CN101709426A - 一种输电铁塔用经济耐候钢及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种输电铁塔用经济耐候钢及其制备方法,它的主要化学成分按重量百分比计为:C:0.02~0.058、Si≤0.10、Mn:0.30~0.95、P:0.035~0.058、S:≤0.010、Cu:0.10~0.30、Nb≤0.030、RE≤0.03钢,余量为Fe及不可避免的杂质。本发明输电铁塔用经济耐候钢及其制备方法的成本低,具有良好冷弯成型性能、优良的低温韧性及焊接性能,同时具有良好耐大气腐蚀性能,耐候性好。
Description
技术领域
本发明涉及低合金钢制造领域,特别是用于输电铁塔制造的钢。
背景技术
长期以来,我国输电铁塔用钢材,基本上都采用Q235和Q345热轧角钢。输电铁塔用角钢实际使用规格达70多种,但在市场上可方便采购的角钢规格不足四十种,这导致在铁塔结构设计和制造过程中经常出现“代料”问题,造成5%~10%的损耗。另外,国外输电铁塔常采用不等边角钢,以降低输电塔的重量,我国市场上基本没有不等边角钢供货。
冷弯型钢由钢板加工成型,定尺任意,可加工任意形状和尺寸的构件,可以避免由于杆件定长导致的材料浪费。
输电线路杆塔长期暴露在大气环境之中,腐蚀环境较为恶劣,大气腐蚀占塔架总腐蚀损失的一半以上。耐候钢的耐大气腐蚀性能为普通碳钢的2~8倍,可以直接裸露使用,并且使用时间愈长,耐蚀作用愈突出。耐候钢是一种经济环保型材料,在输电铁塔上应用,经济效益、社会效益、环保效益显著,具有广阔的发展空间。
中国发明专利CN101144139A公开了“一种高强度耐候低合金电力杆用钢及其制造方法”,其合金成分及重量百分比含量为:C:0.06~0.12、Si:0.15~0.35、Mn:1.0~1.4、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,通过添加耐腐蚀性元素Cu提高钢的耐腐蚀性能,通过Nb微合金化及控制轧制技术提高钢的强度,该钢本质上来说是一种含Cu钢,并且钢中S含量较高,不利钢的低温冲击韧性和成型性能,同时该钢的屈强比较高,达到了0.84~0.86。
中国发明专利CN100342051C公开了“一种经济耐候钢”,其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,通过简单调整Q235钢的部分合金元素,添加耐腐蚀性元素Cu生产出了具有良好耐腐蚀性能及力学性能优良的经济耐候钢,该钢本质上来说也是一种含Cu钢,并且钢中C、S含量较高,不利于钢的焊接性、耐腐蚀性能、低温冲击韧性和成型性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是:提供一种输电铁塔用经济耐候钢及其制备方法,它成本低,具有良好冷弯成型性能、优良的低温韧性及焊接性能,同时具有良好耐大气腐蚀性能,耐候性好。
本发明为解决上述提出的问题所采用解决方案为:
一种输电铁塔用经济耐候钢,它的主要化学成分按重量百分比计为:C:0.02~0.058、Si≤0.10、Mn:0.30~0.95、P:0.035~0.058、S:≤0.010、Cu:0.10~0.30、Nb≤0.030、RE≤0.03,余量为Fe及不可避免的杂质。
一种输电铁塔用经济耐候钢,它的主要化学成分按重量百分比计为:C:0.021~0.051、Si:0.02~0.079、Mn:0.82~0.94、P:0.035~0.052、S:0.006~0.010、Cu:0.15~0.19、Nb:0.015~0.03、RE:0.012~0.016,余量为Fe及不可避免的杂质。
一种输电铁塔用经济耐候钢,它的主要化学成分按重量百分比计为:C:0.042~0.057、Si:0.043~0.058、Mn:0.38~0.65、P:0.043~0.056、S:0.005~0.008、Cu:0.10~0.29、Nb:0.011~0.020、RE:0.018~0.029,余量为Fe及不可避免的杂质。
上述的输电铁塔用经济耐候钢的方法,生产工艺流程依次为:铁水脱硫、转炉冶炼、真空处理、连铸、铸坯清理、铸坯下送、板坯加热、粗轧、精轧、层流冷却、卷取、精整入库。
上述方案中,所述板坯加热温度为1180~1280℃,加热时间为150分钟;所述粗轧阶段的开轧温度,1160~1220℃,终轧温度,1040~1080℃,累计压下率≥70%,道次压下率≥15%;精轧阶段的开轧温度≤980℃,终轧温度,780~880℃,后三道次累计压下率≥60%;所述层流冷却的卷取温度为580~680℃。
本发明的主要合金元素含量的设计基于以下原理:
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0.02~0.058%。
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0.30~0.95%。
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,本发明钢中的Si含量设计为≤0.10%。
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,钢中的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,本发明钢中的Cu含量设计为0.10~0.30%。
P是传统耐候钢中主要的合金元素,与Cu复合加入耐候钢中,提高钢耐腐蚀性能的能力远大于Cu、P单独加入钢中的效果,但P含量过高,使钢具有较明显的冷脆倾向。本发明钢中的P含量控制为0.035~0.058%;
Nb是强碳氮化物形成元素,通过析出强化提高钢强度;同时Nb强烈抑制奥氏体再结晶,使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Nb含量设计为≤0.03%。
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,因此应尽是降低钢中的S含量,使其含量在0.010%以下,提高钢的耐腐蚀性能、低温冲击韧性、成型性能及钢板纵、横向性能均匀性。
RE能改变钢中夹杂物的形态和分布,改善钢板的横向性能,并通过降低硫化物与基体电级电位差异来高耐腐蚀性能,本发明钢中RE含量设计为≤300g/t钢。
本发明具有以下特点:
1、本发明钢的化学成分简单,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、本发明钢通过复合添加Cu及少量P,提高钢的耐腐蚀性能;控制较低的S含量,提高钢的洁净度,从而提高钢的耐腐蚀性能、成型性能及钢的综合力学性能。
4、本发明钢具有较低的Si含量,有利于提高钢板表面质量。
5、本发明钢加入RE改变钢中夹杂物的形态和分布,改善钢板的横向性能,并通过降低硫化物与基体电级电位差异来高耐腐蚀性能。
6、本发明钢采用Nb微合金化技术,通过控轧控冷技术得到强韧匹配优良的热连轧耐候钢板,生产工艺容易控制,易于工业生产。
7、本发明钢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。
本发明钢适用于输电铁塔用冷弯型钢,以取代目前广泛使用的输电铁塔用热轧角钢。
具体实施方式
下面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。
本发明输电铁塔用经济耐候钢实施例均采用的生产工艺流程依次为:
铁水脱硫、转炉冶炼、真空处理、连铸(喂RE稀土丝)、铸坯清理、铸坯下送、板坯加热、相轧、精轧、层流冷却、卷取、精整入库。
所述板坯加热温度为1180~1280℃,加热时间为150分钟;所述粗轧阶段的开轧温度,1160~1220℃,终轧温度,1040~1080℃,累计压下率≥70%,道次压下率≥15%;精轧阶段的开轧温度≤980℃,终轧温度,780~880℃,后三道次累计压下率≥60%;所述层流冷却的卷取温度为580~680℃。
本发明输电铁塔用经济耐候钢的主要化学成分按重量百分比计为:C:0.02~0.058、Si≤0.10、Mn:0.30~0.95、P:0.035~0.058、S:≤0.010、Cu:0.10~0.30、Nb≤0.030、RE≤0.03钢,余量为Fe及不可避免的杂质。
本发明实施例1~4均上述生产工艺生产,生产出钢的化学成分见表1,钢的力学性能见表2,钢的耐大气腐蚀结果见表3。
上述四个实施例均在50kg真空感应炉冶炼。
为了能更好的反映出本发明钢耐大气腐蚀性的优点,本实施方式中提供了1组比较钢的耐大气腐蚀性结果,实验方法按按TB/T 2375-1993执行,见表3中的Q345B。
表1实施例钢的化学成分(wt%)
实施例 | C | Si | Mn | P | S | Cu | Nb | RE |
1 | 0.021 | 0.079 | 0.94 | 0.052 | 0.010 | 0.15 | 0.015 | 0.010 |
2 | 0.051 | 0.020 | 0.82 | 0.035 | 0.006 | 0.19 | 0.030 | 0.016 |
3 | 0.042 | 0.058 | 0.65 | 0.043 | 0.005 | 0.10 | 0.020 | 0.018 |
实施例 | C | Si | Mn | P | S | Cu | Nb | RE |
4 | 0.057 | 0.043 | 0.38 | 0.056 | 0.008 | 0.29 | 0.011 | 0.029 |
表2实施例钢的力学性能
实施例 | 规格(mm) | ReL(MPa) | Rm(MPa) | A(%) | -40℃,Akv(J) | 冷弯d=2a、180° |
1 | 10.0 | 365 | 485 | 30 | 122 | 合格 |
2 | 10.0 | 390 | 550 | 29 | 115 | 合格 |
3 | 10.0 | 430 | 630 | 28 | 126 | 合格 |
4 | 10.0 | 485 | 670 | 26 | 122 | 合格 |
表3实施例钢的耐大气腐蚀实验结果腐蚀率(g/m2.h)
从表3中可以看出,本发明实施例1、4为最佳实施方案,因此,以下两个成分范围为最佳方案:
1、输电铁塔用经济耐候钢的主要化学成分按重量百分比计为:C:0.021~0.051、Si:0.02~0.079、Mn:0.82~0.94、P:0.035~0.052、S:0.006~0.010、Cu:0.15~0.19、Nb:0.015~0.03、RE:0.012~0.016,余量为Fe及不可避免的杂质。
2、输电铁塔用经济耐候钢的主要化学成分按重量百分比计为:C:0.042~0.057、Si:0.043~0.058、Mn:0.38~0.65、P:0.043~0.056、S:0.005~0.008、Cu:0.10~0.29、Nb:0.011~0.020、RE:0.018~0.029,余量为Fe及不可避免的杂质。
Claims (5)
1.一种输电铁塔用经济耐候钢,其特征在于:它的主要化学成分按重量百分比计为:C:0.02~0.058、Si≤0.10、Mn:0.30~0.95、P:0.035~0.058、S:≤0.010、Cu:0.10~0.30、Nb≤0.030、RE≤0.03钢,余量为Fe及不可避免的杂质。
2.一种输电铁塔用经济耐候钢,其特征在于:它的主要化学成分按重量百分比计为:C:0.021~0.051、Si:0.02~0.079、Mn:0.82~0.94、P:0.035~0.052、S:0.006~0.010、Cu:0.15~0.19、Nb:0.015~0.03、RE:0.012~0.016,余量为Fe及不可避免的杂质。
3.一种输电铁塔用经济耐候钢,其特征在于:它的主要化学成分按重量百分比计为:C:0.042~0.057、Si:0.043~0.058、Mn:0.38~0.65、P:0.043~0.056、S:0.005~0.008、Cu:0.10~0.29、Nb:0.011~0.020、RE:0.018~0.029,余量为Fe及不可避免的杂质。
4.制造权利要求1所述的输电铁塔用经济耐候钢的方法,其特征在于:其生产工艺流程依次为:铁水脱硫、转炉冶炼、真空处理、连铸、铸坯清理、铸坯下送、板坯加热、粗轧、精轧、层流冷却、卷取、精整入库。
5.如权利要求4所述的方法,其特征在于:所述板坯加热温度为1180~1280℃,加热时间为150分钟;所述粗轧阶段的开轧温度,1160~1220℃,终轧温度,1040~1080℃,累计压下率≥70%,道次压下率≥15%;精轧阶段的开轧温度≤980℃,终轧温度,780~880℃,后三道次累计压下率≥60%;所述层流冷却的卷取温度为580~680℃。
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