CN102851585A

CN102851585A - 一种含铌大规格高强度角钢及其生产工艺

Info

Publication number: CN102851585A
Application number: CN201210117355XA
Authority: CN
Inventors: 吴旭春; 魏鹏; 王禹斌; 丁光辉; 侯振伟; 周成; 王厚昕; 乔彦龙; 何路; 崔立川
Original assignee: SUQIAN NANGANG JINXIN STEEL ROLLING CO Ltd
Current assignee: SUQIAN NANGANG JINXIN STEEL ROLLING CO Ltd
Priority date: 2012-04-20
Filing date: 2012-04-20
Publication date: 2013-01-02

Abstract

本发明公开了一种含铌大规格高强度角钢及其生产工艺，属于钢铁生产技术领域，其化学成分配比如下：C0.02～0.20%，Si0.10～0.60%，Mn1.0～1.80%，P≤0.03%，S≤0.03%，Al0.02～0.05%，Nb0.02～0.07%，V0.02～1.20%，Ti0.01～0.03%，Ceq≤0.45%，余量为Fe。其生产工艺步骤包括连铸坯生产、对连铸坯进行工艺处理，通过采用本发明建造输电铁塔，可以降低铁塔重量和用钢量，解决铁塔采用组合截面的不足，降低设计、加工、施工的工作量和投资成本，增强输电铁塔在使用过程中的安全性。

Description

一种含铌大规格高强度角钢及其生产工艺

技术领域

本发明涉及一种含铌大规格高强度角钢及其生产工艺，属于钢铁生产技术领域。

背景技术

近年来，随着经济快速发展，各行业对电力需求日益增加，由此带来输变电铁塔及变电站钢结构用材的高峰。为了满足电网发展的需求，输电线路向高电压、大容量、多回路和紧凑型发展，带动了同塔多回路工程、大截面导线工程、大跨越工程的建设。在建设过程中因塔型结构越来越大，单基塔重量从l～2 吨发展到上千吨，需要的单根构件承受的荷载也越来越高。如建造1000KV输电塔的塔重将是目前铁塔塔重的4～5倍，杆塔的荷载大为增加，这就对输变电铁塔的角钢强韧性、结构设计提出了更高的要求。我国国家电网公司已对使用高强钢将要遇到的节点连接构造、构件设计、参数取值、配套螺栓以及经济效益情况进行了研究，认为目前从技术和使用上，高强度角钢已具备了在铁塔中使用的条件，并且高强度角钢的使用可使塔重降低10％左右。但是我国在生产角钢中出现的两个问题一直没能彻底得到解决：一是强度级别偏低，二是没有大规格角钢产品（22号（边长220mm）和25号（边长250mm））。

目前我国输电线路铁塔结构用材主要是热轧角钢型材为主，辅以少量钢管。所用钢材的强度等级主要是Q235和Q345两种，与发达国家相比，我国输电铁塔结构所用的钢材不仅品种少，而且强度值偏低，大规格高强高韧角钢非常缺乏。在建造一些承受荷载大的输电塔时，较小规格的单角钢不能满足受力要求，只能采用组合角钢来解决，组合构件和节点特殊处理不但会增大设计、加工、施工等的工作量和投资成本，而且组合构件荷载传递复杂，还将增加安全隐患。不仅会造成输电铁塔构造复杂化，而且还会额外增加大量辅助材料，导致成本增加，安全隐患加大。若角钢生产采用孔型轧制，后几道次孔型刻槽较深，允许的压下量较小，生产大规格角钢时，轧辊刻槽更深，这个问题更加突出，或者影响成品角钢的力学性能，或者会导致断辊事故。要实现高强度大规格角钢的生产，必须解决两个问题，一是合理的成分设计，二是合理的控制轧制工艺和控制冷却工艺。

公开号为CN 101509097 A，发明创造名称为《一种Q460级低合金高强度角钢及生产工艺》，公开了一种Q460级低合金高强度角钢及生产工艺。该技术方案中采用VN微合金化，V含量在0.05～0.09%，没有涉及大规格角钢的生产，实施例中角钢的牌号为12.5号（边长125mm）、14号（边长140mm）和16号（边长160mm）。

公开号为CN 101509099 A，发明创造名称为《一种高强Q420C级铁塔角钢及生产工艺》，公开了一种高强Q420C级铁塔角钢及生产工艺。该技术方案中采用VN微合金化，V含量在0.07～0.1%，没有涉及大规格角钢的生产，实施例中角钢的牌号为16号（边长160mm）。

公开号为CN 102212752 A，发明创造名称为《一种低温用角钢及其制造方法》，公开了一种低温用角钢及其制造方法。主要用于低温条件下输电铁塔建造，屈服强度达到350MPa，该技术方案中采用多元合金化，除添加Nb、V、Ti等微合金元素外，还添加了较多的Ga、Cu、B等元素，其作用主要是保证低温下的冲击韧性，屈服强度只达到350MPa，该文件中未涉及大规格角钢。

发明内容

本发明针对背景技术中的问题，提供了一种含铌大规格高强度角钢及其生产工艺，目的在于采用铌、钒、钛复合微合金化，配合控制轧制和控制冷却，生产大规格（22号和25号）Q460TB热轧角钢，通过使用此角钢建造输电铁塔可以降低铁塔重量和用钢量，解决铁塔采用组合截面的不足，降低设计、加工、施工的工作量和投资成本，增强输电铁塔使用中的安全性。

本发明采用的技术方案为：

一种含铌大规格高强度角钢，其特征在于：化学成分配比如下：C 0.02～0.20%，Si 0.10～0.60%，Mn1.0～1.80%，P≤0.03%，S≤0.03%，Al 0.02～0.05%，Nb 0.02～ 0.07%，V0.02～1.20%，Ti0.01～0.03%，Ceq≤0.45%，余量为Fe。

一种含铌大规格高强度角钢的生产工艺，包括如下步骤：

1、连铸坯生产：

铁水预处理→转炉或电炉炼钢→LF精炼→连铸→连铸坯检验；

2、对步骤1中生产出的连铸坯进行工艺处理：

将连铸坯加热到1150～1250℃,经高压水除氧化铁皮后进入轧机轧制，开轧温度1000～1150℃，终轧温度850～950℃，后三道次的累积压下率为20～40%，轧后空冷；

3、对步骤二中生产出的角钢进行矫直后，进行力学性能检验。

所述角钢为等边热轧角钢。

所述角钢边长为220mm或250mm。

各合金元素的作用及机理如下：

碳（C）：碳是低合金钢的主要强化元素，在亚共析钢中，随着碳含量的增加，珠光体比例会增加，钢种强度水平会大幅度提高，而低温韧性、焊接性会有所降低。含碳量太小则难以达到高强度，大于0.20%则韧性显著降低。

硅（Si）：硅是炼钢过程中作为还原剂和脱氧剂加入的，是有益元素。由于硅与碳的亲和力弱，不易和碳形成碳化物，而几乎全部固溶于铁素体中，具有固溶强化的作用，可以提高钢的弹性极限、屈服点和抗拉强度。硅加入钢中，在动力学上可推迟奥氏体中碳化物的析出，有利于减小珠光体片间距，从而提高韧性。但硅含量过高，会降低钢的焊接性能，尤其是冲击韧性的显著降低。

锰（Mn）：锰是提高强度和韧性的有效元素，在低碳下固溶强化效果更为显著，而且价格低廉，因此在钢中通常将锰作为主要添加元素，但锰含量过高，会给冶炼、轧制带来困难，锰与硫易结合形成MnS塑性夹杂物，在热轧时沿轧制方向拉长，恶化钢的成形性能，锰含量过高会使韧性和焊接性能显著变差。

铌（Nb）、钒（V）、钛（Ti）：铌能够有效延迟奥氏体的再结晶，阻止奥氏体晶粒长大，从而细化奥氏体晶粒；铌的碳氮化物在变形和冷却过程中析出，强化基体；固溶铌拖曳晶格变换，降低相变温度，细化铁素体晶粒；铌的加入允许降低碳含量，从而提高强度和韧性，改善焊接性能，但是过量加入会降低韧性。

钒加入钢中能产生中等程度的沉淀强化和比较弱的晶粒细化，而且是与钒的质量分数成比例的，但是沉淀强化的同时，钢的低温韧性会下降。

加入微量的钛可以形成氮化钛，阻止钢坯在加热、轧制、焊接过程中晶粒的长大，改善母材和焊接热影响区的韧性。过量加入会降低韧性。

当铌、钒、钛复合添加时，其强化效果比单独添加高出很多，复合微合金化可以发挥不同微合金元素各自的作用，得到强韧性的最佳配合，而且可能通过不同的元素配比生产不同级别的钢种。

铝（Al）：铝元素是作为脱氧和晶粒调整而加入的，能与氮结合，消除氮的危害，改善冲击功，而且可以细化晶粒。但是过量加入会对奥氏体晶粒长大起促进作用，并且形成Al₂O₃非金属夹杂物，降低钢的韧性。

硫、磷：有害杂质元素（P、S）：一般情况下，磷、硫是钢中有害杂质元素。磷可以提高钢的强度，但增加钢的冷脆性，使钢的塑性、韧性降低，磷还有比较大的偏析。硫会使钢产生热脆，降低钢的延展性和韧性，在轧制时造成裂纹，降低钢的耐腐蚀性，同时硫的偏析倾向很大。磷、硫元素均对钢的焊接性能不利。因此对钢中有害杂质元素磷、硫含量要严格加以限制，磷、硫含量越低越好。

本发明有益效果：

由于采用上述方案，本发明可以得到以下效果：

1、角钢强度达到国家电网Q460T标准要求

国家电网标准要求输电铁塔用角钢屈服强度不小于440 MPa；抗拉强度不小于550MPa；断后伸长率不小于18%。

2、角钢韧性达到国家电网B级标准要求

B级标准要求20℃的冲击功不小于34J；YB/T 4163-2007标准要求厚度不小于12mm的角钢做冲击试验时，采用10mm×10mm×55mm，根据国家电网B标准，角钢冲击试验试样取样位置为厚度中心位置。

3、采用本发明建造输电铁塔，可以降低铁塔重量和用钢量，解决铁塔采用组合截面的不足，降低设计、加工、施工的工作量和投资成本，增强输电铁塔在使用过程中的安全性。

附图说明

附图为本发明含铌大规格高强度角钢截面结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作更进一步的说明。

实施例1

下面以生产22号含铌大规格高强度角钢为例，按照制作角钢的要求进行化学成分配比：C：0.10%，Si：0.40%，Mn：1.53%，P：0.006%，S：0.001%，Al：0.30%，Nb：0.05%，V：0.05%，Ti：0.015%，Ceq：0.38%，余量为Fe,之后进行连铸坯生产，所述连铸坯生产步骤如下：铁水预处理→转炉或电炉炼钢→LF精炼→连铸→连铸坯检验。然后将连铸坯加热到1250℃,经高压水除氧化铁皮后进入轧机轧制，开轧温度1150℃，终轧温度890℃，后三道次的累积压下率为30%，轧后空冷。最后对生产出的角钢进行矫直后，进行力学性能检验，所述角钢纵向拉伸及冲击试样，按GB/T228室温拉伸试验方法进行拉伸性能测试；按GB/T229金属夏比缺口冲击试验方法进行V型缺口试样冲击试验，所述角钢为等边热轧角钢，角钢边长为220mm ，角钢的力学性能为：屈服强度Rel=470MPa，抗拉强度Rm=590MPa，断后伸长率A=24%，20℃冲击韧性AKV=122J。

实施例2

下面以生产25号含铌大规格高强度角钢为例，按照制作角钢的要求进行化学成分配比：C：0.11%，Si：0.41%，Mn：1.5%，P：0.006%，S：0.001%，Al：0.30%，Nb：0.05%，V：0.053%，Ti：0.014%，Ceq：0.38%，余量为Fe,之后进行连铸坯生产，所述连铸坯生产步骤如下：铁水预处理→转炉或电炉炼钢→LF精炼→连铸→连铸坯检验。然后将连铸坯加热到1250℃,经高压水除氧化铁皮后进入轧机轧制，开轧温度1150℃，终轧温度900℃，后三道次的累积压下率为28%，轧后空冷。最后对生产出的角钢进行矫直后，进行力学性能检验，所述角钢纵向拉伸及冲击试样，按GB/T228室温拉伸试验方法进行拉伸性能测试；按GB/T229金属夏比缺口冲击试验方法进行V型缺口试样冲击试验，所述角钢为等边热轧角钢，角钢边长为250mm ，角钢的力学性能为：屈服强度Rel=462MPa，抗拉强度Rm=585MPa，断后伸长率A=23%，20℃冲击韧性AKV=112J。

Claims

1.一种含铌大规格高强度角钢，其特征在于：化学成分配比如下：C 0.02～0.20%，Si 0.10～0.60%，Mn1.0～1.80%，P≤0.03%，S≤0.03%，Al 0.02～0.05%，Nb 0.02～ 0.07%，V0.02～1.20%，Ti0.01～0.03%，Ceq≤0.45%，余量为Fe。

2.一种含铌大规格高强度角钢的生产工艺，包括如下步骤：第一步、连铸坯生产：铁水预处理→转炉或电炉炼钢→LF精炼→连铸→连铸坯检验；第二步、对步骤1中生产出的连铸坯进行工艺处理：将连铸坯加热到1150～1250℃,经高压水除氧化铁皮后进入轧机轧制，开轧温度1000～1150℃，终轧温度850～950℃，后三道次的累积压下率为20～40%，轧后空冷；第三步、对步骤二中生产出的角钢进行矫直后，进行力学性能检验。

3.如权利要求1所述的含铌大规格高强度角钢，其特征在于：所述角钢为等边热轧角钢。

4.如权利要求1所述的含铌大规格高强度角钢，其特征在于：所述角钢边长为220mm或250mm。