CN100537815C - 一种高强度耐候低合金电力杆用钢及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高强度耐候低合金电力杆用钢及其制备方法。该耐候钢的化学成分及重量百分比含量为：C：0.06～0.12%、Si：0.15～0.35%、Mn：1.0～1.40%、S≤0.030%、P≤0.030%、Cu：0.15～0.30%、Al＜0.04%、Nb：0.01～0.03%，其余为Fe和微量杂质。本发明利用现有设备和常规工艺生产经过复吹转炉冶炼、LF钢包精炼、软吹氩、板坯连铸，通过调整部分元素含量，进行微合金化处理。准确控制轧制工艺条件，就可以能生产出具有良好的耐大气腐蚀性能、综合机械性能的经济耐候钢。

Description

一种高强度耐候低合金电力杆用钢及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种高强度耐候低合金钢及其制备方法，属于低合金钢领域，特别涉及经济型高强度耐候低合金电力杆用钢及其制备方法。

背景技术

以往我国铁塔用钢的强度等级主要是Q235和Q345，也曾极少量的使用过Q390。随着铁塔向大荷载和大型化的发展，国内开始采用Q420等更高级别的高强钢，相比之下，Q420具有较明显的经济技术优势。如用Q420作铁塔的主材，不仅可降低塔重6％～8％。还减小了横担主材规格。理论上，由于减小了塔身挡风面积因而减小了塔身风压；从经济角度上讲，使用Q420高强钢可节省整体造价2％～6％。这就是国产低合金高强度钢与普通低合金钢的主要不同。Q420合金成分及重量百分比含量为：C：≤0.20、Si：≤0.55％，Mn：1.00～1.7、S≤0.035、P≤0.035、V：0.02～0.20，Nb：0.015～0.060，Ti：0.02～0.20，Al≥0.015，其余为Fe和微量杂质。但加入Nb、V、Ti等强烈碳化物形成元素，对焊缝性能造成不良影响；另外.国产高强度钢的冶炼普遍采用热轧。没有加入精炼工序。这就使其性能不够稳定。另外，长期暴露在空气中使用，该钢种成分不含Cu、P，不具备耐候条件，易腐蚀。参见《热加工工艺》2007年第36卷第3期韩钰P43～45。

中国发明专利CN1800428于2006.07.12公开了“一种经济型耐候钢”涉及低合金钢领域，特别是经济型耐大气腐蚀的低合金碳素结构钢，主要用于铁道、车辆、桥梁、塔架等长期暴露在大气中使用的钢结构。该耐候钢的合金成分及重量百分比含量为：C：0.12～0.21、Si：0.2～2.0、Mn：0.7～2.0、S≤0.036、P≤0.034、Cu：0.10～0.40、Al<0.2，其余为Fe和微量杂质。通过Cu、Mn、Si、Al等合金化，并简单调整普通低碳钢(Q235钢)的部分元素含量，生产出具有良好的耐大气腐蚀性能、综合机械性能的经济耐候钢。但是该项发明存在几个问题：该钢材碳当量偏高，冷裂纹指数偏高，焊接性能不是很好，而且成分范围很宽。

美国标准：ASTM A 572/A 572M—01也提供了一种钢化学成分，如表1所示。

表1 化学成分(％wt)

注：该钢种可以使用铌、钒、钛、氮或它们结合的强化方式，同时该系列钢种还含有合金元素Cu，Cu的主要作用是使钢板具有良好的耐腐蚀的性能。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种经济型高强度耐候低合金电力杆用钢及其制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种高强度耐候低合金电力杆用钢，其中钢的化学成分重量百分比含量为：

C：0.06～0.12％、Si：0.15～0.35％、Mn：1.0～1.40％、S≤0.030％、P≤0.030％、Cu：0.15～0.30％、Al<0.04％，Nb：0.01～0.03％，其余为Fe和微量杂质。

钢种成分的确定：首先保证强度的要求，再次是焊接性能的要求，即碳当量不能高，然后是耐候性能的要求。基于强度与焊接性能的要求，控制碳含量在0.06～0.12％，Mn：1.0～1.40％、强度的损失通过加Nb微合金化来弥补，控制Nb：0.01～0.03％，耐候性能选用效果最好的Cu处理，本发明控制Cu：0.15～0.30％，另外为保证钢水的洁净度，本发明还对S、P、Al等元素也提出了控制要求，S≤0.030％、P≤0.030％、Al<0.04％。

进一步优选的，钢的化学成分重量百分比目标含量为：

C：0.07％、Si：0.25％、Mn：1.25％、S≤0.02％、P≤0.030％、Cu：0.23％、Al<0.04％，Nb：0.015％，其余为Fe和微量杂质。

一种高强度耐候低合金钢的制备方法，包括铁水预处理、复吹转炉冶炼、LF钢包精炼、软吹氩、板坯连铸，1500宽带轧制，其特征在于，控制钢的化学成分重量百分比含量为：

C：0.06～0.12％、Si：0.15～0.35％、Mn：1.0～1.40％、S≤0.025％、P≤0.030％、Cu：0.15～0.30％、Al<0.04％，Nb：0.01～0.03％，其余为Fe和微量杂质。控制轧制温度如下：粗轧末道次温度1025-1055℃，精轧终轧温度：875-905℃，卷取温度：600-630℃，层流冷却采用头部5-8m不用水冷却的方式，加热炉为还原性或中性氛围加热，加热时间控制在1-2小时。

本钢种含有合金元素Nb，要控制轧制温度，保证在规定的温度区间进行轧制，1)粗轧末道次温度：1040±15℃。2)精轧终轧温度：890°±15℃。卷取根据钢种性能特点，轧后层流冷却采用头部至少5m不用水冷却的方式。卷取温度：615±15℃。同时该钢种Cu含量较高，必须保证加热炉为还原性或中性氛围加热，减少加热时间(控制在2小时以内)，防止过度氧化，避免钢在轧制时发生边裂。

进一步优选的，高强度耐候低合金钢的制备方法可考虑以下工艺条件进行操作：

1、铁水预处理

铁水预处理是在铁水罐中采用喷吹镁粒进行铁水脱硫，铁水硫控制在0.020％以下，温度不低于1250℃，脱硫完毕扒净铁水表面的渣。

2、转炉冶炼

预处理后的铁水进入转炉冶炼，造渣料于终点前3分钟加完。终点控制：C<0.08％，S<0.025％。转炉出钢前首先在钢包底加入合成渣，采用铝锰钛脱氧，用量2kg/t钢水，在放钢四分之一时，加入硅锰、中锰、铝锰钛、Cu粒、Nb铁，钢水出至四分之三时加完。上述合成渣及加量均按现有技术均可，一般是每炉加量800kg左右。

3.LF钢包精炼

转炉冶炼后的钢水进入精炼炉，采用白渣法操作进行精练，白渣保持时间大于12分钟。精炼后的钢水中再喂入500m-700m Si-Ca线进行钙化处理，并软吹氩气12-20分钟以去除钢中的夹杂，提高钢水洁净度。

白渣法主要是在炉渣熔化形成后，添加CaSi粉使炉渣具有还原性，逐步使炉渣变白。精炼渣含CaO>50％，在造白渣处理中，为了加速炉渣脱氧，也可以采取加适量铝粒进行脱氧。造好的白渣钢渣呈均匀的小泡末，用渣棒粘渣，渣层均匀，冷却后表面呈白色鱼子状，断面白色带灰色或细线，且疏松多孔，冷却后会自动粉化成白色粉末。这是最理想的白渣。白渣可以有效去除钢中夹杂物。

4、板坯连铸

全程保护浇注，保护渣采用河南西保集团生产的Gr50保护渣。为保证连铸坯质量，减少裂纹，二冷采用弱冷，比水量采取0.9-1.2L/Kg。本钢种含有合金元素Nb，裂纹敏感性增加，特别注意铸坯的均匀冷却，控制铸坯出拉矫机宽面温度与窄面温度之差小于40℃。

5、1500宽带轧制

轧制采用四辊可逆轧机进行5道次粗轧，用六连轧机组进行精轧。粗轧末道次温度：1025-1055℃，精轧终轧温度：875-905℃，卷取温度：600-630℃。

本发明的高强度耐候低合金钢是一种经济型耐侯低合金碳素钢，适用于铁道、车辆、桥梁、塔架等长期暴露在大气中使用的钢结构件的制造，特别适用于电力杆的制造。与现有技术相比本发明的有益效果如下：

本发明的高强度耐候低合金钢提供了比较精确的C、P、S控制范围，并且也给出了Cu、Nb的控制范围；炼钢生产合金成本较低，生产过程容易稳定控制，化学成分也容易稳定控制。本项发明由于添加了Cu元素，具有很好的耐候效果，而且该发明碳当量低，焊接性能优良，符合各项要求，具有良好的机械性能，其屈服强度、抗拉强度、延伸率均高于现有产品。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地说明，但不限于此。

实施例1：

1、耐候钢的化学成分重量百分比如下：

C：0.07％、Si：0.25％、Mn：1.25％、S：0.012％、P：0.015％、Cu：0.23％、Al：0.024％，Nb：0.021％，其余为Fe和微量杂质。

2、耐候钢的制造方法，生产工艺流程包括铁水预处理、复吹转炉冶炼、LF钢包精炼、软吹氩、板坯连铸、1500宽带轧制。操作步骤如下：

在铁水罐中采用喷吹镁粒进行铁水脱硫，铁水硫控制在0.020％以下，温度不低于1250℃，脱硫完毕扒净铁水表面的渣。预处理后的铁水进入转炉冶炼，造渣料于终点前3分钟加完。终点控制：C：0.07％，S：0.020％。转炉出钢前首先在钢包底加入800kg合成渣。采用铝锰钛脱氧，用量2kg/t，在放钢四分之一时，加入硅锰、中锰、铝锰钛、Cu粒、Nb铁，钢水出至四分之三时加完。转炉冶炼后的钢水进入精练炉，采用白渣法操作进行精练，LF白渣保持时间14分钟。精炼后的钢水中喂入550m Si-Ca线进行钙化处理，并软吹氩气14分钟。板坯连铸由连铸机全程保护浇注，保护渣采用河南西保集团生产的Gr50保护渣。二冷采用弱冷，比水量采取1.05L/Kg。控制铸坯出拉矫机宽面温度与窄面温度之差小于40℃。

连铸坯规格为160mm×1260mm×11700mm成品钢规格为：4.1*1210

控制轧制温度，保证在规定的温度区间进行轧制，1)粗轧末道次温度：1040±15℃。2)精轧终轧温度：890℃±15℃卷取根据钢种性能特点，轧后层流冷却采用头部5m不用水冷却的方式。卷取温度：615±15℃。同时该钢种Cu含量较高，必须保证加热炉为还原性或中性氛围加热，加热时间控制在2小时以内，防止过度氧化，避免钢在轧制时发生边裂。本实施例的钢性能列于表1中。性能测试方法采用国际通用方法。

实施例2：

1、耐候钢的化学成分重量百分比如下：

C：0.08％、Si：0.22％、Mn：1.21％、S：0.010％、P：0.012％、Cu：0.25％、Al：0.034％，Nb：0.025％，其余为Fe和微量杂质。

2、耐候钢的制造方法，生产工艺流程包括铁水预处理、复吹转炉冶炼、LF钢包精炼、软吹氩、板坯连铸、1500宽带轧制。操作步骤如下：

在铁水罐中采用喷吹镁粒进行铁水脱硫，铁水硫控制在0.02％以下，温度不低于1250℃，脱硫完毕扒净铁水表面的渣。预处理后的铁水进入转炉冶炼，造渣料于终点前3分钟加完。终点控制及其他步骤工艺同实施例1。

本实施例的钢性能列于表1中。性能测试方法采用国际通用方法。

表1：钢性能

 

钢材	板厚	屈服强度MPa	抗拉强度MPa	焊接冷裂纹敏感性指数Pcm。	(横向)拉伸性能MPa	延伸率(％)
							实施例1	4.1	455	540	0.15	525	34
实施例2	4.1	480	560	0.16	530	31.5
							SPA-H(对照)	4.5	390	470	0.20	450	24

Claims (6)

1、一种高强度耐候低合金钢的制备方法，包括铁水预处理、复吹转炉冶炼、LF钢包精炼、软吹氩、板坯连铸，1500宽带轧制，其特征在于，控制钢的化学成分重量百分比含量为：

C：0.06～0.12％、Si：0.15～0.35％、Mn：1.0～1.40％、S≤0.030％、P≤0.030％、Cu：0.15～0.30％、Al<0.04％，Nb：0.01～0.03％，其余为Fe和微量杂质；控制轧制温度如下：粗轧末道次温度1025-1055℃，精轧终轧温度：875-905℃，卷取温度：600-630℃，层流冷却采用头部5-8m不用水冷却的方式，加热炉为还原性或中性氛围加热，加热时间控制在1-2小时。

2、如权利要求1所述的高强度耐候低合金钢的制备方法，其特征在于所述的铁水预处理是在铁水罐中采用喷吹镁粒进行铁水脱硫，铁水硫控制在0.020％以下，温度不低于1250℃，脱硫完毕扒净铁水表面的渣。

3、如权利要求1所述的高强度耐候低合金钢的制备方法，其特征在于所述的转炉冶炼是预处理后的铁水进入转炉冶炼，造渣料于终点前3分钟加完，终点控制：C<0.08％，S<0.025％。转炉出钢前首先在钢包底加入合成渣，采用铝锰钛脱氧，用量2kg/t，在放钢四分之一时，加入硅锰、中锰、铝锰钛、Cu粒、Nb铁，钢水出至四分之三时加完。

4、如权利要求1所述的高强度耐候低合金钢的制备方法，其特征在于所述LF钢包精炼是转炉冶炼后的钢水进入精炼炉，采用白渣法操作进行精炼，白渣保持时间大于12分钟，精炼后的钢水中喂入500m-700m Si-Ca线进行钙化处理，并软吹氩气12-20分钟。

5、如权利要求1所述的高强度耐候低合金钢的制备方法，其特征在于所述板坯连铸是全程保护浇注，保护渣采用Gr50保护渣，二冷采用弱冷，比水量0.9-1.2L/Kg，控制铸坯出拉矫机宽面温度与窄面温度之差小于40℃。

6、如权利要求1所述的高强度耐候低合金钢的制备方法，其特征在于所述1500宽带轧制是采用四辊可逆轧机进行，5道次粗轧，用六连轧机组进行精轧。