CN103165993B - 一种钛包钢耐腐蚀接地材料 - Google Patents
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Abstract
一种钛包钢耐腐蚀接地材料，其由内层耐蚀低碳钢和外层包覆钛组成的双层结构复合材料。内层耐蚀低碳钢中合金成分以质量百分比计：C：0.01～0.25%，Si：0.01-0.60%，Mn：0.10-1.60%，S含量≤0.010%，P：0.010-0.025%，同时还包含Cu:0.05-2.0%,Sn：0.01-0.20%、Sb：0.01-0.20%中的一种或多种；该发明耐蚀接地材料的截面为圆形，外层包裹钛的厚度为0.1-1mm。加工工艺为钛带包覆或挤压成型后热处理。该发明专利具有在接地网条件下耐蚀的作用，而且导电性良好，施工方便，能应对强腐蚀性的土壤介质引起的腐蚀。
Description
技术领域
本发明涉及变电站或输电杆塔的接地材料以及低碳钢铁材料技术领域，涉及一种提高接地网耐腐蚀性能的接地材料，尤其是一种钛包钢耐腐蚀接地材料。
背景技术
接地是将电气设备的某些部位、电力系统的某点与大地相连，提供故障电流及雷电流的泄流通道，稳定电位，提供零电位参考点及降低绝缘水平，以确保电力系统、电气设备的安全运行，同时确保电力系统运行人员及其他人员的人身安全。接地功能是通过接地材料或接地系统来实现的。电力系统的接地可分为两种：一种是输电线路杆塔或微波塔的比较简单的接地，如水平接地体、垂直接地体、环形接地体等；另一种接地为使用导电金属材料作为发、变电站的接地网。
多年来，我国由接地问题引起的电力系统事故时有发生，每次事故造成的直接经济损失大约在数十万元到几百万元之间，由电力系统事故造成的停电所带来的间接经济损失更大。在我国的接地工程中，镀锌钢一直是主要的接地材料。很多地区，由于土壤的腐蚀性强，使得钢接地网出现腐蚀甚至断裂，接地电阻升高，在短路故障或雷击时，容易造成电气设备的损坏或危机人身安全。在腐蚀性较强的土壤中，接地网的3-5年就有可能损坏。因此在这些地区，防腐蚀已成为接地网建设的首要问题。采用镀锌钢存在一些不足：一是为了防止腐蚀引起的事故，镀锌钢加大截面积是一种常用的方法，但是存在浪费材料严重，又增加了施工难度，并且在强腐蚀地区无法防止局部腐蚀引起的断裂；二是，针对镀锌钢耐腐蚀性差的问题，有关规范要求接地网需要定期开挖检查，或者定期改造、重建，这既影响了发变电站的正常运行，又大大增加了工程投入，而且很多接地网建于建筑物下面，造成地网开挖、改造的巨大困难。
国际上普遍采用铜接地网或铜接地装置，基本没有接地网的腐蚀问题。实际应用中反应出一些问题：如铜材料价格昂贵，难以被广泛使用，仅在一些重点工程或特殊工程中应用；由于昂贵，经常发生被偷盗事故，可能引发更大的接地事故发生；对土壤和地下水存在污染；还有在酸性环境下耐蚀性较差。
近年来为了克服镀锌钢和铜接地材料的弊端，铜包钢材料应运而生。但是由于钢的导电性仅为铜的七分之一，因此应用于接地时其截面积较大，使用的包覆铜层量大价高，并且由于钢的强度大、截面积大，施工也较为困难；多数生产厂为了节约成本，通常包覆的铜层厚度为相关规定所规定的下限，仅为0.25mm，极易在外力或长期土壤腐蚀环境下导致局部破损，在土壤中发生“小阳极大阴极”的加速腐蚀现象，引起接地断裂。
申请号201120303548.5的实用新型公开了一种耐腐蚀接地装置，接地装置包括有钢芯和沿钢芯长度方向包覆在钢芯外周的不锈钢层，其中钢芯的径向厚度为5mm-30mm，包覆在钢芯外的不锈钢层厚度均匀且在0.1mm以上，外层不锈钢层与内层钢芯紧密贴合。存在的不足是：（1）外层不锈钢能应对大多数土壤环境下的全面腐蚀问题，但局部腐蚀不能完全避免。在使用一定年限后经常会发生腐蚀穿孔或者在外力作用下穿孔，此时土壤介质将对内层钢芯将产生“小阳极大阴极”的加速腐蚀现象。由于铁的腐蚀产物非常疏松，导致基体钢芯在短期内腐蚀断裂，将发生严重事故；（2）为了防止局部穿孔而全面加厚不锈钢外层时，会导致不锈钢用量加大，即造成材料的浪费，又使造价昂贵，降低实用价值。
申请号为201020510152.3实用新型公开了一种具有材料保护性能的接地体,包括有铜芯和沿铜芯长度方向包覆在铜芯外周的锌层,其中铜芯的直径为6mm-30mm,包覆在铜芯外的锌层厚度在1mm以上,外层锌层材料通过加热压覆方式与内层铜芯紧密贴合。存在的问题是铜芯的耐蚀作用远大于包覆在铜芯外周的锌层，即使没有锌层的保护也不会影响到铜芯的使用寿命。
上述接地材料在适当的条件下对于延长接地装置的使用寿命有积极的作用，针对其在实际应用时存在的不足，本发明专利提出一种耐腐蚀接地材料，其特征在于，由内层耐蚀低碳钢和外层钛包覆层组成的双层结构复合材料，该材料经机械包覆或挤压成型制造而成。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种钛包钢耐腐蚀接地材料，该材料采用内层耐蚀低碳钢和外层钛包覆层组成的双层结构复合材料，通过对碳钢内所含其他成份及其量的控制，使内层耐蚀低碳钢除要求一定的强度外，还使其具有良好的耐蚀性能与良好的导电性能。并且通过在耐蚀低碳钢外层通过合理匹配钛层，使其在接地腐蚀大电流下保持高的耐蚀性。
本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：
这种钛包钢耐腐蚀接地材料，由内层耐蚀低碳钢和外层钛包覆层组成的双层结构；
以质量百分比计，所述内层耐蚀低碳钢中含有：0.01～0.25%的C，0.01-0.60%的Si，0.10-1.60%的Mn，0.010-0.025%的P，以及含量小于或等于0.010%的S，同时内层耐蚀低碳钢中还包含有0.05-2.0%的Cu、0.01-0.20%的Sn和0.01-0.20%的Sb中的一种或多种；
所述外层包裹钛的厚度为0.1-1mm。
进一步的，上述钛包钢耐腐蚀接地材料的截面为圆形，直径为1-40mm。
上述外层钛包覆层是通过钛带包覆连续焊接法完成。
本发明具有以下有益效果：
本发明的钛包钢耐腐蚀接地材料与现有技术相比的有益效果如下：
本发明最内层的低碳钢导电性良好，经济性高，耐蚀性好，即使在外层局部破坏的条件下还具有良好的耐蚀性能，为接地装置提供了良好的机械强度和导电通路；最外层的钛包覆层具有良好的耐蚀性，能应对绝大多数的强腐蚀性土壤介质引起的腐蚀。
附图说明
图1是本发明专利的结构示意图。
图中，1为内层耐蚀低碳钢，2为外层钛包覆层。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参见图1，本发明的钛包钢耐腐蚀接地材料的截面为圆形，由内层耐蚀低碳钢1和外层钛包覆层2组成的双层结构。其中，以质量百分比计，本发明的内层耐蚀低碳钢1中含有：0.01～0.25%的C，0.01-0.60%的Si，0.10-1.60%的Mn，0.010-0.025%的P，以及含量小于或等于0.010%的S，同时内层耐蚀低碳钢1中还包含有0.05-2.0%的Cu、0.01-0.20%的Sn和0.01-0.20%的Sb中的一种或多种；其余为Fe。本发明的外层钛包覆层2的厚度为0.1-1mm。本发明耐蚀接地材料的加工工艺为机械包覆，即外层钛包覆层2是通过钛带包覆连续焊接法完成。也可为挤压成型。在本发明的最佳方案中，该钛包钢耐腐蚀接地材料的截面直径为1-40mm。
本发明内层耐蚀低碳钢的成分设计理由如下：
内层耐蚀低碳钢除要求一定的强度外，还要求良好的耐蚀性能与良好的导电性能。其中碳含量0.01%可以保证材料一定的强度，超过0.25%则碳钢的耐蚀性能和导电性能显著下降，本发明控制内层耐蚀低碳钢中碳含量0.01～0.25%；
内层耐蚀钢中Si含量0.01%可以保证材料一定的强度，超过0.60%则碳钢的耐蚀性能和导电性能显著下降，本发明控制内层耐蚀低碳钢中Si含量0.01%-0.60%；
内层耐蚀钢中Mn含量0.10%可以保证材料一定的强度，超过1.60%则碳钢的耐蚀性能和导电性能显著下降，本发明控制内层耐蚀低碳钢中Mn含量0.10%-1.60%；
内层耐蚀低碳钢中S元素会显著的降低低碳钢的耐蚀性，特别是S含量超过0.01%时，且导致钢的耐局部腐蚀性能以及和钛包覆层的腐蚀匹配性能降低，所以S的含量应在0.01%以下，本发明控制内层耐蚀低碳钢的S含量≤0.010%
内层耐蚀低碳钢中的P是杂质元素，但具有稍微提高钢在接地网环境下耐均匀腐蚀以及耐点蚀的作用，其在腐蚀过程中形成PO43-，起到阴极性缓蚀剂的作用。但是，当P含量高于0.025%时，会使钢的焊接性能显著降低，因此P含量应该在0.025%以下。另一方面，当P含量低于0.010%时会导致钢的成本增加，优先选择的下限为0.010%。本发明控制内层低碳钢的P含量0.010-0.025%；
内层耐蚀低碳钢中Cu是提高钢耐均匀腐蚀的元素，其在钢的表面形成致密的硫化物薄膜，使基体与腐蚀环境隔离，从而抑制了腐蚀的进行。为了达到保护效果，Cu含量应高于0.05%。但当Cu含量超过2.0%以后，会使钢的加工性能和焊接性恶化。本发明控制内层耐蚀低碳钢的Cu含量0.05-2.0%。
内层耐蚀低碳钢中Sn，Sb通过在钢的表面形成对应的氧化物，致密地覆盖在钢的表面，抑制腐蚀渣的生成，显著提高钢的耐均匀腐蚀性，为了获得更显著的添加效果，其含量在0.01%以上，但当含量超过0.3%以后，上述的效果会达到饱和，所以Sn，Sb的含量范围是0.01-0.3%。
本发明耐蚀接地材料外层包括钛的厚度应充分考虑与钢的腐蚀匹配，低于0.1mm时无法有效在接地腐蚀大电流下保持高的耐蚀性能，钛的厚度高于1mm时经济性较差。因此，本发明外层包裹钛的厚度为0.1-1mm；
本发明耐蚀接地材料采用钛带包覆连续焊接工艺。主要应用于接地网工作环境，截面尺寸为圆形时可有利的保证电流均匀的经过接地网流入地下，同时为保证泄流效果，最小直径为1mm。直径超过40mm时接地网的建造施工性能变差，经济性变差；
以下通过具体的实施例对发明做进一步的描述。这些实施例仅用于解释的目的，本发明不限于这些实施例中。
以大港材料土壤腐蚀实验站所取土壤为例，取样深度约为1m，具有较高的含水量和含盐量，其主要阴离子含量及pH值如下表所示，其电导率为3.84mΩ-1·cm-1。土壤经自然干燥，粉碎后过20目筛，然后在105℃（6h）烘干备用。试验时通过加入离子水混合均匀，配置成含水量（质量分数）为20%的土壤介质，试验温度20℃。
大港土主要阴离子含量及pH值
实施例1
一种耐腐蚀接地材料，内层为直径为Φ16mm的耐蚀低碳钢，化学成分为0.08%C-0.50%Si-1.40%Mn-0.004%S-0.015%P-0.25%Cu，外层为厚度为0.3mm的钛。在模拟腐蚀性强的盐碱性土壤地区变电站接地网中腐蚀速率为0.0042mm/a。
实施例2
一种耐腐蚀接地材料，内层为直径为Φ24mm的耐蚀低碳钢，化学成分为0.05%C-0.10%Si-0.60%Mn-0.002%S-0.007%P-0.10%Sn，外层为厚度为0.2mm的钛。在模拟腐蚀性强的盐碱性土壤地区变电站接地网中腐蚀速率为0.0035mm/a。
对比例1
一种接地材料，直径为Φ18mm的普通低碳钢，化学成分为0.13%C-0.30%Si-0.90%Mn-0.015%S-0.025%P。在模拟腐蚀性强的盐碱性土壤地区变电站接地网中腐蚀速率为0.21mm/a。
Claims (3)
1.一种钛包钢耐腐蚀接地材料，其特征在于，由内层耐蚀低碳钢和外层钛包覆层组成的双层结构；
以质量百分比计，所述内层耐蚀低碳钢中含有：0.01～0.08％的C，0.01-0.60％的Si，0.10-1.60％的Mn，0.010-0.025％的P，以及含量小于或等于0.010％的S，同时内层耐蚀低碳钢中还包含有0.05-2.0％的Cu、0.01-0.20％的Sn和0.01-0.20％的Sb中的一种或多种；
所述外层包裹钛的厚度为0.1-1mm。
2.根据权利要求1所述的钛包钢耐腐蚀接地材料，其特征在于，该钛包钢耐腐蚀接地材料的截面为圆形，直径为1-40mm。
3.根据权利要求1所述的钛包钢耐腐蚀接地材料，其特征在于，所述外层钛包覆层是通过钛带包覆连续焊接法完成。
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