CN106191672A - 一种电力隧道使用的耐候钢及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于低合金钢制造领域，尤其涉及一种电力隧道使用的耐候钢及其制造方法。本发明的电力隧道使用的耐候钢，其化学成分按照重量百分比记为：C：0.08％‑0.13％；Si：0.20％‑0.45％；Mn：0.85％‑1.10％；P：0.015％‑0.035％；S：≤0.012％；Cu：0.25％‑0.45％；Cr：0.40％‑0.60％；Ni：0.20％‑0.40％；Nb：0.015％‑0.040％；Ti：0.020％‑0.040％；Alt：≥0.020％，余量为Fe和不可避免的杂质。本发明涉及的电力隧道使用的耐候钢及其制造方法的合金成本低，具有优良的低温冲击韧性、冷弯成型性能及焊接性能，同时具有良好的耐腐蚀性能。

Description

一种电力隧道使用的耐候钢及其制造方法
技术领域
本发明属于低合金钢制造领域，尤其涉及一种电力隧道使用的耐候钢及其制造方法。
背景技术
传统的电力隧道用钢，基本上采用Q235和Q345级别的热轧角钢，由于使用规格较多，导致在电力隧道结构设计和制造过程中经常出现“呆料”问题，造成5％-10％的材料损耗。另外，为了降低电力隧道钢结构整体重量，国外目前已采用不等边角钢，进一步增加了成本和采购难度。
冷弯型钢由钢板加工成型，定尺随意，可加工成任意形状和尺寸的构件，可以避免由于角钢定长导致的材料浪费。
电力隧道的各种钢结构由于长时间暴露在潮湿环境中，地下腐蚀环境较为恶劣，其中潮湿大气腐蚀占总腐蚀损失的一半以上，耐候钢的耐大气腐蚀性能为普通钢的2-8倍，可以直接裸露使用，并且使用时间愈长，耐腐蚀作用愈突出。耐候钢是一种经济环保型材料，在电力隧道领域的大量应用，经济效益、社会效益和环保效益显著，具有广阔的发展空间。
发明内容
本发明的目的是，针对现有技术存在的缺陷，提供一种电力隧道使用的耐候钢及其制造方法，该钢种合金成本低，具有优良的低温冲击韧性、冷弯成型性能及焊接性能，同时具有良好的耐腐蚀性能。
本发明为解决上述提出的问题所采用的解决方案为：
本发明的电力隧道使用的耐候钢，其化学成分按照重量百分比记为：C：0.08％-0.13％；Si：0.20％-0.45％；Mn：0.85％-1.10％；P：0.015％-0.035％；S：≤0.012％；Cu：0.25％-0.45％；Cr：0.40％-0.60％；Ni：0.20％-0.40％；Nb：0.015％-0.040％；Ti：0.020％-0.040％；Alt：≥0.020％，余量为Fe和不可避免的杂质。
根据本发明的耐候钢，作为优选地，所述耐候钢的化学成分按照重量百分比记为：C：0.09％-0.12％；Si：0.25％-0.40％；Mn：0.95％-1.10％；P：0.020％-0.035％；S：≤0.010％；Cu：0.25％-0.35％；Cr：0.40％-0.50％；Ni：0.20％-0.30％；Nb：0.015％-0.030％；Ti：0.020％-0.030％；Alt：≥0.025％，余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明还提供了上述的电力隧道使用的耐候钢的制造方法，包括以下步骤：
1)使用原矿制得铁水；2)铁水脱硫；3)转炉冶炼：控制钢水的化学成分按重量百分比计与所述耐候钢的化学成分一致；4)真空处理；5)连铸；6)铸坯清理；7)铸坯下线；8)板坯加热；9)粗轧；10)精轧与11)ACC冷却，最后对冷却后的钢材进行精整入库。
根据本发明所述的方法，其中，步骤8)所述板坯加热温度为1180-1250℃，加热时间为280min以上。
步骤9)所述粗轧阶段开轧温度1150-1220℃，终轧温度1140-1180℃，累计压下率≥75％，道次压下率≥18％。
步骤10)所述精轧阶段开轧温度≤980℃，终轧温度780-840℃，后三道次累计压下率≥55％。
步骤11)所述的ACC冷却的终冷温度为680-720℃。
本发明主要改进在电力隧道的应用领域方面，属于专用钢板，对于耐候钢，一般是通过添加Cu、Cr、Ni等来实现钢板耐蚀性，这些元素添加量过多，不止会增加成本，还会对钢板各项性能和表面质量产生影响，因此对于Cu、Cr、Ni等元素实现窄成分控制。
本发明耐候钢的屈服强度(ReL)可以达到473Mpa以上，抗拉强度(Rm)可以达到575Mpa，0℃纵向冲击功(Akv)达到了264J以上，-20℃纵向冲击功(Akv)达到了221J以上，-40℃纵向冲击功(Akv)达到了175J以上。本发明耐候钢具有优良的低温冲击韧性、冷弯成型性能及焊接性能，同时具有良好的耐腐蚀性能。
此外，本发明适当添加P元素，内控范围控制在0.015％-0.035％，这与一般的高P耐候钢(一般要求0.07％以上)不同，既能发挥P的耐腐蚀作用，又不至于增加钢的冷脆性。本发明的主要合金元素含量的涉及基于以下原理：
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，减少碳化物组织的形成，提高钢的耐腐蚀性能、低温冲击韧性和成型性能，C含量为0.08％-0.13％。
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，本发明中Si含量设计为0.20％-0.45％。
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0.85％-1.10％。
P是传统耐候钢中的主要合金元素，与Cu复合加入到耐候钢中，提高钢耐腐蚀性能的能力，这远大于Cu、P单独加入钢中的效果，但P含量过高，是钢具有明显的冷脆倾向。本发明钢中的P含量控制为0.015％-0.035％。
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，因此应尽量减少钢中S含量，使其控制在0.012％以下，提高钢的耐腐蚀性能、低温冲击韧性、成型性能及钢板横、纵向性能均匀性。
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，本发明中Cu含量设计为0.25％-0.45％。
Cr能在钢表面形成致密的氧化膜，提高钢的钝化能力。当Cr与Cu同时加入钢中时，效果尤为明显。最近有研究指出Cr含量提高利于细化α-FeOOH，当锈层/金属界面的α-FeOOH中Cr含量超过5％时，能有效抑制腐蚀性阴离子，特别是Cl离子的侵入；同时添加Cr元素还可以阻止干湿交替过程中Fe3+向Fe2+的转化，从而提高钢的耐候性。本发明中Cr含量设计为：0.40％-0.60％。
Ni是一种比较稳定的元素，加入Ni能使钢的自腐蚀电位向正方向变化，增加了钢的稳定性。在含铜钢中加入一定比例的Ni元素，使钢材晶界处产生高熔点的铜镍化合物，消除液态铜在界面富集的机会。从降低成本和用户特殊使用要求综合考虑，本发明中Ni含量设计为0.20％-0.40％。
Nb是强碳氮化物形成元素，通过析出强化提高钢的强度，同时Nb强烈抑制奥氏体再结晶，是钢在较高温度下轧制，细化晶粒，提高钢的强度及低温韧性，本发明钢中的Nb含量控制为0.015％-0.040％。
本发明具有以下特点：
1、本发明是在相关标准及用户特殊使用要求基础上，化学成分设计简约，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。减少碳化物组织的形成，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，提高钢的纯净度，从而提高钢的耐腐蚀性能、成型性能及综合力学性能。
4、本发明具有较低的Si含量，有利于改善钢的表面质量。
6、本发明采用Nb微合金化技术，通过控轧控冷技术得到强韧性匹配的优良的热轧耐候钢板，生产工艺容易控制，易于工业生产。
7、本发明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。
本发明适用于电力隧道使用的耐候钢，钢板在极小弯心直径下的冷弯成型性能良好，可取代目前广泛使用的热轧角钢。
具体实施方式
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。
本发明的电力隧道使用的耐候钢实施例均采用的工艺流程为：
制得铁水、铁水脱硫、转炉冶炼、真空处理、连铸、铸坯清理、铸坯下线、板坯加热、粗轧、精轧、(ACC冷却)、精整入库。
所述转炉冶炼中，控制钢水的化学成分按重量百分比计与本发明耐候钢的化学成分一致。
所述板坯加热温度为1180-1250℃，加热时间为280min以上；所述粗轧阶段开轧温度1150-1220℃，终轧温度1140-1180℃，累计压下率≥75％，道次压下率≥18％；精轧阶段开轧温度≤980℃，终轧温度780-840℃，后三道次累计压下率≥55％；所述的ACC终冷温度为680-720℃。
本发明的电力隧道使用的耐候钢主要化学成分按照重量百分比记为：C：0.08％-0.13％；Si：0.20％-0.45％；Mn：0.85％-1.10％；P：0.015％-0.035％；S：≤0.012％；Cu：0.25％-0.45％；Cr：0.40％-0.60％；Ni：0.20％-0.40％；Nb：0.015％-0.040％；Ti：0.020％-0.040％；Alt：≥0.020％，余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明实施例1-2均按照上述生产工艺生产，为了更好的反映出本发明钢耐大气腐蚀性的优点，将Q345B作为对比钢种，化学成分见表1。本实施例化学成分见表1，力学性能见表2，与Q345B耐大气腐蚀对比结果见表3。
上述四个实施例均在120吨转炉冶炼。
试验方法按照TB/T 2375-93《铁路用耐候钢周期浸润腐蚀试验方法》执行，对比结果见表3。
表1实施例钢的化学成分(wt％)
实施例 C Si Mn P S Cu Cr Ni Nb Ti Alt
1#钢 0.12 0.32 0.99 0.022 0.004 0.28 0.45 0.23 0.023 0.024 0.0321
2#钢 0.09 0.31 1.01 0.034 0.004 0.32 0.47 0.24 0.021 0.023 0.0331
Q345B 0.17 0.31 1.30 0.015 0.005 0.04 0.021 0.009 - 0.004 0.0265
表2实施例钢的力学性能
表3实施例钢的耐大气腐蚀实验结果腐蚀率(g/m2·h)
实施例 24h 48h 96h 144h
1#钢 1.404 1.316 1.315 1.308
2#钢 1.334 1.260 1.257 1.222
Q345B 1.698 2.522 2.206 1.771
从表2可以看出，钢板综合力学优良，钢板在极小弯心直径下的冷弯成型性能良好；从表3可以看出，本发明实施例耐腐蚀性能优于普通Q345B，同时，在本发明基础上，适当降低C含量和提高Cu、Cu含量，可进一步提高钢板耐腐蚀性能。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (7)

1.一种电力隧道使用的耐候钢，其特征在于：所述耐候钢的化学成分按照重量百分比记为：C：0.08％-0.13％；Si：0.20％-0.45％；Mn：0.85％-1.10％；P：0.015％-0.035％；S：≤0.012％；Cu：0.25％-0.45％；Cr：0.40％-0.60％；Ni：0.20％-0.40％；Nb：0.015％-0.040％；Ti：0.020％-0.040％；Alt：≥0.020％，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的耐候钢，其特征在于：所述耐候钢的化学成分按照重量百分比记为：C：0.09％-0.12％；Si：0.25％-0.40％；Mn：0.95％-1.10％；P：0.020％-0.035％；S：≤0.010％；Cu：0.25％-0.35％；Cr：0.40％-0.50％；Ni：0.20％-0.30％；Nb：0.015％-0.030％；Ti：0.020％-0.030％；Alt：≥0.025％，余量为Fe和不可避免的杂质。
3.一种权利要求1或2所述的耐候钢的制造方法，包括以下步骤：
1)使用原矿制得铁水；2)铁水脱硫；3)转炉冶炼：控制钢水的化学成分按重量百分比计与耐候钢的化学成分一致；4)真空处理；5)连铸；6)铸坯清理；7)铸坯下线；8)板坯加热；9)粗轧；10)精轧与11)ACC冷却。
4.如权利要求3所述的制造方法，其特征在于：步骤8)所述板坯加热的温度为1180-1250℃，加热时间为280min以上。
5.如权利要求3所述的制造方法，其特征在于：步骤9)所述粗轧阶段开轧温度1150-1220℃，终轧温度1140-1180℃，累计压下率≥75％，道次压下率≥18％。
6.如权利要求3所述的制造方法，其特征在于：步骤10)所述精轧阶段开轧温度≤980℃，终轧温度780-840℃，后三道次累计压下率≥55％。
7.如权利要求3所述的制造方法，其特征在于：步骤11)所述的ACC冷却的终冷温度为680-720℃。
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