CN103938075A - 一种铁塔用高韧性q420级热轧等边角钢的制备方法 - Google Patents

一种铁塔用高韧性q420级热轧等边角钢的制备方法 Download PDF

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常建伟
李光
李凤辉
张磊
徐德录
张东英
任玉锁
于长海
王慧
张成江
贾海坤
梁向宁
冯婷
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Abstract

本发明公开了一种铁塔用高韧性Q420级热轧等边角钢的制备方法，该方法步骤包括：1）钢坯冶炼：采用转炉或电炉冶炼、炉外精炼、保护浇铸制得钢坯，并在钢坯的冶炼过程中添加若干微量元素，碳当量质量百分比≤0.44%；2）钢坯轧制：钢坯按延伸孔型、切分孔型、精轧孔型顺序轧制，总压缩比不小于5（宜大于7），其中精轧道次平均延伸系数不小于1.15；3）终轧温控：终轧温度930℃－870℃；4）冷床冷却：钢温大于300℃，采用自然冷却，辅助风冷或雾冷；钢温300℃以下时，采用喷水冷却；5）进入常规后续工序，最后制得铁塔用高韧性Q420级热轧等边角钢。本发明在保证角钢有足够强度的同时，提高角钢在低温下的冲击韧性。

Description

一种铁塔用高韧性Q420级热轧等边角钢的制备方法
技术领域
本发明涉及铁塔用Q420级角钢的增韧技术,具体是一种改善铁塔用角钢韧性（特别是低温韧性）的制备工艺。
背景技术
多年以来，我国输电线路铁塔用材主要以Q235和Q345热轧角钢型材为主，钢材的强度等级较低，可选品种偏少，造成我国输电铁塔设计和制造技术水平明显落后于国际先进水平。
近几年,我国电网建设获得了长足发展，已有经验表明，与345MPa级材料相比，输电铁塔使用420MPa级角钢可降低塔重4%-7%，节约塔材费用2%-3%，具有广阔的应用前景。
我国标准按照钢材的S、P含量和冲击试验要求不同，将结构用钢分成了不同的质量等级，表1是GB/T1591-2008规定的不同质量等级Q420钢的要求。近几年，Q420B角钢在我国铁塔行业获得了广泛应用，仅输电铁塔每年用量就超过100万吨，但其仅有室温下的冲击韧性保证。
表1GB/T1591-2008《低合金高强度结构钢》对钢材质量等级要求
我国幅员辽阔，在北方很多地区冬季最低气温在-20℃以下，极限气温达-40℃以下。试验表明，B级质量的角钢在常温下一般有良好的塑性和韧性，但随着温度的降低，钢材的韧性会明显变差。按照我国电网规划，将在我国东北、华北、西北地区建设特高压输电线路，这些地区冬季气温较低，要求有更低温度下（-30℃）的冲击韧性保证，而目前我国仅少数钢厂能够生产C级质量的角钢，D、E级质量的角钢目前国内均不具备生产能力，从而给寒冷地区输电铁塔长期安全运行带来隐患。为此,有必要开发新的Q420级角钢增韧技术，以满足输电线路铁塔的需要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种Q420级角钢的增韧技术，在保证角钢有适当强度的同时，提高角钢在低温下的冲击韧性。
本发明的上述目的是通过如下的技术方案予以实现的:
一种Q420级角钢的制备方法，包括如下步骤：
1）钢坯冶炼与化学成分：采用转炉或电炉冶炼、炉外精炼、保护浇铸制得钢坯，，该钢坯中适当添加微量细化晶粒合金元素，碳当量不超0.44%，具体化学成分见下表2：化学成分(质量分数)范围          %
碳C 硅Si 锰Mn 磷P 硫S 钒V 铝Als 碳当量
0.12-0.16 0.25-0.40 1.30-1.80 ≤0.025 ≤0.020 0.05-0.10 ≥0.015 ≤0.44
控制O、N含量以实现控制非金属夹杂物的类型和数量。
2）钢坯轧制：钢坯按延伸孔型、切分孔型、精轧孔型顺序轧制，总压缩比应不小于5，宜大于7，其中精轧道次平均延伸系数不得小于1.15；
3）终轧温控：终轧温度930－870℃；
4）冷床冷却：钢温大于300℃，采用自然冷却，辅助风冷或雾冷，冷却速度不大于2.5℃/秒；钢温300℃以下时，可采用喷水冷却；
5）最后进入后道工序，包括矫直、锯切，包装等制得Q420级高韧性角钢。
本发明的增韧技术从材料的使用要求（低温韧性）出发，从化学成分、冶炼技术、轧制工艺、冷床冷却等方面，通过优化材料的化学成分和优化冶炼、轧制工艺，提高材料的综合力学性能，以实现材料具有适当的强度，高的冲击韧性和较低的韧脆转变温度的目的。
本发明方法的优异特点和效果:
1)与具有相同强度等级的常规角钢相比，其在-30℃时的冲击吸收能量超过34J，韧脆转变温度达-40℃（以冲击吸收能量为21J时对应的冲击试验温度作为角钢韧脆转变温度）。
2)与具有相同强度等级的常规角钢相比，本发明角钢的成本仅提高约4%。
3)本发明不需改进生产线的布局，仅需添加少量的专用工装。
4)冶炼采用转炉/电炉冶炼、炉外精炼及保护浇铸工艺;化学成分采用低碳高锰，降低杂质元素，并适当添加微量合金元素的合金化技术，碳当量不超0.44%；配以适当的轧制温度、轧制比、冷床冷却速度，来保证钢材强度与韧性的良好配合。
附图说明
图1为本发明Q420级热轧等边角钢的制备方法的工艺流程图；
图2为热轧角钢孔型系统示意图，其中（a）为延伸孔型（b）为切分孔型（c）为精轧孔型。
具体实施方式
下面更详细的描述出本发明的最佳实施例。
实施例一：
采用Q420级16#角钢，主要技术经济指标要求为：屈服强度等级420MPa；冲击吸收能量：-30℃时，≥34J；实测强屈比：≥1.20。成本不高于现有角钢成本的4%。
（1）冶炼及化学成分：100吨顶底复吹转炉冶炼、100吨LF炉精炼、保护浇铸，化学成分如下：
表3化学成分(熔炼,质量分数)范围           %
碳C 硅Si 锰Mn 磷P 硫S 矾V 铝Als 碳当量
0.14 0.33 1.65 0.020 0.015 0.08 0.019 ≤0.44
2）钢坯轧制：钢坯按延伸孔型、切分孔型、精轧孔型顺序轧制，精轧道次平均延伸系数不小于1.17，采用165mm×225mm矩形坯生产，最小总压缩比7.4；
3）终轧温控：终轧温度930℃；
4）冷床冷却：钢温大于300℃，采用自然冷却，辅助风冷或雾冷，冷却速度2～0.5℃/秒；钢温300℃以下时，采用喷水冷却；
（5）生产数据
经批量生产检测，角钢-30℃冲击功为40-90J，实测强屈比1.2-1.3。
实施例二：
采用Q420级18#角钢，主要技术经济指标要求为：屈服强度等级420MPa；冲击吸收能量：-30℃时，≥34J；实测强屈比：≥1.20。成本不高于现有角钢成本的4%。
（1）冶炼及化学成分：100吨顶底复吹转炉冶炼、100吨LF炉精炼、保护浇铸，化学成分如下：
表4化学成分(熔炼,质量分数)范围%
碳C 硅Si 锰Mn 磷P 硫S 矾V 铝Als 碳当量
0.12 0.27 1.75 0.016 0.011 0.09 0.021 ≤0.44
2）钢坯轧制：钢坯按延伸孔型、切分孔型、精轧孔型顺序轧制，精轧道次平均延伸系数不小于1.17，采用165mm×280mm矩形坯生产，最小总压缩比7.3；
3）终轧温控：终轧温度900℃；
4）冷床冷却：钢温大于300℃，采用自然冷却，辅助风冷或雾冷；钢温300℃以下时，采用喷水冷却；
（5）生产数据
经批量生产检测，角钢-30℃冲击功为47-93J，实测强屈比1.2-1.3。
实施例三：
采用Q420级25#角钢，主要技术经济指标要求为：屈服强度等级420MPa；冲击吸收能量：-30℃时，≥34J；实测强屈比：≥1.20。成本不高于现有角钢成本的4%。
（1）冶炼及化学成分：100吨顶底复吹转炉冶炼、100吨LF炉精炼、保护浇铸，化学成分如下：
表5化学成分（熔炼,质量分数）范围%
碳C 硅Si 锰Mn 磷P 硫S 矾V 铝Als 碳当量
0.16 0.39 1.32 0.019 0.009 0.05 0.016 ≤0.44
2）钢坯轧制：钢坯按延伸孔型、切分孔型、精轧孔型顺序轧制，精轧道次平均延伸系数不小于1.15，采用220mm×380mm矩形坯生产，最小总压缩比5.4；
3）终轧温控：终轧温度870℃；
4）冷床冷却：钢温大于300℃，采用自然冷却，辅助风冷或雾冷；钢温300℃以下时，采用喷水冷却；
（5）生产数据
经批量生产检测，角钢-30℃冲击功为30-80J，实测强屈比1.2-1.3。
上述实施例只是本发明的举例，尽管为说明目的公开了本发明的最佳实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于最佳实施例和附图所公开的内容。

Claims (3)

1.一种铁塔用高韧性Q420级热轧等边角钢的制备方法，包括如下步骤：
1）钢坯冶炼：采用转炉或电炉冶炼、炉外精炼、保护浇铸制得钢坯，钢坯在冶炼过程中添加如下微量细化晶粒合金元素，碳C：质量百分比0.12-0.16%；硅Si：质量百分比0.25-0.40%；锰Mn：质量百分比1.30-1.80%；磷P：质量百分比≤0.025%；硫S：质量百分比≤0.020%；钒V：质量百分比0.05-0.10%；铝Als：质量百分比≥0.015%，碳当量≤0.44%；
2）钢坯轧制：钢坯按延伸孔型、切分孔型、精轧孔型顺序轧制；
3）终轧温控：终轧温度930℃－870℃；
4）冷床冷却：钢温大于300℃，采用自然冷却，辅助风冷或雾冷；钢温300℃以下时，采用喷水冷却；
5）进入后道工序，最后制得铁塔用高韧性Q420级热轧等边角钢。
2.如权利要求1所述的铁塔用高韧性Q420级热轧等边角钢的制备方法，其特征在于，步骤2）中钢坯轧制总压缩比不小于5，精轧道次平均延伸系数不小于1.15。
3.如权利要求1所述的铁塔用高韧性Q420级热轧等边角钢的制备方法，其特征在于，步骤4）中采用自然冷却时，冷却速度不大于2℃/秒。
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