CN103911549A - V-n微合金化高强韧大规格角钢及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种V-N微合金化高强韧大规格角钢及其生产方法。其化学成分按照重量百分比配比如下：C：0.14～0.20％，Si：0.20～0.50％，Mn：1.30～1.55％，P：≤0.020％，S：≤0.010％，N：0.009～0.016％，V：0.06～0.10％,Als:0.015～0.030％,余量Fe。按上述化学成分配方，在大型型钢生产线上，通过控制连铸、轧制工艺参数细化晶粒，并采用快冷的控冷工艺，使珠光体中的渗碳体呈颗粒状或短棒状分布，并在铁素体基体上弥散分布着细小的碳氮化钒或氮化钒颗粒，从而达到提高大规格角钢强度和低温韧性的目的，力学性能指标达到Q460E的标准要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种V-N微合金化高强韧大规格角钢及其生产方法，属热轧型钢技术领域。
背景技术
角钢广泛应用于钢结构中，而大规格角钢主要用于铁塔制造和建筑结构。当前，我国电力能源超高压、特高压输送线路建设项目蓬勃发展，到2020年为满足“全国联网、西电东送、南北互供”的需要，将在南北方向构建多个百万级特高压输电线路大通道，十二五规划提出“三纵三横一环网”的特高压网建设投资高达2700亿元。近十年，我国电力的需求量每年以10%～15%的速度在增长，这都为电力铁塔用角钢提供了广阔的市场前景。
要满足大量的多回路线路、特高电压与大截面导电线，必须发展电力杆塔结构的大型化，设计在电力杆塔上的载荷也将越来越大，这就需要大规格、高强度角钢来满足电力铁塔用角钢结构设计上的需求。
目前国内主要以20号以下的Q235、Q345和Q390热轧角钢作为电力铁塔用角钢，存在电力铁塔用角钢规格厚度偏小、强度及质量等级偏低等问题，使得建造特高压输电铁塔时不得不采用双拼或多拼组合角钢，带来角钢受力不均易破坏、螺栓连接施工难、加装填板安全差、加工安装费用大等一系列问题。为此，输电线路建设提出了使用大规格、大厚度、高强度、高等级角钢的要求，以取代小规格普通组合角钢的使用。
此外，我国目前使用的电力铁塔用角钢质量等级通常为A级和B级，所以电力铁塔用角钢在低温和天气恶劣的条件下容易发生断裂事故。而我国的北方和偏远山区气候变化又异常恶劣，对角钢的服役条件要求越来越苛刻，为了保证设备运行的安全性，对其低温冲击韧性要求越来越高。因此迫切需要开发出大规格、高强度和耐低温冲击角钢，以满足国家电网建设的需求。
发明内容
本发明旨在克服已有技术的缺陷，而提供一种V-N微合金化高强韧大规格角钢及其生产方法，通过优化成分及生产方法，获取超细晶铁素体加颗粒状或短棒状珠光体组织，并在铁素体基体上弥散分布着细小的碳氮化钒或氮化钒颗粒，提高了钢的强度和韧性，进而替代小规格普通组合角钢和强韧性匹配不好的角钢。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种 V-N微合金化高强韧大规格角钢，其特征在于，化学成分按照重量百分比配比如下：C：0.14～0.20％ ，Si：0.20～0.50％，Mn：1.30～1.55％ ，P：≤0.020％， S：≤0.010％，N：0.009～0.016％，V：0.06～0.10％, Als: 0.015～0.030％,余量Fe。
进一步地，上述V-N微合金化高强韧大规格角钢，化学成分配比优选如下：C：0.14～0.18％ ，Si：0.30～0.45％，Mn：1.35～1.55％ ，P：≤0.020％， S：≤0.010％，N：0.010～0.016％，V：0.07～0.09％,Als: 0.020～0.026％,余量Fe。
进一步地，上述V-N微合金化高强韧大规格角钢，力学性能技术指标如下：
抗拉强度：Rm≥620MPa，
屈服强度：Rel≥485MPa，
伸 长 率：A≥20%，
冲击韧性：Akv≥20J（试验温度-40℃）。
一种V-N微合金化高强韧大规格角钢的生产方法，包括连铸工序、轧制工序、冷却工序，所述连铸工序的工艺参数控制如下：
钢水通过钢包底部的滑动水口注入中间包，开浇第一包中包温度控制在1545～1552℃，铸坯拉速为0.85～1.5m/min，出结晶器的铸坯尺寸为250*360*7750 mm；
所述轧制工序的工艺参数控制如下：将连铸所得矩形坯在加热炉中加热到1265～1275℃保温后进行粗轧和精轧，粗轧机的开轧温度控制在1050～1060℃，精轧机的终轧温度为820～850℃，单道次压下率大于20%；
所述冷却工序的工艺参数控制如下：轧后先采用雾化冷却，使角钢以大于25℃/s的冷速均匀快速的冷却到680～720℃，然后在以0.02～2℃/s的冷速冷却到450℃，然后空冷至室温。
进一步地，上述V-N微合金化高强韧大规格角钢的生产方法，其热轧角钢最终室温组织为超细铁素体+颗粒状或短棒状珠光体组织，铁素体晶粒尺寸为3～4μm；并在铁素体基体上弥散分布着细小的碳氮化钒或氮化钒颗粒，颗粒尺寸为2～20nm。
采用上述技术方案的本发明，与现有技术相比，其突出的效果是：
①提供了优化的V-N微合金化高强韧大规格角钢的化学成分配方。
②轧后快冷提高了钢的强韧性，其原因如下：（ⅰ）降低了奥氏体向铁素体的转变温度，增大了相变的驱动力。（ⅱ）由于在终轧后采用快冷的控冷工艺，使其在终轧温度到680～720℃温度区间内金属发生回复和再结晶软化的时间缩短，从而减少了形变储存能的释放，也相应的增大了相变的驱动力，从而使相变后的铁素体和珠光体得以细化。（ⅲ）在钒氮低碳钢中，750℃以上以VN析出为主，低于750℃基本上是V(CN)析出。轧后快冷尽可能的减少冷却过程中VN的析出，以便增加随后的慢冷过程中V(CN)的析出量。因为温度越低，析出物的尺寸越小，对钢的强韧化作用越大。（ⅳ）由于轧后较快的冷速下，C来不及扩散，保留了在部分区域富集的状态，造成C的浓度梯度。C的浓度梯度作为其扩散的驱动力，这在随后的慢冷球化过程中还会有利于碳的扩散，加快渗碳体的球化进程。
③经性能检测表明，按照本发明化学配比和工艺参数生产的V-N微合金化高强韧大规格角钢，其力学性能指标完全可达到Q460E的标准要求，各项性能指标均优于现有产品，且产品具有优良的低温冲击韧性。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步说明，目的仅在于更好的理解本发明内容。因此，所举之例并非限制本发明的保护范围。
V-N微合金化高强韧大规格角钢生产方法的具体步骤是：
铁水预处理→转炉冶炼→炉外精炼→连铸→加热→热轧→冷却。
通过转炉冶炼、炉外精炼、连铸浇注后，矩形坯的化学成分为：C：0.14～0.20％ ，Si：0.20～0.50％，Mn：1.30～1.55％ ，P：≤0.020％， S：≤0.010％，N：0.009～0.016％，V：0.06～0.10％, Als: 0.015～0.030％,余量Fe和不可避免杂质。
将连铸所得矩形坯在加热炉中加热到1265～1275℃保温后进行粗轧和精轧，粗轧机的开轧温度控制在1050～1060℃，精轧机的终轧温度为820～850℃，单道次压下率大于20%，轧后先采用雾化冷却，使角钢以大于25℃/s的冷速均匀快速的冷却到680～720℃，然后再以0.02～2℃/s的冷速冷却到450℃，最后空冷至室温。
下表是具体实施例的化学成分按量重量百分比的配比：
以上各实施例所述V-N微合金化高强韧大规格角钢，按照上述化学成分配比进行冶炼，经铁水预处理、转炉冶炼、炉外精炼、连铸保护浇铸等工艺，进入轧制工序。
实施例1中，轧制工序的工艺参数控制如下：将连铸所得矩形坯在加热炉中加热到1265℃保温后进行粗轧和精轧，粗轧机的开轧温度控制在1050℃，精轧机的终轧温度为820℃，单道次压下率大于20%，轧后先采用雾化冷却，使角钢以28℃/s的冷速均匀快速的冷却到680℃，然后在以0.05℃/s的冷速冷却到450℃，然后空冷至室温。按上述工艺参数进行生产，最终产品组织为超细铁素体+颗粒状或短棒状珠光体组织，铁素体晶粒尺寸为3.4μm；并在铁素体基体上弥散分布着细小的碳氮化钒或氮化钒颗粒，颗粒尺寸平均为9nm。
实施例2中，轧制工序的工艺参数控制如下：将连铸所得矩形坯在加热炉中加热到1275℃保温后进行粗轧和精轧，粗轧机的开轧温度控制在1060℃，精轧机的终轧温度为850℃，单道次压下率大于20%，轧后先采用雾化冷却，使角钢以26℃/s的冷速均匀快速的冷却到720℃，然后在以2℃/s的冷速冷却到450℃，然后空冷至室温。按上述工艺参数进行生产，最终产品组织为超细铁素体+颗粒状或短棒状珠光体组织，铁素体晶粒尺寸为3μm；并在铁素体基体上弥散分布着细小的碳氮化钒或氮化钒颗粒，颗粒尺寸平均为2 nm。
实施例3中，轧制工序的工艺参数控制如下：将连铸所得矩形坯在加热炉中加热到1269℃保温后进行粗轧和精轧，粗轧机的开轧温度控制在1057℃，精轧机的终轧温度为828℃，单道次压下率大于20%，轧后先采用雾化冷却，使角钢以32℃/s的冷速均匀快速的冷却到687℃，然后在以1℃/s的冷速冷却到450℃，然后空冷至室温。按上述工艺参数进行生产，最终产品组织为超细铁素体+颗粒状或短棒状珠光体组织，铁素体晶粒尺寸为3.1μm；并在铁素体基体上弥散分布着细小的碳氮化钒或氮化钒颗粒，颗粒尺寸平均为3.6nm。
实施例4中，轧制工序的工艺参数控制如下：将连铸所得矩形坯在加热炉中加热到1270℃保温后进行粗轧和精轧，粗轧机的开轧温度控制在1055℃，精轧机的终轧温度为845℃，单道次压下率大于20%，轧后先采用雾化冷却，使角钢以30℃/s的冷速均匀快速的冷却到700℃，然后在以0.03℃/s的冷速冷却到450℃，然后空冷至室温。按上述工艺参数进行生产，最终产品组织为超细铁素体+颗粒状或短棒状珠光体组织，铁素体晶粒尺寸为3.5μm；并在铁素体基体上弥散分布着细小的碳氮化钒或氮化钒颗粒，颗粒尺寸平均为5nm。
实施例5中，轧制工序的工艺参数控制如下：将连铸所得矩形坯在加热炉中加热到1272℃保温后进行粗轧和精轧，粗轧机的开轧温度控制在1054℃，精轧机的终轧温度为826℃，单道次压下率大于20%，轧后先采用雾化冷却，使角钢以27℃/s的冷速均匀快速的冷却到690℃，然后在以0.025℃/s的冷速冷却到450℃，然后空冷至室温。按上述工艺参数进行生产，最终产品组织为超细铁素体+颗粒状或短棒状珠光体组织，铁素体晶粒尺寸为3.7μm；并在铁素体基体上弥散分布着细小的碳氮化钒或氮化钒颗粒，颗粒尺寸平均为11nm。
实施例6中，轧制工序的工艺参数控制如下：将连铸所得矩形坯在加热炉中加热到1271℃保温后进行粗轧和精轧，粗轧机的开轧温度控制在1057℃，精轧机的终轧温度为840℃，单道次压下率大于20%，轧后先采用雾化冷却，使角钢以34℃/s的冷速均匀快速的冷却到702℃，然后在以0.04℃/s的冷速冷却到450℃，然后空冷至室温。按上述工艺参数进行生产，最终产品组织为超细铁素体+颗粒状或短棒状珠光体组织，铁素体晶粒尺寸为3.4μm；并在铁素体基体上弥散分布着细小的碳氮化钒或氮化钒颗粒，颗粒尺寸平均为5.4nm。
实施例7中，轧制工序的工艺参数控制如下：将连铸所得矩形坯在加热炉中加热到1268℃保温后进行粗轧和精轧，粗轧机的开轧温度控制在1056℃，精轧机的终轧温度为830℃，单道次压下率大于20%，轧后先采用雾化冷却，使角钢以大于35℃/s的冷速均匀快速的冷却到685℃，然后在以0.06℃/s的冷速冷却到450℃，然后空冷至室温。按上述工艺参数进行生产，最终产品组织为超细铁素体+颗粒状或短棒状珠光体组织，铁素体晶粒尺寸为3.2μm；并在铁素体基体上弥散分布着细小的碳氮化钒或氮化钒颗粒，颗粒尺寸平均为13nm。
由上述实施例获得的V-N微合金化高强韧大规格角钢，其力学性能技术指标为：
抗拉强度：Rm≥620MPa，
屈服强度：Rel≥485MPa，
伸 长 率：A≥20%，
冲击韧性：Akv≥20J（试验温度-40℃）。
Claims (5)
1.一种 V-N微合金化高强韧大规格角钢，其特征在于，化学成分按照重量百分比配比如下：C：0.14～0.20％ ，Si：0.20～0.50％，Mn：1.30～1.55％ ，P：≤0.020％， S：≤0.010％，N：0.009～0.016％，V：0.06～0.10％, Als: 0.015～0.030％,余量Fe。
2.根据权利要求1所述的V-N微合金化高强韧大规格角钢，其特征在于，化学成分按照重量百分比配比如下：C：0.14～0.18％ ，Si：0.30～0.45％，Mn：1.35～1.55％ ，P：≤0.020％， S：≤0.010％，N：0.010～0.016％，V：0.07～0.09％,Als: 0.020～0.026％,余量Fe。
3.根据权利要求1所述的V-N微合金化高强韧大规格角钢，其特征在于，力学性能技术指标如下：
抗拉强度：Rm≥620MPa；
屈服强度：Rel≥485MPa；
伸 长 率：A≥20%；
冲击韧性：Akv≥20J（试验温度-40℃）。
4.如权利要求1或2所述V-N微合金化高强韧大规格角钢的生产方法，包括连铸工序、轧制工序、冷却工序，其特征在于：
所述连铸工序的工艺参数控制如下：钢水通过钢包底部的滑动水口注入中间包，开浇第一包中包温度控制在1545～1552℃，铸坯拉速为0.85～1.5m/min，出结晶器的铸坯尺寸为250*360*7750 mm；
所述轧制工序的工艺参数控制如下：将连铸所得矩形坯在加热炉中加热到1265～1275℃保温后进行粗轧和精轧，粗轧机的开轧温度控制在1050～1060℃，精轧机的终轧温度为820～850℃，单道次压下率大于20%；
所述冷却工序的工艺参数控制如下：轧后先采用雾化冷却，使角钢以大于25℃/s的冷速均匀快速的冷却到680～720℃，然后再以0.02～2℃/s的冷速冷却到450℃，最后空冷至室温。
5.根据权利要求4所述的V-N微合金化高强韧大规格角钢的生产方法，其特征在于，其热轧角钢最终室温组织为超细铁素体+颗粒状或短棒状珠光体组织，铁素体晶粒尺寸为3～4μm；并在铁素体基体上弥散分布着细小的碳氮化钒或氮化钒颗粒，颗粒尺寸为2～20nm。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |