CN110055461A

CN110055461A - 一种电力塔架用耐候钢及其制备方法

Info

Publication number: CN110055461A
Application number: CN201910340038.6A
Authority: CN
Inventors: 张旭; 刘锟; 崔阳; 尚成嘉; 杨善武; 韩军科; 黄耀
Original assignee: Shougang Group Co Ltd
Current assignee: Shougang Group Co Ltd
Priority date: 2019-04-25
Filing date: 2019-04-25
Publication date: 2019-07-26

Abstract

本发明涉及一种电力塔架用耐候钢及其制备方法，按重量百分比计，本发明电力塔架用耐候钢的化学成分为:C:0.05‑0.10％，Si:0.30‑0.45％，Mn:0.8‑1.2％，Ti:0.01‑0.02％，P:≤0.02，S:≤0.002，V:0.02‑0.06％，Nb:0.03‑0.06％，Cr:0.4‑0.6％，Ni:0.5‑0.7％，Cu:0.4‑0.6％，其余为Fe和不可避免的杂质；所述钢的微观组织及其体积百分含量为10‑20％铁素体和80‑90％奥氏体。

Description

一种电力塔架用耐候钢及其制备方法

技术领域

本发明属于合金钢技术领域，具体涉及一种电力塔架用耐候钢及其制备方法。

背景技术

电力塔架用钢多为热轧角钢，但热轧角钢力学性能均匀性较差，同时热轧角钢需要进行镀锌防腐蚀，镀锌工艺造成成本增加，对环境也有较大的污染。耐候钢，即耐大气腐蚀钢，是介于普通钢和不锈钢之间的低合金钢系列，因其具有免涂装、强度大等特点，适用于电力塔架建设。现有的耐候钢强度不够大，且服役寿命不够长，因此，本领域亟需开发出一种强度大、服役寿命长的电力塔架用耐候钢。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的电力塔架用耐候钢及其制备方法。

本发明实施例提供一种电力塔架用耐候钢，按重量百分比计，所述钢的化学成分为:C:0.05-0.10％，Si:0.30-0.45％，Mn:0.8-1.2％，Ti:0.01-0.02％，P:≤0.02，S:≤0.002，V:0.02-0.06％，Nb:0.03-0.06％，Cr:0.4-0.6％，Ni:0.5-0.7％，Cu:0.4-0.6％，其余为Fe和不可避免的杂质；所述钢的微观组织及其体积百分含量为10-20％铁素体和80-90％奥氏体。

进一步的，所述钢的屈服强度为420MPa，且抗拉强度＞520MPa。

进一步的，所述屈服强度和所述抗拉强度的屈强比为1.16。

进一步的，所述钢的延伸率＞20％。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种电力塔架用耐候钢的制备方法，包括铸坯加热、粗轧、精轧、层流冷却和卷取工艺，其特征在于，所述加热包括升温段和恒温段，所述恒温段温度为1200-1280℃，所述加热总时间为3-5h；

所述粗轧的出口温度为970-1050℃，所述精轧的终扎温度为800-840℃；

所述冷却采用前端集中冷却模式进行层流冷却；

所述卷取温度为550-600℃。

进一步的，所述恒温段时间≥30min。

进一步的，所述精轧入口温度为970-1050℃。

进一步的，所述粗轧和所述精轧采用多道次轧制，所述粗轧累计变形量＞75％，所述精轧末道次压下率≥8％，所述精轧累计变形量为75-83％。

进一步的，所述粗轧采用6道次轧制，所述精轧采用7道次轧制。

进一步的，所述方法还包括:KR脱硫、全三脱转炉冶炼、LF精炼和连铸中的至少一个工艺。

本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点:

本申请提供的电力塔架用耐候钢，采用微合金化设计路线，在C-Si-Mn系钢的基础上添加Nb、V、Ti等微合金元素，充分利用Nb、V和Ti细化晶粒和析出强化，同时Nb、V、Ti保证了焊缝处组织的细化，保证了焊后的强度，使材料具有良好的焊接性能。同时，较低的C含量使得材料具有较好的冷加工成型性和耐蚀性，Cu、Cr、Ni的加入使耐候钢有较好的耐蚀性。

本申请的制备方法，保证合金元素的碳氮化物充分溶解及奥氏体均匀化，并保证Nb、V和Ti在铁素体区充分析出，增强析出强化效果，得到更多细小弥散的Nb、V和Ti析出颗粒，有效提高材料的强度。

具体实施方式

下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。

在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。

除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

本申请提供一种电力塔架用耐候钢，按重量百分比计，所述钢的化学成分为:C:0.05-0.10％，Si:0.30-0.45％，Mn:0.8-1.2％，Ti:0.01-0.02％，P:≤0.02，S:≤0.002，V:0.02-0.06％，Nb:0.03-0.06％，Cr:0.4-0.6％，Ni:0.5-0.7％，Cu:0.4-0.6％，其余为Fe和不可避免的杂质；所述钢的微观组织及其体积百分含量为10-20％铁素体和80-90％奥氏体。

本申请中，所述钢的屈服强度为420MPa，且抗拉强度＞520MPa。

本申请中，所述屈服强度和所述抗拉强度的屈强比为1.16。

本申请中，所述钢的延伸率＞20％。

基于同一发明构思，本申请还提供一种电力塔架用耐候钢的制备方法，包括铸坯加热、粗轧、精轧、层流冷却和卷取工艺，其特征在于，所述加热包括升温段和恒温段，所述恒温段温度为1200-1280℃，所述加热总时间为3-5h；

所述冷却采用前端集中冷却模式进行层流冷却；

所述卷取温度为550-600℃。

本申请中，所述恒温段时间≥30min。

本申请中，所述精轧入口温度为970-1050℃。

本申请中，所述粗轧和所述精轧采用多道次轧制，所述粗轧累计变形量＞75％，所述精轧末道次压下率≥8％，所述精轧累计变形量为75-83％。

本申请中，所述粗轧采用6道次轧制，所述精轧采用7道次轧制。

本申请中，所述方法还包括:KR脱硫、全三脱转炉冶炼、LF精炼和连铸中的至少一个工艺。

本发明主要合金元素作用和限制范围如下：

C：较低的C含量有利于提高材料的焊接性能、低温韧性和耐蚀性。考虑到电力塔架耐候钢要求良好的韧性、焊接性能和耐蚀性，控制C含量为0.05-0.10％。

Si：Si为传统的固溶强化元素，但添加过高的Si对材料的塑性、韧性以及表面质量产生负面影响，同时也可降低奥氏体中碳的扩散速度，不利于铁素体组织的形成。本发明控制Si的含量为：0.30-0.45％。

Mn：Mn具有固溶强化作用，同时可以提高材料的淬透性。本发明控制Mn含量为：0.8-1.2％。

S和P：S和P元素过高会对材料的塑性和韧性产生不利影响，同时P含量会降低材料的焊接性，但较高的P含量可以提高钢本身的耐蚀性。为生产一种焊接性能优异的耐候钢，本发明限定了S含量控制在0.002％以内，P含量控制在0.02％以内。

Ti：Ti为强碳氮化物形成元素，少量的Ti可以细化晶粒，在高温奥氏体区Ti与N结合形成TiN或者Ti(C,N)阻碍奥氏体晶粒的长大。本发明控制Ti含量为：0.01-0.02％。

Nb：Nb不但可以细化奥氏体，同时Nb是强碳氮化合物形成元素，通过在扎后冷却过程中析出碳氮化合物，产生细晶强化和析出强化作用来提高钢的强度。另外Nb还可以保证焊缝组织的细化，提高焊后强度。本发明控制Ti含量为：0.03-0.06％。

V：V是强碳氮化物形成元素，强化作用与Nb相似，但效果相对较小。V含量较高时明显恶化钢的低温韧性，尤其是焊接热影响区的韧性，本发明控制V含量为：0.02-0.06％。

Cr：Cr和Fe可以形成无限固溶体。在腐蚀过程中，Cr可以明显加速γ-FeOOH向α-FeOOH转化的过程，并且会促进致密锈层的形成。Cr元素在腐蚀过程中产生二次分配，其去向有：(1)Cr置换α-FeOOH中部分的Fe，使锈层具有阳离子选择透过性，抑制Cl-的进入，减缓了腐蚀过程；(2)在锈层的微裂纹处、晶界处富集；(3)超过溶解度的部分铬元素被排斥到锈层/钢基体界面，使界面处的基体上产生了合金元素的富集。本发明控制Cr含量为：0.4-0.6％。

Ni：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改变，增加了钢基体电化学上的稳定性。Ni主要以二价氧化物存在于锈层尖晶石结构(即Fe₂NiO₄)中，这提高了内锈层致密度。本发明控制Ni含量为：0.5-0.7％。

Cu：Cu可以改善钢的耐大气腐蚀性，主要有两种机制来解释：(1)促进阳极钝化论，钢与表面二次析出的Cu相互接触，能促使作为阳极的钢基体钝化，同时在腐蚀过程中形成保护性较好的锈层；(2)Cu富集论，Cu在基体与锈层之间形成以Cu为主要成分的阻挡层，它与基体结合紧密，因而具有较好的保护作用。本发明控制Cu含量为：0.4-0.6％。

本发明采用的生产工艺控制要点为：冶炼铁水经过KR脱硫预处理和全三脱转炉冶炼工艺来控制钢水的S和P有害元素，采用LF炉精炼处理获得所需成分的钢液。

本发明连铸坯采用的加热温度为1200-1280℃，板坯加热时间3.0-5.0小时。，较高的加热温度和较长保温时间目的在于保证合金元素的碳氮化物充分溶解及奥氏体均匀化。

本发明采用两阶段控制轧制，粗轧采用6道次轧制，累计变形量大于75％；保证在奥氏体未再结晶区有足够的压下量，利于晶粒的细化；末道次压下率≥8％，增加末道次压下量，有利于增加铁素体组织中位错密度，为Nb、V和Ti在铁素体区析出提供了更多的形核位置。

钢带出精轧后采用前端冷却模式进行层流冷却，有利于增强析出强化效果，得到更多细小弥散的Nb、V和Ti析出颗粒，有效提高材料的强度。本发明的卷取温度为550-600℃，此温度区间Nb、V和Ti析出效果较好，同时保证具有足够的相变区冷速。

下面将结合四个具体实施例对本申请的热镀锌板和对应加工热镀锌板的方法进行详细说明。

实施例1

将钢水经过KR脱硫处理、全三脱转炉冶炼、LF炉精炼处理后，再进行连铸；其板坯熔炼成分百分比为:C:0.07％；Si:0.40％；Mn:0.9％；Ti:0.017％；P:≤0.02；S:≤0.002；V:0.041％；Nb:0.035％；Cr:0.5％；Ni:0.6％；Cu:0.5％；其余为Fe和不可避免的杂质。

将板坯加热至1254℃，保温3.5小时，精轧入口温度为995℃，终轧温度为912℃，目标厚度为6mm，然后经过层流冷却冷至目标卷取温度587℃，卷取后空冷至室温。最后得到电力塔架用耐候钢，其屈服强度为507MPa，抗拉强度为588MPa，延伸率为26％，-40℃冲击功344J(冲击试样尺寸为10mm×10mm×55mm)，钢板规格为14×1500mm。

实施例2

将钢水经过KR脱硫处理、全三脱转炉冶炼、LF炉精炼处理后，再进行连铸；其板坯熔炼成分百分比为:C:0.1％；Si:0.43％；Mn:0.9％；Ti:0.017％；P:≤0.02；S:≤0.002；V:0.045％；Nb:0.04％；Cr:0.6％；Ni:0.7％；Cu:0.6％；其余为Fe和不可避免的杂质。

将板坯加热至1216℃，保温3.5小时，精轧入口温度为976℃，终轧温度为903℃，目标厚度为14mm，然后经过层流冷却冷至目标卷取温度598℃，卷取后空冷至室温。最后得到电力塔架用耐候钢，其屈服强度为559MPa，抗拉强度为610MPa，延伸率为24％，-40℃冲击功123J(冲击试样尺寸为10mm×10mm×55mm)，钢板规格为6×1500mm。

实施例3

钢(板坯)的化学成分与实施例1不同，制备工艺与实施例1相同，该实施例中，钢(板坯)的化学成分为:C:0.05％，Si:0.30％，Mn:0.8％，Ti:0.01％，V:0.02％，Nb:0.03％，Cr:0.4％，Ni:0.5％，Cu:0.4％，其余为Fe和不可避免的杂质。

实施例4

钢(板坯)的化学成分与实施例1不同，制备工艺与实施例1相同，该实施例中，钢(板坯)的化学成分为:C:0.10％，Si:0.45％，Mn:1.2％，Ti:0.02％，P:0.02，S:0.002，V:0.06％，Nb:0.06％，Cr:0.6％，Ni:0.7％，Cu:0.6％，其余为Fe和不可避免的杂质。

对实施例1-4的钢进行大气暴晒实验，暴晒地点为重庆万宁，暴晒9年后的年腐蚀速率平均为0.013mm/年，作为电力塔架用钢，钢结构两面均腐蚀，按照9年的腐蚀数据可以推算出30年钢材总腐蚀量为0.78mm。因此在满足电力塔架力学性能的前提下，预留1mm的腐蚀余量即可满足服役寿命30年的要求。

与现有技术相比，本申请的电力塔架用耐候钢具有以下特点:

(1)本申请的电力塔架用耐候钢的屈服强度为420MPa，抗拉强度＞520MPa，且屈强比为1.16，延伸率＞20％。

(2)本申请的电力塔架用耐候钢具有耐腐蚀、高寿命的特点，服役寿命至少为30年。

最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种电力塔架用耐候钢，其特征在于，按重量百分比计，所述钢的化学成分为:C:0.05-0.10％，Si:0.30-0.45％，Mn:0.8-1.2％，Ti:0.01-0.02％，P:≤0.02，S:≤0.002，V:0.02-0.06％，Nb:0.03-0.06％，Cr:0.4-0.6％，Ni:0.5-0.7％，Cu:0.4-0.6％，其余为Fe和不可避免的杂质；所述钢的微观组织及其体积百分含量为10-20％铁素体和80-90％奥氏体。

2.根据权利要求1所述的一种电力塔架用耐候钢，其特征在于，所述钢的屈服强度为420MPa，且抗拉强度＞520MPa。

3.根据权利要求2所述的一种电力塔架用耐候钢，其特征在于，所述屈服强度和所述抗拉强度的屈强比为1.16。

4.根据权利要求1所述的一种电力塔架用耐候钢，其特征在于，所述钢的延伸率＞20％。

5.如权利要求1-4任一项所述的一种电力塔架用耐候钢的制备方法，包括铸坯加热、粗轧、精轧、层流冷却和卷取工艺，其特征在于，所述加热包括升温段和恒温段，所述恒温段温度为1200-1280℃，所述加热总时间为3-5h；

所述冷却采用前端集中冷却模式进行层流冷却；

所述卷取温度为550-600℃。

6.根据权利要求5所述的一种电力塔架用耐候钢的制备方法，其特征在于，铸坯加热中，所述恒温段时间≥30min。

7.根据权利要求5所述的一种电力塔架用耐候钢的制备方法，其特征在于，所述精轧入口温度为970-1050℃。

8.根据权利要求5所述的一种电力塔架用耐候钢的制备方法，其特征在于，所述粗轧和所述精轧采用多道次轧制，所述粗轧累计变形量＞75％，所述精轧末道次压下率≥8％，所述精轧累计变形量为75-83％。

9.根据权利要求8所述的一种电力塔架用耐候钢的制备方法，其特征在于，所述粗轧采用6道次轧制，所述精轧采用7道次轧制。

10.根据权利要求5所述的一种电力塔架用耐候钢的制备方法，其特征在于，所述方法还包括:KR脱硫、全三脱转炉冶炼、LF精炼和连铸中的至少一个工艺。