CN104357759A - 一种抗拉强度≥1500MPa的输电铁塔用角钢 - Google Patents

Abstract

一种抗拉强度≥1500MPa的输电用角钢，其组分及wt%为：C：0.45～0.60%、Si：2.10～2.50%、Mn：3.0～3.5%、P：≦0.025%、S：≦0.015%、B：0.005～0.008%、Ni：0.80～1.20%、V：0.08～0.16%、Cr：1.5～2.5%、Co：1.5～2.5%，其余为Fe和杂质元素。本发明屈服强度≥1200MPa，抗拉强度≥1500MPa，断后伸长率≥15%，-20℃冲击功Kv2≥60J，无需拼接，可使铁塔减重30%~40%，体积小，方便运输及维护，还可利用现有成熟工艺即可生产。

Description

一种抗拉强度≥1500MPa的输电铁塔用角钢

技术领域

本发明涉及一种输电线铁塔用角钢，具体地属于一种抗拉强度≥1500MPa的输电铁塔用角钢。

背景技术

随着我国特高压、远距离输电技术的迅速发展，在同塔多回路工程、大截面导线工程、大跨越工程、特高压工程建设中，对建设输电铁塔的材料提出了更高的要求，即要求具有更高的综合力学性能及耐低温性能。

目前在我国西北、东北等寒冷地区以及大跨越江河、高山地区，输电铁塔采用的均为大直径圆管或者由多个小角钢拼接而成的大型角钢作为铁塔主要材料。但是在山区、江河等大跨越地区，使用圆管不仅造价昂贵，而且运输和维护十分困难；采用小角钢拼接，则需要在角钢上钻孔的实现铁塔的拼接，其会在钻孔周围容易形成裂纹，降低铁塔使用的安全性，并且目前所用刚中的抗拉强度不超过500MPa，强度级别低，难以满足特高压、远距离输电技术的迅速发展的需求。因此，电力行业提出研制超大规格角钢（即边宽≥300mm角钢），以取代由小型角钢拼接的问题。但是，受目前生产厂上的客观条件限制，不具备生产边宽≥300mm的超大规格角钢的能力，如要生产，就得进行大的投入购置或研发匹配的生产设备及工艺，需要大量的资金及人力、物力的投入，并且设备体积及重量都会很大。

经检索，中国专利申公开号为CN101509097A的文献《一种Q460级低合金高强度角钢及生产工艺》，公开了一种C0.13～0.19%、Mn1.30～1.50%、Si0.30～0.50%、S,P≤0.040%、V0.050～0.090%、余量Fe的低合金高强度角钢，其屈服强度Rel＞450MPa、抗拉强度Rm:560～720MPa，断后伸长率A≥23%，冲击韧性Akv≥34J。该技术方案中角钢的强度、冲击韧性值都较低，无法满足多回路、远距离角钢铁塔建设需求。

经检索，中国专利申公开号为CN102851584A的文献《一种含Nb大规格高强度角钢及其生产工艺》，公开了一种C0.02～0.18%、Mn1.0～1.7%、Si0.10～0.50%、P≤0.03%、S≤0.03%、Al0.02～0.05%、Nb0.02～0.07%、V0.02～0.10%、Ti0.01～0.03%、Ceq≤0.44%余量Fe的含Nb大规格高强度角钢，其边长为220mm或250mm，实施例1中屈服强度Rel=450MPa、抗拉强度Rm=560MPa、20℃冲击韧性Akv=161J。该技术方案中角钢的强度、冲击韧性值都较低，没涉及低温（-20℃）冲击韧性，不满足角钢减重、小型化和低温环境下使用需求。

发明内容

本发明在于解决目前存在的抗拉强度低，运输和维护十分困难及钻孔周围容易形成裂纹，降低铁塔使用的安全性的不足，提供一种屈服强度≥1200MPa，抗拉强度≥1500MPa，断后伸长率≥15%，-20℃冲击功Kv2≥60J，无需拼接，可使铁塔减重30%~40%，体积小，方便运输及维护的抗拉强度≥1500MPa的输电用角钢。

目的实现上述目的的措施：

一种抗拉强度≥1500MPa的输电用角钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.45～0.60%、Si：2.10～2.50%、Mn：3.0～3.5%、P：≦0.025%、S：≦0.015%、B：0.005～0.008%、Ni：0.80～1.20%、V：0.08～0.16%、Cr：1.5～2.5%、Co：1.5～2.5%，其余为Fe和杂质元素。

优选地：V的重量百分比含量在0.115~0.16%。

本发明中各元素及主要工序的作用

碳（C）：C是提高钢强度的主要元素。随着碳含量的增加，钢的强度随之提高，但随着碳含量的提高，尤其高于0.60%后，会在连铸过程中造成偏析，从而减低角钢整体性能的均匀性。本发明要求角钢既要有高强度又要有良好的连铸质量，因此，本发明将C含量目控制在0.45%～0.60%。

硅（Si）：Si以固溶体形态存在铁素体或奥氏体中，缩小奥氏体相区。在本发明中硅更是抑制转变时碳化物析出的元素。在连续冷却转变中使碳化物以富碳残奥的方式存在，提高钢的韧性。现有钢中，硅含量通常在0.10～0.50%，这种含量的钢种，碳化物析出较多，降低了钢的塑性。通过研究发现，提高硅含量，可以抑制碳化物的析出，提高硅含量可使角钢中铁素体板条中间不是析出碳化物而是残余奥氏体薄膜，这种组织结构决定了其超高强度和良好的韧性；同时提高钢的强度，Si含量限定在2.10～2.50％之间。

锰（Mn）：锰固溶于铁素体或奥氏体中，锰强化铁素体或奥氏体，在增加强度的同时，对钢的延展性没有影响。锰又是良好的脱氧剂和脱硫剂，含有一定量的锰可以消除或减弱钢因硫引起的脆性，从而改善钢的加工性能。现有钢中Mn一般小于1.7%，目的在于提高钢的强度。研究发现提高锰含量，可明显推迟珠光体转变，在常规生产工艺下可得到亚纳米超细贝氏体和少量马氏体、残余奥氏体组织，因此将Mn含量控制在3.0%～3.5%。

S（硫）、P（磷）：S、P是强烈的裂纹敏感性元素，S含量过高，会形成大量的MnS，MnS在钢液凝固时易在晶界析出，在热轧时被轧成带状夹杂，降低了钢材的延展性及韧性，因此S含量越低越好，S含量目标值控制在≤0.010%。P能够提高低温脆性转变温度，使钢的低温冲击性能大幅下降，因此要求P≤0.015%。

B(硼) ：在本发明中，添加硼的目的主要是为提高角钢的硬度，但是如其含量低于0.005%，则提高强度效果不明显；高于0.008%，促进晶粒长大，降低钢的韧性，容易引起脆断。故将其含量控制在0.005%~0.008%。

镍（Ni）：镍和铁无限固溶，镍扩大铁的奥氏体区，是形成稳定奥氏体的主要元素。镍强化铁素体并细化和增多珠光体，提高钢的强度和钢的抗疲劳力，减少刚对缺口的敏感性，降低钢的低温脆化转变温度。从而能提高角钢在寒冷地区使用性能。但其含量低于0.8%，则对钢的疲劳性能作用不明显；高于1.2%，经济性则会下降，故将其含量控制在0.8%~1.2%。

钒（V）：钒在钢中所起的作用主要是细化钢的组织和晶粒。提高晶粒粗化温度，从而降低钢的过热敏感性，提高钢的强度和韧性。在高温时把钒溶入奥氏体能增加钢的淬透性。钒在奥氏体中有很大的溶解度，几乎对热变形工艺没有影响，它主要是在冷却过程析出，通过析出强化提高钢的强化水平。优选地V的重量百分比含量在0.115~0.16%。

铬（Cr）：具有明显推迟珠光体转变的作用，同时可使钢的强度和硬度提高。当Cr含量大于1.50％时，显著提高钢的淬透性，大幅提高钢的强度和硬度；当Cr含量大于2.50％时，钢的回火脆性明显提高。因此其范围选在Cr：1.5～2.5%。

本发明与现有技术相比，屈服强度≥1200MPa，抗拉强度≥1500 MPa，断后伸长率≥15%，-20℃冲击功Kv2≥60J，无需拼接，可使铁塔减重30%~40%，体积小，方便运输及维护，还可利用现有成熟工艺即可生产。

具体实施方式

下面对本发明予以详细描述：

表1为本发明各实施例及对比例的取值列表；

表2为本发明各实施例及对比例性能检测情况列表。

本发明各实施例按照以下步骤生产：

铁水脱硫、脱磷处理，转炉冶炼，冶炼后吹氩及LF精炼处理，然后连铸成大方坯，铸坯尺寸320mm×480mm。铸坯加热到1200℃，保温90min，除炉后高压水除鳞，经过开坯轧制和万能轧制方法，压缩比不低于10:1，终轧温度在850～880℃，轧后按照10~15℃/s冷却至200~250℃，保温时间不低于30个小时，保温后空冷到室温。然后经过矫直、锯切定尺后入库。

需要说明的是：铸坯与角钢的压缩比不低于10:1；冷却速度按照10~15℃/s冷却至200~250℃，保温时间不低于30个小时。

表1   本发明各实施例及对比例化学成分（wt%）

表2   本发明各实施例及对比例力学性能列表

从表2数据可知，本发明力学性能满足：屈服强度Rel≥1200Mpa，抗拉强度Rm≥1500Mpa，断后收长率≥15%，-20℃冲击功Kv2≥60J自重减少至少在150Kg。

上述实施例仅为最佳例举，而并非是对本发明的实施方式的限定。

Claims (2)

1.一种抗拉强度≥1500MPa的输电用铁塔用角钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.45～0.60%、Si：2.10～2.50%、Mn：3.0～3.5%、P：≦0.025%、S：≦0.015%、B：0.005～0.008%、Ni：0.80～1.20%、V：0.08～0.16%、Cr：1.5～2.5%、Co：1.5～2.5%，其余为Fe和杂质元素。

2.如权利要求1所述的一种抗拉强度≥1500MPa的输电用角钢，其特征在于：V的重量百分比含量在0.115~0.16%。