CN101709426A - 一种输电铁塔用经济耐候钢及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种输电铁塔用经济耐候钢及其制备方法，它的主要化学成分按重量百分比计为：C：0.02～0.058、Si≤0.10、Mn：0.30～0.95、P：0.035～0.058、S：≤0.010、Cu：0.10～0.30、Nb≤0.030、RE≤0.03钢，余量为Fe及不可避免的杂质。本发明输电铁塔用经济耐候钢及其制备方法的成本低，具有良好冷弯成型性能、优良的低温韧性及焊接性能，同时具有良好耐大气腐蚀性能，耐候性好。
Description
技术领域
本发明涉及低合金钢制造领域，特别是用于输电铁塔制造的钢。
背景技术
长期以来，我国输电铁塔用钢材，基本上都采用Q235和Q345热轧角钢。输电铁塔用角钢实际使用规格达70多种，但在市场上可方便采购的角钢规格不足四十种，这导致在铁塔结构设计和制造过程中经常出现“代料”问题，造成5％～10％的损耗。另外，国外输电铁塔常采用不等边角钢，以降低输电塔的重量，我国市场上基本没有不等边角钢供货。
冷弯型钢由钢板加工成型，定尺任意，可加工任意形状和尺寸的构件，可以避免由于杆件定长导致的材料浪费。
输电线路杆塔长期暴露在大气环境之中，腐蚀环境较为恶劣，大气腐蚀占塔架总腐蚀损失的一半以上。耐候钢的耐大气腐蚀性能为普通碳钢的2～8倍，可以直接裸露使用，并且使用时间愈长，耐蚀作用愈突出。耐候钢是一种经济环保型材料，在输电铁塔上应用，经济效益、社会效益、环保效益显著，具有广阔的发展空间。
中国发明专利CN101144139A公开了“一种高强度耐候低合金电力杆用钢及其制造方法”，其合金成分及重量百分比含量为：C：0.06～0.12、Si：0.15～0.35、Mn：1.0～1.4、S≤0.030、P≤0.030、Cu：0.15～0.30、Al＜0.04、Nb：0.01～0.03，其余为Fe和微量杂质，通过添加耐腐蚀性元素Cu提高钢的耐腐蚀性能，通过Nb微合金化及控制轧制技术提高钢的强度，该钢本质上来说是一种含Cu钢，并且钢中S含量较高，不利钢的低温冲击韧性和成型性能，同时该钢的屈强比较高，达到了0.84～0.86。
中国发明专利CN100342051C公开了“一种经济耐候钢”，其合金成分及重量百分比含量为：C：0.12～0.21、Si：0.2～2.0、Mn：0.7～2.0、S≤0.036、P≤0.034、Cu：0.10～0.40、Al＜0.2，其余为Fe和微量杂质，通过简单调整Q235钢的部分合金元素，添加耐腐蚀性元素Cu生产出了具有良好耐腐蚀性能及力学性能优良的经济耐候钢，该钢本质上来说也是一种含Cu钢，并且钢中C、S含量较高，不利于钢的焊接性、耐腐蚀性能、低温冲击韧性和成型性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种输电铁塔用经济耐候钢及其制备方法，它成本低，具有良好冷弯成型性能、优良的低温韧性及焊接性能，同时具有良好耐大气腐蚀性能，耐候性好。
本发明为解决上述提出的问题所采用解决方案为：
一种输电铁塔用经济耐候钢，它的主要化学成分按重量百分比计为：C：0.02～0.058、Si≤0.10、Mn：0.30～0.95、P：0.035～0.058、S：≤0.010、Cu：0.10～0.30、Nb≤0.030、RE≤0.03，余量为Fe及不可避免的杂质。
一种输电铁塔用经济耐候钢，它的主要化学成分按重量百分比计为：C：0.021～0.051、Si：0.02～0.079、Mn：0.82～0.94、P：0.035～0.052、S：0.006～0.010、Cu：0.15～0.19、Nb：0.015～0.03、RE：0.012～0.016，余量为Fe及不可避免的杂质。
一种输电铁塔用经济耐候钢，它的主要化学成分按重量百分比计为：C：0.042～0.057、Si：0.043～0.058、Mn：0.38～0.65、P：0.043～0.056、S：0.005～0.008、Cu：0.10～0.29、Nb：0.011～0.020、RE：0.018～0.029，余量为Fe及不可避免的杂质。
上述的输电铁塔用经济耐候钢的方法，生产工艺流程依次为：铁水脱硫、转炉冶炼、真空处理、连铸、铸坯清理、铸坯下送、板坯加热、粗轧、精轧、层流冷却、卷取、精整入库。
上述方案中，所述板坯加热温度为1180～1280℃，加热时间为150分钟；所述粗轧阶段的开轧温度，1160～1220℃，终轧温度，1040～1080℃，累计压下率≥70％，道次压下率≥15％；精轧阶段的开轧温度≤980℃，终轧温度，780～880℃，后三道次累计压下率≥60％；所述层流冷却的卷取温度为580～680℃。
本发明的主要合金元素含量的设计基于以下原理：
C是提高钢强度最经济有效的合金元素，但C含量过高会显著恶化钢的焊接性能，并且会促进珠光体转变，降低钢的耐大气腐蚀性能，本发明采用低C设计，提高钢的焊接性能，减少碳化物组织形成，提高钢的耐腐蚀性能、低温冲击韧性和成型性能，C含量为0.02～0.058％。
钢中添加Mn，不仅可以通过Mn的固溶强化提高钢的强度，而且可降低钢的相变温度，细化晶粒，提高钢的低温韧性，Mn含量为0.30～0.95％。
合金元素Si既可通过固溶强化提高钢的强度，也可提高钢的耐大气腐蚀性能，本发明钢中的Si含量设计为≤0.10％。
Cu是提高钢耐大气腐蚀性能最主要的合金元素，同时也能提高强度，但恶化焊接性能，容易产生热脆，钢中的Cu含量达到0.15％时，能大幅提高钢的耐大气腐蚀性能，同时通过固溶强化提高钢的强度，本发明钢中的Cu含量设计为0.10～0.30％。
P是传统耐候钢中主要的合金元素，与Cu复合加入耐候钢中，提高钢耐腐蚀性能的能力远大于Cu、P单独加入钢中的效果，但P含量过高，使钢具有较明显的冷脆倾向。本发明钢中的P含量控制为0.035～0.058％；
Nb是强碳氮化物形成元素，通过析出强化提高钢强度；同时Nb强烈抑制奥氏体再结晶，使钢在较高温度下轧制，细化晶粒，提高钢的强度及低温韧性，本发明钢中Nb含量设计为≤0.03％。
S是钢中的有害元素，生成的硫化物夹杂不仅严重影响钢的力学性能，而且对钢的耐腐蚀性能产生严重的恶化作用，因此应尽是降低钢中的S含量，使其含量在0.010％以下，提高钢的耐腐蚀性能、低温冲击韧性、成型性能及钢板纵、横向性能均匀性。
RE能改变钢中夹杂物的形态和分布，改善钢板的横向性能，并通过降低硫化物与基体电级电位差异来高耐腐蚀性能，本发明钢中RE含量设计为≤300g/t钢。
本发明具有以下特点：
1、本发明钢的化学成分简单，成本低廉，是一种经济型耐候钢。
2、以低C-Mn钢为基础，低C设计，保证钢具有低的碳当量，提高钢的焊接性能，减少碳化物组织形成，提高钢的耐腐蚀性能、低温冲击韧性和成型性能。
3、本发明钢通过复合添加Cu及少量P，提高钢的耐腐蚀性能；控制较低的S含量，提高钢的洁净度，从而提高钢的耐腐蚀性能、成型性能及钢的综合力学性能。
4、本发明钢具有较低的Si含量，有利于提高钢板表面质量。
5、本发明钢加入RE改变钢中夹杂物的形态和分布，改善钢板的横向性能，并通过降低硫化物与基体电级电位差异来高耐腐蚀性能。
6、本发明钢采用Nb微合金化技术，通过控轧控冷技术得到强韧匹配优良的热连轧耐候钢板，生产工艺容易控制，易于工业生产。
7、本发明钢具有优良的焊接性能、冷弯成型性能、低温冲击韧性及良好的耐大气腐蚀性能。
本发明钢适用于输电铁塔用冷弯型钢，以取代目前广泛使用的输电铁塔用热轧角钢。
具体实施方式
下面通过实施例进一步介绍本发明，但是实施例不会构成对本发明的限制。
本发明输电铁塔用经济耐候钢实施例均采用的生产工艺流程依次为：
铁水脱硫、转炉冶炼、真空处理、连铸(喂RE稀土丝)、铸坯清理、铸坯下送、板坯加热、相轧、精轧、层流冷却、卷取、精整入库。
所述板坯加热温度为1180～1280℃，加热时间为150分钟；所述粗轧阶段的开轧温度，1160～1220℃，终轧温度，1040～1080℃，累计压下率≥70％，道次压下率≥15％；精轧阶段的开轧温度≤980℃，终轧温度，780～880℃，后三道次累计压下率≥60％；所述层流冷却的卷取温度为580～680℃。
本发明输电铁塔用经济耐候钢的主要化学成分按重量百分比计为：C：0.02～0.058、Si≤0.10、Mn：0.30～0.95、P：0.035～0.058、S：≤0.010、Cu：0.10～0.30、Nb≤0.030、RE≤0.03钢，余量为Fe及不可避免的杂质。
本发明实施例1～4均上述生产工艺生产，生产出钢的化学成分见表1，钢的力学性能见表2，钢的耐大气腐蚀结果见表3。
上述四个实施例均在50kg真空感应炉冶炼。
为了能更好的反映出本发明钢耐大气腐蚀性的优点，本实施方式中提供了1组比较钢的耐大气腐蚀性结果，实验方法按按TB/T 2375-1993执行，见表3中的Q345B。
表1实施例钢的化学成分(wt％)
| 实施例 | C | Si | Mn | P | S | Cu | Nb | RE |
| 1 | 0.021 | 0.079 | 0.94 | 0.052 | 0.010 | 0.15 | 0.015 | 0.010 |
| 2 | 0.051 | 0.020 | 0.82 | 0.035 | 0.006 | 0.19 | 0.030 | 0.016 |
| 3 | 0.042 | 0.058 | 0.65 | 0.043 | 0.005 | 0.10 | 0.020 | 0.018 |
| 实施例 | C | Si | Mn | P | S | Cu | Nb | RE |
| 4 | 0.057 | 0.043 | 0.38 | 0.056 | 0.008 | 0.29 | 0.011 | 0.029 |
表2实施例钢的力学性能
| 实施例 | 规格(mm) | ReL(MPa) | Rm(MPa) | A(％) | -40℃，Akv(J) | 冷弯d＝2a、180° |
| 1 | 10.0 | 365 | 485 | 30 | 122 | 合格 |
| 2 | 10.0 | 390 | 550 | 29 | 115 | 合格 |
| 3 | 10.0 | 430 | 630 | 28 | 126 | 合格 |
| 4 | 10.0 | 485 | 670 | 26 | 122 | 合格 |
表3实施例钢的耐大气腐蚀实验结果腐蚀率(g/m2.h)
从表3中可以看出，本发明实施例1、4为最佳实施方案，因此，以下两个成分范围为最佳方案：
1、输电铁塔用经济耐候钢的主要化学成分按重量百分比计为：C：0.021～0.051、Si：0.02～0.079、Mn：0.82～0.94、P：0.035～0.052、S：0.006～0.010、Cu：0.15～0.19、Nb：0.015～0.03、RE：0.012～0.016，余量为Fe及不可避免的杂质。
2、输电铁塔用经济耐候钢的主要化学成分按重量百分比计为：C：0.042～0.057、Si：0.043～0.058、Mn：0.38～0.65、P：0.043～0.056、S：0.005～0.008、Cu：0.10～0.29、Nb：0.011～0.020、RE：0.018～0.029，余量为Fe及不可避免的杂质。
Claims (5)
1.一种输电铁塔用经济耐候钢，其特征在于：它的主要化学成分按重量百分比计为：C：0.02～0.058、Si≤0.10、Mn：0.30～0.95、P：0.035～0.058、S：≤0.010、Cu：0.10～0.30、Nb≤0.030、RE≤0.03钢，余量为Fe及不可避免的杂质。
2.一种输电铁塔用经济耐候钢，其特征在于：它的主要化学成分按重量百分比计为：C：0.021～0.051、Si：0.02～0.079、Mn：0.82～0.94、P：0.035～0.052、S：0.006～0.010、Cu：0.15～0.19、Nb：0.015～0.03、RE：0.012～0.016，余量为Fe及不可避免的杂质。
3.一种输电铁塔用经济耐候钢，其特征在于：它的主要化学成分按重量百分比计为：C：0.042～0.057、Si：0.043～0.058、Mn：0.38～0.65、P：0.043～0.056、S：0.005～0.008、Cu：0.10～0.29、Nb：0.011～0.020、RE：0.018～0.029，余量为Fe及不可避免的杂质。
4.制造权利要求1所述的输电铁塔用经济耐候钢的方法，其特征在于：其生产工艺流程依次为：铁水脱硫、转炉冶炼、真空处理、连铸、铸坯清理、铸坯下送、板坯加热、粗轧、精轧、层流冷却、卷取、精整入库。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于：所述板坯加热温度为1180～1280℃，加热时间为150分钟；所述粗轧阶段的开轧温度，1160～1220℃，终轧温度，1040～1080℃，累计压下率≥70％，道次压下率≥15％；精轧阶段的开轧温度≤980℃，终轧温度，780～880℃，后三道次累计压下率≥60％；所述层流冷却的卷取温度为580～680℃。
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