混凝土搅拌罐用钢的研制

供稿|张立龙 / ZHANG Li-long

随着现代工业的发展，混凝土搅拌罐对钢材性能要求越来越严格。搅拌罐是混凝土生产的主要部件，同时也是影响整体性能的重要因素。随着混凝土装载量的日益加大，搅拌罐要求具有更高的强度、耐磨性，原用的钢种已远远不能满足用户的使用需求，迫切地需要进行材料的升级换代。新材料要求具有高强度、良好的耐磨性、优良的抗腐蚀性能，以达到在增加载荷的同时实现自身减重、提高使用寿命的目的。

本钢研制的高强度混凝土搅拌罐用钢BG520JJ在冶炼上采用合理控制钢水的化学成分、洁净度、夹杂物形态，连轧采用TMCP(控轧控冷)轧制，既保证了钢材具有高的强度和良好的塑性，同时提高了钢材的耐磨性。

技术要求

化学成分及冶炼工艺

本钢混凝土搅拌罐用钢BG520JJ生产厚度规格为2.0~6.0 mm的热连轧钢板及钢带，主要采用碳锰强化，降低成本，同时添加少量的微合金元素钛及一定量的铜提高钢板的强度及耐腐蚀性。铁水必须经过预处理，以保证成品S含量符合内控要求。钢板及钢带所用的钢为氧气转炉冶炼的镇静钢，通过LF炉进行成分调整及合金配比等工作。具体化学成分要求见表1。

连轧工艺

由于铸坯中含有铜元素，在加热过程中容易在铸坯表面聚集，因此在满足轧制要求的前提下，尽可能缩短高温在炉时间，避免与在炉时间较长的钢种混装，在炉时间应控制在180 min以内。

铸坯冶炼后在本钢2300机组进行生产轧制，通过控制在炉时间，保证奥氏体晶粒不过度粗化。同时采用控轧控冷工艺，终轧后马上冷却，细化钢材组织，提高强度。具体连轧工艺见表2 。

力学性能

此钢种为低合金高强钢，拉伸试验采用横向试样。抗拉强度要求达到520 MPa以上，屈服强度要求达到365 MPa以上，断后伸长率采用比例试样，最低要求20%。冷弯试验采用宽度大于20 mm冷弯试样。具体力学性能要求见表3。

表1 实验用钢的化学成分(质量分数)%

表2 轧制工艺

表3 力学性能要求

性能检验结果

性能检验

混凝土搅拌罐用钢BG520JJ生产的产品厚度规格为4.0~6.0 mm，共计生产1865 t钢材，表面质量良好，性能检验均一检合格，见表4 。

从表4所示的数据上看，力学性能检验指标全部合格，屈服强度均值439.6 MPa，最低值405 MPa，抗拉强度均值达到558.1 MPa，最低值535 MPa，强度指标完全满足用户使用要求，伸长率最低值为27%，说明钢材有较好的塑性，能满足客户对于搅拌罐用钢强度、塑性的要求，既降低了钢板厚度又能满足性能要求。同时观察极值的分布可以发现，各性能指标波动较小，说明钢材从成分及工艺各方面控制稳定，波动小，方便用户的使用。

表4 力学性能检验结果

其他检验

对生产的BG520JJ厚度规格4.0 mm取2卷试样，均取横纵向拉伸样各两支，对结果进行对比分析，见表5。从检验结果看，力学性能指标均符合标准要求，且横纵向差别很小，说明钢材各向异性较好。

表5 拉伸检验结果

观察拉伸试样的拉伸曲线，有明显的屈服平台，上下屈服点明显，符合低合金高强钢特点，工程应变在20%左右断裂，断后伸长率均高，塑性较好。

对4.0 mm及6.0 mm两种规格BG520JJ各取1块金相试样进行分析，检验结果见表6。

表6 金相检验结果

从检验结果看，4.0 mm厚度规格硫化物指标为1级，单颗粒球状氧化物级别为0.5级，6.0 mm厚度规格试样夹杂物均较少，钢质较纯净。各厚度规格晶粒较细，在11.4~11.6之间，晶粒细化既提高了强度也提高了塑性。组织为铁素体加珠光体，珠光体百分含量在23%~26%之间，显微组织及晶粒度符合设定预期。

从金相照片看，在铁素体基体间分布有珠光体，铁素体及珠光体均均匀细小，珠光体分布在铁素体周围位置。金相照片见图1。

取厚度4.0 mm规格进行冷弯实验，取样宽度分别为35 mm及80 mm，宽度冷弯试样各4块，80°弯曲，全部合格。

取宽度分别为b=35 mm、b=80 mm的宽冷弯试样各4块，弯心直径d=2a检验，弯曲角度为180°。合格后压靠至d=0， 180°冷弯后均无裂纹，说明BG520JJ钢具有优良的工艺性能。

图1 BG520JJ金相照片

图2 混凝土搅拌罐车

分析与讨论

通过力学性能检验分析，本钢生产的高强度混凝土搅拌罐用钢总体性能稳定，强度符合标准要求。炼钢通过采用铁水预处理，使得总体含硫量低于0.01%，磷含量低于0.015%，钢种杂质元素较低，对钢板的塑性等性能有较好的效果。

生产的BG520JJ钢主要采用碳、锰等元素进行强化，降低了生产成本，同时钢中添加微量钛元素，与钢种氮元素结合，降低了钢板的时效性，通过控轧控冷工艺，在加热时防止奥氏体晶粒过大，轧制时扩大了奥氏体未再结晶区，细化了组织，在冷却后通过析出强化及弥散强化提高了钢板的强度。同时在钢板焊接过程中，可以控制奥氏体的晶粒大小，防止魏氏组织的产生，对焊接也有较好的作用。

为了提高钢材的耐腐蚀性，钢中添加了一定量的铜元素，既提高了钢板的强度，也使得钢材的耐腐蚀性提高。但是由于铜在冶炼及加热过程中容易在铸坯表面聚集，因此需要在加热时对铸坯加热时间、加热速度等进行控制。添加磷元素虽然对钢板有强化及耐腐蚀的作用，但是磷元素对钢板冷弯影响较大，因此不添加磷元素。

通过上述成分及工艺制造的钢板晶粒较细，性能稳定。图2为使用本钢生产的BG520JJ制造的混凝土搅拌罐图片。

结论

(1) 本钢研制开发的BG520JJ热轧钢带(板)化学成分、轧制工艺设计合理，各项性能指标完全符合设计要求。

(2) 本钢研制的BG520JJ热轧钢带(板)，产品性能稳定，尺寸外形精良，具有良好的力学性能、焊接性能和耐腐蚀性能，满足制造多种混凝土搅拌罐用钢的使用要求。