CN113528949A - 一种550MPa级太阳能支架用热轧钢卷及其生产方法 - Google Patents

一种550MPa级太阳能支架用热轧钢卷及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种550MPa级太阳能支架用热轧钢卷及其生产方法，所述热轧钢卷的成分重量百分比为：0.03％≤C≤0.05％、Si≤0.10％、1.20％≤Mn≤1.40％、P≤0.025％、S≤0.015％、0.02％≤ALs≤0.06％、0.015％≤Nb≤0.030％、0.10％≤Cu≤0.15％、0.40％≤Cr≤0.60％、0.01％≤V≤0.02％，余量为Fe及不可避免的杂质。本发明通过严格控制各化学组分的含量以及制备过程的工艺参数，成功制备了强度、低温韧性和耐腐蚀性俱佳的550MPa级太阳能支架用热轧钢卷，且材料中合金元素大幅度降低，显著降低了热轧钢卷的生产成本。

Description

一种550MPa级太阳能支架用热轧钢卷及其生产方法
技术领域
本发明涉及冶金技术领域，尤其涉及一种550MPa级太阳能支架用热轧钢卷及其生产方法。
背景技术
光伏发电作为一种新的电能生产方式，以其无污染、无噪声、维护简单等特点显示出无比广阔的发展空间和应用前景，是最具潜力的能源开发领域。因此，近年来新建的光伏发电站越来越多。太阳能支架，是太阳能光伏发电系统中为了摆放、安装、固定太阳能面板设计的特殊的支架。一般情况下，光伏发电站所建的环境比较恶劣，在太阳能支架选择的过程中需要考虑起承重能力、风荷载、雪荷载、耐寒耐腐蚀等性能。
当前，在光伏发电站产业中，太阳能支架主要使用普碳结构钢，在加工变形过程中因塑性较差容易开裂。而且，由于太阳能支架的使用环境较为恶劣，为了提升太阳能支架的使用寿命，要求太阳能支架除了具有良好的变形性能，还要有很好的耐腐蚀性、抗寒性和强度。目前国内生产550MPa级太阳能支架普遍采用加入较高含量的V、Nb、Ti、Ni等贵重合金元素，以达到提高强度和耐腐蚀性的目的，然而，由于合金元素的加入，冶炼生产工艺更加复杂，而且增加了生产成本。因此，研发一种低成本的具有高强度、高韧性和低温耐冲击性能好的550MPa级太阳能支架用热轧钢卷具有十分重要的意义。
发明内容
针对现有的550MPa级太阳能支架用热轧钢卷合金含量较高，以及低温冲击韧性和耐腐蚀性还有待进一步提高的问题，本发明提供一种550MPa级太阳能支架用热轧钢卷及其生产方法。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供的技术方案是：
一种550MPa级太阳能支架用热轧钢卷，其成分重量百分比为：0.03％≤C≤0.05％、Si≤0.10％、1.20％≤Mn≤1.40％、P≤0.025％、S≤0.015％、0.02％≤ALs≤0.06％、0.015％≤Nb≤0.030％、0.10％≤Cu≤0.15％、0.40％≤Cr≤0.60％、0.01％≤V≤0.02％，余量为Fe及不可避免的杂质。
本发明提供的550MPa级太阳能支架用热轧钢卷，通过降低碳含量，提高材料的低温冲击韧性和焊接性能，并能避免Cr在加热过程中形成粗大的碳化物；将Mn含量控制在1.20％-1.40％，不仅可避免C含量降低造成的强度损失，还能进一步提高材料的低温冲击韧性；添加少量的Nb、V，起到析出强化和细化晶粒的作用，可促进Cr碳化物的析出，并且细化析出的碳化物，有利于改善扩散氢的分布，改善材料的抗腐蚀能力，同时，材料中均匀分布的细小碳化物还能进一步提高材料的强度和低温冲击韧性；通过添加少量的Cu、Cr元素，提高材料的抗腐蚀性能；控制ALs为0.02％-0.06％，细化晶粒，提高材料的强度，同时还能提高表面Cr、Cu形成的钝化膜的稳定性，进一步提高材料的耐腐蚀性。本发明中合金元素含量大幅度降低，显著降低了热轧钢卷的生产成本，且上述各成分以特定比例相互配合，制备的太阳能支架用热轧钢卷的抗拉强度≥550MPa，屈服强度≥500MPa，延伸率≥21％，-40℃冲击功≥40J，经过腐蚀试验，抗腐蚀能力明显高于普材SS400。
本发明还提供了上述550MPa级太阳能支架用热轧钢卷的生产方法，包括如下步骤：
将铁水经转炉提钒、转炉冶炼、LF精炼和连铸工序，制成与所述550MPa级太阳能支架用热轧钢卷化学成分相同的连铸板坯；连铸板坯经加热炉加热、高压水除磷、轧制、冷却和卷曲，得到550MPa级太阳能支架用热轧钢卷。
优选的，所述连铸板坯的厚度为190-220mm。
优选的连铸板坯的厚度有利于后续轧制工序的进行，保证较高的轧制延伸率。
优选的，所述加热炉加热的温度为1200-1280℃，加热时间为120-200min。
进一步优选的，加热炉加热工序中，当所述热轧钢卷的厚度为3-6mm时，加热温度为1200-1250℃，加热时间为120-150min；当所述热轧钢卷的厚度为6-12mm时，加热温度为1230-1260℃，加热时间为130-160min；当所述热轧钢卷的厚度为12-16mm时，加热温度为1240-1280℃，加热时间为150-200min。
根据热轧钢卷的厚度精准地对加热炉的加热温度进行控制，保证连铸板坯整体温度的一致性，避免了轧制过程中的连铸板坯内部产生热应力，降低开裂的风险，还能避免铜致裂纹的生成；同时，优选的加热温度和时间，还有利于合金元素的充分扩散，使连铸板坯中的碳化物充分溶于奥氏体中，改善材料的内部组织。
优选的，所述卷曲的温度为600-640℃。
优选的卷曲温度，可保证V在铁素体中的充分析出，细化晶粒，改善组织，提高材料的强度和低温冲击韧性。
优选的，轧制工序包括粗轧工序和精轧工序。
优选的，所述粗轧工序中，当所述热轧钢卷的厚度≤8mm时，粗轧经过7道次轧制，粗轧出口钢板的厚度控制为31-35mm，粗轧出口温度为1060-1100℃；当所述热轧钢卷的厚度＞8mm时，粗轧经过5道次轧制，粗轧出口钢板的厚度控制为35-39mm，粗轧出口温度为1040-1080℃。
优选的，所述精轧工序中，精轧经过6道次轧制，精轧出口温度为860-900℃，精轧最后一次轧制的压下率为16-20％。
优选的粗轧和精轧工艺参数的控制，可提高相变时的形核率，抑制析出相的聚集和长大，有利于细化晶粒和改善组织，进而有效提高材料的强度和韧性；除此之外，还可避免铜致裂纹的生成。
优选的，冷却工序中，钢卷采用前段集中冷却的方式进行冷却。
优选的冷却方式有利于抑制晶粒的长大，得到理想的铁素体组织，从而提高材料的强度和韧性。
通过上述方法制备的热轧钢卷的金相组织为铁素体，晶粒度≥12级，抗拉强度≥550MPa，屈服强度≥500MPa，延伸率≥21％，-40℃冲击功≥40J，经过腐蚀试验，抗腐蚀能力明显高于普材SS400。
本发明制备的热轧钢卷的成型性能良好、强度高、耐腐蚀性能优异，应用于太阳能支架上，可显著提升太阳能支架的使用寿命，降低因太阳能支架损坏造成的资源浪费，进一步保障了工程安全，较好地满足了用户的使用要求。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供一种550MPa级太阳能支架用热轧钢卷，其成分重量百分比为：0.03％≤C≤0.05％、Si≤0.10％、1.20％≤Mn≤1.40％、P≤0.025％、S≤0.015％、0.02％≤ALs≤0.06％、0.015％≤Nb≤0.030％、0.10％≤Cu≤0.15％、0.40％≤Cr≤0.60％、0.01％≤V≤0.02％，余量为Fe及不可避免的杂质。
当前使用的太阳能支架的耐腐蚀性较差，在极寒地区使用时，性能显著下降，不能满足太阳能支架的使用要求。本发明中太阳能支架用热轧钢卷成分的设计，充分考虑到太阳能支架的使用环境以及使用要求，通过添加少量的Nb、V细化晶粒，提高强度和低温韧性，同时，添加少量的Cu、Cr提升其耐腐蚀性能，各组分协同作用，使得制备的热轧钢卷的强度、低温韧性和耐腐蚀性能俱佳，能够满足各种环境下的使用要求，具有广阔的应用前景。
为了更好的说明本发明，下面通过实施例做进一步的举例说明。
实施例1
本发明实施例提供一种550MPa级太阳能支架用热轧钢卷，其化学成分为：
C:0.03％、Si:0.1％、Mn:1.20％、P:0.025％、S:0.015％、ALs:0.02％、Nb:0.015％、Cu:0.1％、Cr:0.4％、V:0.01％，其余为铁和不可避免的杂质。
上述550MPa级太阳能支架用热轧钢卷的制备步骤如下：
将铁水经150t转炉提钒、150t转炉冶炼、LF精炼、连铸工序制成与上述550MPa级太阳能支架用热轧钢卷化学组分相同的连铸板坯，连铸板坯的厚度为190mm；将上述连铸圆坯置于加热炉中加热，加热温度为1200℃，加热时间为120min，再将连铸板坯从加热炉中出炉后进行高压水除磷，经过粗轧机粗轧7道次后，中间坯厚度为33mm，粗轧机出口温度为1080℃，通过热卷箱，再经过精轧6道次轧制，精轧机出口温度为860℃，精轧最后一次轧制的压下率为18％，然后经过前段集中冷却，于600℃进行卷曲，得到厚度为3.0mm、宽度为1250mm的太阳能支架用热轧钢卷。
采用GB/T1591-2008标准对上述制备得到的热轧钢卷进行力学性能检测，检测结果：屈服强度为560MPa，抗拉强度为610MPa，延伸率为23％，-20℃冲击功为65J。
实施例2
本发明实施例提供一种550MPa级太阳能支架用热轧钢卷，其化学成分为：
C:0.05％、Si:0.08％、Mn:1.40％、P:0.018％、S:0.008％、ALs:0.06％、Nb:0.030％、Cu:0.15％、Cr:0.6％、V:0.020％，其余为铁和不可避免的杂质。
上述550MPa级太阳能支架用热轧钢卷的制备步骤如下：
将铁水经150t转炉提钒、150t转炉冶炼、LF精炼、连铸工序制成与上述550MPa级太阳能支架用热轧钢卷化学组分相同的连铸板坯，连铸板坯的厚度为220mm；将上述连铸圆坯置于加热炉中加热，加热温度为1280℃，加热时间为200min，再将连铸板坯从加热炉中出炉后进行高压水除磷，经过粗轧机粗轧5道次后，中间坯厚度为37mm，粗轧机出口温度为1070℃，通过热卷箱，再经过精轧6道次轧制，精轧机出口温度为900℃，精轧最后一次轧制的压下率为20％，然后经过前段集中冷却，于620℃进行卷曲，得到厚度为16.0mm、宽度为1250mm的太阳能支架用热轧钢卷。
采用GB/T1591-2008标准对上述制备得到的热轧钢卷进行力学性能检测，检测结果：屈服强度为580MPa，抗拉强度为610MPa，延伸率为22％，-20℃冲击功为55J。
实施例3
本发明实施例提供一种550MPa级太阳能支架用热轧钢卷，其化学成分为：
C:0.04％、Si:0.05％、Mn:1.30％、P:0.015％、S:0.007％、ALs:0.05％、Nb:0.020％、Cu:0.14％、Cr:0.5％、V:0.018％，其余为铁和不可避免的杂质。
上述550MPa级太阳能支架用热轧钢卷的制备步骤如下：
将铁水经150t转炉提钒、150t转炉冶炼、LF精炼、连铸工序制成与上述550MPa级太阳能支架用热轧钢卷化学组分相同的连铸板坯，连铸板坯的厚度为200mm；将上述连铸圆坯置于加热炉中加热，加热温度为1240℃，加热时间为130min，再将连铸板坯从加热炉中出炉后进行高压水除磷，经过粗轧机粗轧5道次后，中间坯厚度为38mm，粗轧机出口温度为1080℃，通过热卷箱，再经过精轧6道次轧制，精轧机出口温度为880℃，精轧最后一次轧制的压下率为18％，然后经过前段集中冷却，于600℃进行卷曲，得到厚度为12.0mm、宽度为1250mm的太阳能支架用热轧钢卷。
采用GB/T1591-2008标准对上述制备得到的热轧钢卷进行力学性能检测，检测结果：屈服强度为595MPa，抗拉强度为620MPa，延伸率为23％，-20℃冲击功为65J。
实施例4
本发明实施例提供一种550MPa级太阳能支架用热轧钢卷，其化学成分为：
C:0.04％、Si:0.06％、Mn:1.35％、P:0.015％、S:0.007％、ALs:0.04％、Nb:0.025％、Cu:0.12％、Cr:0.5％、V:0.015％，其余为铁和不可避免的杂质。
上述550MPa级太阳能支架用热轧钢卷的制备步骤如下：
将铁水经150t转炉提钒、150t转炉冶炼、LF精炼、连铸工序制成与上述550MPa级太阳能支架用热轧钢卷化学组分相同的连铸板坯，连铸板坯的厚度为210mm；将上述连铸圆坯置于加热炉中加热，加热温度为1260℃，加热时间为150min，再将连铸板坯从加热炉中出炉后进行高压水除磷，经过粗轧机粗轧7道次后，中间坯厚度为34mm，粗轧机出口温度为1070℃，通过热卷箱，再经过精轧6道次轧制，精轧机出口温度为870℃，精轧最后一次轧制的压下率为16％，然后经过前段集中冷却，于610℃进行卷曲，得到厚度为6.0mm、宽度为1250mm的太阳能支架用热轧钢卷。
采用GB/T1591-2008标准对上述制备得到的热轧钢卷进行力学性能检测，检测结果：屈服强度为575MPa，抗拉强度为615MPa，延伸率为22％，-20℃冲击功为61J。
实施例5
本发明实施例提供一种550MPa级太阳能支架用热轧钢卷，其化学成分为：
C:0.04％、Si:0.06％、Mn:1.25％、P:0.017％、S:0.005％、ALs:0.04％、Nb:0.026％、Cu:0.1％、Cr:0.4％、V:0.014％，其余为铁和不可避免的杂质。
上述550MPa级太阳能支架用热轧钢卷的制备步骤如下：
将铁水经150t转炉提钒、150t转炉冶炼、LF精炼、连铸工序制成与上述550MPa级太阳能支架用热轧钢卷化学组分相同的连铸板坯，连铸板坯的厚度为200mm；将上述连铸圆坯置于加热炉中加热，加热温度为1240℃，加热时间为160min，再将连铸板坯从加热炉中出炉后进行高压水除磷，经过粗轧机粗轧5道次后，中间坯厚度为38mm，粗轧机出口温度为1050℃，通过热卷箱，再经过精轧6道次轧制，精轧机出口温度为890℃，精轧最后一次轧制的压下率为18％，然后经过前段集中冷却，于640℃进行卷曲，得到厚度为10.0mm、宽度为1250mm的太阳能支架用热轧钢卷。
采用GB/T1591-2008标准对上述制备得到的热轧钢卷进行力学性能检测，检测结果：屈服强度为595MPa，抗拉强度为615MPa，延伸率为23％，-20℃冲击功为63J。
将实施例3制备的太阳能支架用热轧钢卷，按照GBT19746-2018标准进行耐腐蚀性能检测，检测结果如表1所示。
表1
Figure BDA0003126661540000081
实施例1-2、实施例4制备的太阳能支架用热轧钢卷均可达到与实施例3基本相当的耐腐蚀性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种550MPa级太阳能支架用热轧钢卷，其特征在于，其成分重量百分比为：0.03％≤C≤0.05％、Si≤0.10％、1.20％≤Mn≤1.40％、P≤0.025％、S≤0.015％、0.02％≤ALs≤0.06％、0.015％≤Nb≤0.030％、0.10％≤Cu≤0.15％、0.40％≤Cr≤0.60％、0.01％≤V≤0.02％，余量为Fe及不可避免的杂质。
2.一种权利要求1所述的550MPa级太阳能支架用热轧钢卷的生产方法，其特征在于，包括如下步骤：
将铁水经转炉提钒、转炉冶炼、LF精炼和连铸工序，制成与所述550MPa级太阳能支架用热轧钢卷化学成分相同的连铸板坯；连铸板坯经加热炉加热、高压水除磷、轧制、冷却和卷曲，得到550MPa级太阳能支架用热轧钢卷。
3.如权利要求2所述的550MPa级太阳能支架用热轧钢卷的生产方法，其特征在于，所述连铸板坯的厚度为190-220mm。
4.如权利要求2所述的550MPa级太阳能支架用热轧钢卷的生产方法，其特征在于，所述加热炉加热的温度为1200-1280℃，加热时间为120-200min。
5.如权利要求4所述的550MPa级太阳能支架用热轧钢卷的生产方法，其特征在于，加热炉加热工序中，当所述热轧钢卷的厚度为3-6mm时，加热温度为1200-1250℃，加热时间为120-150min；当所述热轧钢卷的厚度为6-12mm时，加热温度为1230-1260℃，加热时间为130-160min；当所述热轧钢卷的厚度为12-16mm时，加热温度为1240-1280℃，加热时间为150-200min。
6.如权利要求2所述的550MPa级太阳能支架用热轧钢卷的生产方法，其特征在于，所述卷曲的温度为600-640℃。
7.如权利要求2所述的550MPa级太阳能支架用热轧钢卷的生产方法，其特征在于，轧制工序包括粗轧工序和精轧工序。
8.如权利要求7所述的550MPa级太阳能支架用热轧钢卷的生产方法，其特征在于，所述粗轧工序中，当所述热轧钢卷的厚度≤8mm时，粗轧经过7道次轧制，粗轧出口钢板的厚度控制为31-35mm，粗轧出口温度为1060-1100℃；当所述热轧钢卷的厚度＞8mm时，粗轧经过5道次轧制，粗轧出口钢板的厚度控制为35-39mm，粗轧出口温度为1040-1080℃。
9.如权利要求7所述的550MPa级太阳能支架用热轧钢卷的生产方法，其特征在于，所述精轧工序中，精轧经过6道次轧制，精轧出口温度为860-900℃，精轧最后一次轧制的压下率为16-20％。
10.如权利要求2所述的550MPa级太阳能支架用热轧钢卷的生产方法，其特征在于，冷却工序中，钢卷采用前段集中冷却的方式进行冷却。
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