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经过冷弯变形,在角钢变形区(R弧部位)有明显加工硬化现象,屈服强度增加了30.1%,抗拉强度增加了19.7%,增加明显;角钢侧翼板屈服强度增加4.4%,抗拉强度增加了1.2%,略有增加。在角钢变形区(R弧部位)断后伸长率下降,塑性降低,侧翼变化不明显。冷弯变形过程对型钢产品的冲击韧性影响不大,靠近R弧角钢侧翼板和母材的冲击韧性基本无变化。冷弯产品在角钢变形区硬度增加20.3%,角钢侧翼板硬度基本无变化。冷弯产品在角钢变形区(R弧部位)厚度减薄量约为0.11 mm,减薄约2.1%;角钢侧翼板部位减薄约0.56%,减薄量较小。
根据低合金高强度结构钢(GB/T 1591-2008)国标中关于Q420及Q460的钢材性能要求对Q450NQR1材料生产的耐候冷弯型钢进行评定。耐候冷弯型钢,平均屈服强度大于460MPa,抗拉强度度介于550~720MPa之间,平均断后伸长率大于19%,-40℃冲击功远大于34J,力学性能满足规范要求。
3.3耐候冷弯型钢金相组织分析
从辊弯试样中截取金相试样,1号试样取自角钢圆角部分(即变形区),2号试样取自角钢侧翼(未变形区,组织与母材组织相同)。试样截面经抛光后腐蚀,检验其硬度及金相组织。
通过金相分析,该冷弯型钢产品基体组织为铁素体加珠光体组织,与原材料Q450NQR1耐候钢的组织一致。冷弯边部组织晶粒发生明显形变,弯弧外层的晶粒组织沿宽度方向被拉长,弯弧内弧的晶粒组织沿厚度方向上被拉伸。该产品的金相组织**了它的各项力学性能。
输电铁塔用钢
我国输电塔一般采用角钢塔(塔高约20-70m),而输电高塔(一般在100m以上)多采用组合角钢塔或钢管塔。每年用于110-500千伏输电线路上铁塔用钢材总量在50-60万t,其中各种钢材比例为:型材占84%左右,板材占12.9%左右,棒、线材占3%左右。铁塔用型材为等边角钢,板材为Q235、Q345的6-30mm中厚板,棒线材主要是E级带肋螺纹钢筋、W级高强碳素钢丝等,国产钢材基本上能够满足,少量有要求的杆塔,采用进口钢材。
特高压输电线路将成为我国电网建设的重点,特高压输电塔在载荷上远大于现有的输电塔,将对输电塔的结构设计、钢材强度提出了更高要求。电网建设步伐加快和电网向特高压升级为输电塔钢结构营造了巨大的需求市场,同时也对输电塔用钢材的品种、规格、性能提出了更高的要求。
塔身主要受力斜材约占塔身部分重量的50%,占全塔总重的30%左右。塔身斜材的布置是否合适,直接影响到塔重和工程造价。
塔身斜材常用的布置型式有:交叉式、“正K型”、“倒K型”等布置,单一的交叉布置型式容易使斜材产生同时受压,几种方式组合布置可以避免同时受压的发生,使斜材受力成为拉压系统,充分利用拉压系统的受力特性(拉杆对压杆的稳定计算起支撑作用),可减小斜材规格,降低塔重。
常用的塔身交叉斜材布置方式有单分式(如下图的型式一)和再分式(如下图的型式二~型式四)。无论采取哪种斜材布置方式,主要的问题就是斜材与水平面的夹角a的大小,a的大小直接决定了斜材的受力大小,a越大,斜材抗外荷载的力距越小,斜材受力就越大,斜材规格也越大;反之,a越小,斜材抗外荷载的力距则越大,斜材受力就越小,斜材规格也越小,但斜材数量就越多。根据±800kV直流线路荷载及计算情况,并结合500kV线路铁塔斜材布置的经验,通过计算,当斜材与水平面的夹角a控制在35°~45°之间时,塔重轻。
大角钢轧制温度、速度、压下模型设计。针对轧制大规格角钢时,轧机各个道次的轧制电流偏高、某些变形量大的道次轧制电流峰值甚至达到负荷上限、轧制瞬间电流高、出现闷车、大矩形坯粗轧阶段易产生双鼓缺陷等问题,河钢唐钢通过一系列试验,确定均衡的轧制温度、轧制速度、压下模型。
大角钢矫直工艺模型。河钢唐钢运用SPC法对试验结果分析总结,建立280毫米、300毫米大角钢矫直数据库,建立特大角钢小变形量矫直工艺制度模型,矫直弯曲度达到千分之一,满足用户需求。
河钢唐钢成功开发的280毫米、300毫米大角钢,填补了**空白。通过对大规格角钢工艺制度的探索,河钢唐钢确定了低碳钒氮微合金化钢加热温度、开轧温度、终轧温度等轧制温度模型;大矩形坯大压缩比轧制,采用高温大压下操作,增加粗轧孔的压下量,**了大规格角钢产品的内在质量;制订了大规格角钢轧制速度模型;建立了大规格角钢采用小变形量的矫直工艺制度模型。
河钢唐钢对300毫米级大角钢化学成分设计,对Q345级及以上强度特大角钢采用V微合金化工艺技术,优化炉料结构,改进冶炼及连铸工艺,角钢强韧性匹配良好,产品力学性能和低温冲击性能优良。
项目组委托河钢唐钢生产300毫米和250毫米两种肢宽的Q420B热轧角钢,规格为L300×20、L300×24、L300×30、L300×35和L250×22,总根数23根,总重量为22.3吨。河钢唐钢于2014年8月份完成试件生产,进行了外形尺寸、化学成分与力学性能检测,检测结果表明:均满足技术条件要求。河钢唐钢型钢厂大型生产线通过对生产设备和工艺的不断完善,具备了大角钢批量生产能力。
ZC3直流真型试验塔由中国电力科学研究院输变电工程研究所课题组设计,由青岛武晓集团有限公司加工制造,中国电力科学研究院霸州特高压杆塔试验基地负责开展该塔的真型试验。该塔的塔呼高72米,总高82.3米,根开19米,纵向宽度58.8米;采用220毫米、250毫米、300毫米三种规格Q420大角钢,占比约45.0%,其中塔身变坡以下48米高度内塔身主材全部采用300大角钢,占比约24.9%。河钢唐钢选择8个主要控制工况进行加载测试,全部通过试验。
河钢唐钢280毫米、300毫米大角钢的成功开发,填补了**空白,技术水平达到了**。河钢唐钢300毫米级大角钢产品力学性能和低温冲击性能优良;直径为1100毫米高刚度轴承轧机轧制尺寸精度高;长尺矫直弯曲度控制在0.15%(国标0.3%),获中国钢铁工业协会2016年冶金产品实物质量认证“金杯奖”。
河钢唐钢280毫米、300毫米级大角钢国内市场占有率,产销量达12.88万吨。280毫米、300毫米大角钢占整个工程铁塔钢材用量的3%左右,部分工程用量接近4%。大角钢可在一定程度上替代双拼组或四拼普通规格主材,角钢结构改为单肢大规格角钢,降低塔重5%;节约铁塔钢材用量,整塔价格降低约5%~10%;减少铁塔加工量,加工和安装更方便易行,提高了铁塔的施工效率。河钢唐钢280毫米、300毫米大角钢供给直属铁塔厂近40家,用户评价优良。
在300毫米级大角钢开发上,河钢唐钢用于产品研发轧制试验轧辊、导卫等工艺备件的投入约600万元,用于产品研发应用试验、效果验证等各类费用约100万元,合计资金投入700万元。河钢唐钢300毫米级大角钢产销量达到12.88万吨,平均吨钢增效800元,累计创效10304万元,减去资金投入后可创直接经济效益9604万元。大角钢保质、保时、保量供货,确立了河钢唐钢“铁塔大角”特色优势。该项目的研究成果丰富并发展了型钢轧制理论,在国内重要期刊发表科技4篇,获授权专利3项。