程中增加翻钢次数,避免坯料内部缺陷向角钢边部扩展。调整导卫装置,保证轧件顺利进出轧机[12]。在生产中避免划伤情况发生,并优化孔型工艺,严格控制各道次压下规程。角钢轧制生产现场如图3所示。

图3 铁塔用角钢轧制生产现场

各机列轧钢参数见表1,粗轧道次与压下量见表2,精轧道次与压下量见表3。

3 产品性能检验

3.1 检验内容

为验证生产工艺的合理性,检验产品的性能指标,随机挑选三个不同批次炉号的轧件进行取样,并进行对比检验,炉号记为A、B、C。

表1 各机列轧钢参数

检验内容包括低倍金相检测[13]、化学成分分析和力学性能检验。

表2 粗轧道次与压下量

表3 精轧道次与压下量

3.2 取样方法

为充分检验产品的性能指标,在常规取样位置的基础上,对取样位置进行了调整,得到特殊取样位置。

化学成分和力学性能检验中,特殊取样位置为距角钢边部外侧1/2处,常规取样位置为距角钢边部外侧1/3处,并在角钢顶角位置处取样进行拉伸检测。拉伸检测取样后均加工为标准拉伸试样,再进行拉伸检测。由于冲击试样截面厚度相对角钢壁厚尺寸而言较薄,取样位置不同可能影响到检验结果,因此冲击检测取样又分为表面取样与中心取样。表面取样去除轧件一侧表面2 mm后加工为标准冲击试样,中心取样在轧件厚度中心位置加工为标准冲击试样。冲击检测时,在每个位置取样三组,并求出平均值。

在每批次炉号同一轧件上分别进行取样,取样位置如图4所示。

图4 性能检验取样位置

3.3 检验结果

采用冷酸浸法对试样进行处理,并进行观察分析,确认试样不存在任何低倍偏析、疏松、缩孔、气泡、裂纹、夹杂、粗晶环等缺陷。试验低倍金相检测图像如图5所示。

图5 试样低倍金相检测图像

经仪器检测,产品试样的化学成分检验结果见表4。

由表4可知,试样化学成分满足国标GB/T 222—2006《钢的成品化学成分允许偏差》要求。

表4 试样化学成分检验结果

根据标准GB/T 706—2016《热轧型钢》和YB/T 4163—2016《铁塔用热轧角钢》加工试样,并进行力学性能检验,拉伸检测结果见表5,冲击检测结果见表6。

对不同取样位置力学性能检验数据进行对比,抗拉强度对比如图6所示,屈服强度对比如图7所示,断后伸长率对比如图8所示,表面取样冲击功平均值对比如图9所示,中心取样冲击功平均值对比如图10所示。

4 结束语

从检验数据对比可以看出,对于铁塔用角钢产品而言,不同位置取样,检验结果比较接近,数据分布区间均匀合理,而且各个指标都满足国家或行业标准的要求。由此可见,笔者公司试轧的铁塔用角钢产品性能完全达到国家或行业标准的要求,而且产品组织与性能在几何断面分布均匀稳定,不存在薄弱区。

表5 试样拉伸检测结果

表6 试样冲击检测结果

图6 试样抗拉强度对比

图7 试样屈服强度对比

图9 表面取样冲击功平均值对比

图10 中心取样冲击功平均值对比

笔者公司铁塔用角钢坯料的化学成分稳定,轧制工艺改进方案合理,实施性强,产品满足用户的使用需求。