CN112647020A

CN112647020A - 一种耐候钢铁塔及其制备方法

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Publication number: CN112647020A
Application number: CN202011439802.4A
Authority: CN
Inventors: 王凌旭; 何锦航; 孙博; 白洁
Original assignee: Guizhou Power Grid Co Ltd
Current assignee: Guizhou Power Grid Co Ltd
Priority date: 2020-12-11
Filing date: 2020-12-11
Publication date: 2021-04-13

Abstract

本发明公开了一种耐候钢铁塔，所述耐候钢包括按质量分数计的以下组分:C：≤0.16%，Si：≤0.65%，Mn：≤1.5%，P：≤0.020%，S：≤0.010%，Cu：0.25‑0.55%，Cr：0.30‑1.25%，Ni：≤0.65%，Sb：≤0.2%，以及Ti、V、Nb和Alt合金，所述Ti、V、Nb和Alt合金的总量不超过0.22%，其余为Fe和不可避免的杂质。通过精料入炉、冶炼、精炼、连铸、轧制、冷却后得到耐候钢型材，型材经过钻孔成型后拼接或焊接后组成成为铁塔。本发明实现使耐候钢的自保护氧化层厚度达到0.5mm，达到贵州复杂的气候环境使用，对耐候钢制备铁塔的工艺研究，优化工艺流程，节约耐候钢材料和成产成本，提高生产效率。

Description

一种耐候钢铁塔及其制备方法

技术领域

本发明属于输变电工程技术领域，具体涉及一种耐候钢铁塔及其制备方法。

背景技术

长期以来，我国电网基础设施的输电铁塔用材主要采用碳素结构钢和低合金高强度结构钢的热轧角钢型材，主要依赖酸洗、热镀锌防腐工艺以提高铁塔的耐腐蚀性能。受目前结构用钢的热镀锌工艺所限，生产过程中所带来的环境污染问题难以得到有效解决，近年来受到环保政策严格限制，大批热镀锌生产企业被关停，热镀锌铁塔的生产成本也随之攀升。开发替代热镀锌的新型防腐技术已成为输变电工程钢构件生产的紧迫需求之一。

耐候钢是实现服役于大气环境中的钢构件免涂装防腐的主要技术发展方向之一。耐候钢在输电铁塔中应用，不仅可去除污染排放严重的热镀锌生产工序，还可降低铁塔制造成本，有利于减少铁塔制造所带来的热镀锌生产需求，有利于绿色电网建设和我国环境保护，具有良好社会效益和经济效益。

公告号为CN 111020365 A的中国专利公开了一种耐候钢及其钢板制作方法和角钢制作方法，所述耐候钢包括按质量分数计的下述组分：C：0.05-0.20％、Si：0.20-0.40％、Mn：0.80-1.6％、Cu：0.50-0.80％、Cr：0.05-0.85％、Nb：0.01-0.1％、Ni：0.15-0.70％、Ti：≤0.12％、Mo：≤0.30％、V：≤0.12％、Zr：≤0.15％、P：≤0.03％、S：≤0.006％、Al：0.01-0.05％、N：0.002-0.005、O:≤0.002％，其余为不可避免的Fe和杂质。该发明提供的技术方案经过减薄处理后，仍能满足铁塔应用的力学要求，降低原料成本。

但是目前耐候钢作为输电铁塔应用，主要试验点位于厦门以及安徽亳州一带，国内外尚无研究人员对贵州电网乃至南网区域内输电铁塔进行耐候钢铁塔研究与应用。贵州高海拔高湿度的气候条件结合一些化工区污染严重、交通干道附近尾气排放严重等情况，增加了铁塔锈蚀机理的复杂性，也对耐候钢性能提出更高要求。因而在耐候钢输电铁塔全寿命周期内，针对不同的气候组合条件、污染物来源，将耐候钢形成的自保护氧化层的厚度控制在多少范围内对于输电线路铁塔最为有利，以及在耐候钢制备铁塔的过程中利用连接结构如何发挥作用，是我们进行研究的重点。

发明内容

本发明的目的是，针对贵州地区复杂的气候及特有的自然环境，提出一种耐候钢铁塔及其制备方法，通过控制耐候钢化学成分增大自保护氧化层厚度，最大限度降低铁塔的腐蚀速率，提高铁塔使用年限，并且准确把控铁塔的制作工艺参数，优化工艺、降低产品加工成本。

本发明采用的技术方案是：一种耐候钢铁塔，所述耐候钢包括按质量分数计的以下组分:

C：≤0.16％，Si：≤0.65％，Mn：≤1.5％，P：≤0.020％，S：≤0.010％，Cu：0.25-0.55％，Cr：0.30-1.25％，Ni：≤0.65％，Sb：≤0.2％，以及Ti、V、Nb和Alt合金，所述Ti、V、Nb和Alt合金的总量不超过0.22％，其余为Fe和不可避免的杂质。

作为本发明的一种选优方案，所述耐候钢包括按质量分数计的以下组分：C：0.10-0.16％，Si：0.35-0.65％，Mn：1.1-1.5％，P：0.01-0.020％，S：0.006-0.010％，Cu：0.30-0.55％，Cr：0.80-1.25％，Ni：0.40-0.65％，Sb：0.12-0.2％，以及Ti、V、Nb和Alt合金，所述Ti、V、Nb和Alt合金的总量不超过0.22％，其余为Fe和不可避免的杂质。

作为本发明的一种选优方案，所述耐候钢包括按质量分数计的以下组分：C：0.12％，Si：0.36％，Mn：1.1％，P：0.015％，S：0.008％，Cu：0.40％，Cr：1.15％，Ni：0.45％，Sb：0.15％，Ti：0.05％、V：0.04％，Nb：0.08％，Alt：0.04％，其余为Fe和不可避免的杂质。

一种耐候钢铁塔的制备方法，包括以下步骤：

S1：将钢水经过预处理后精料入炉，通过转炉或电炉冶炼后进行炉外精炼、经过连铸、轧制、冷却制备耐候钢型材；

S2：将步骤1所述型材进行下样钻孔成型或圈制成型；

S3：步骤S2所得制品进行试装并且检验，对检验产品进行补焊、去飞溅或直接调直、校平，然后酸洗；

S4：所述步骤S2钻孔成型的部分产品经过单片拼接后进行焊胎整体点固，并经检验合格后整体连接焊接，然后检验调直、校平，再进行酸洗；

S5：对酸洗后的产品进行表面处理，检验校正后连接，检验。

进一步的，所述步骤S1冶炼出钢后加入钢水质量1.5％-3.5％的脱氧剂，并于连铸时喂入钢水质量0.02-0.03％的稀土丝。

进一步的，所述步骤S1和步骤S2中型材包括板材、角钢、槽钢、钢管和H钢，其中板材经过剪板机下料进行钻孔成型或圈制成型，其他型材通过切割下样后钻孔成型。

进一步的，所述步骤S2钻孔成型的钻孔孔壁表面粗糙度不超过6.4μm，孔眼边缘无裂纹、边刺和大于1.0mm的缺棱。

进一步的，所述步骤S4焊接时采用二氧化碳保护焊，当金属厚度≤10mm时，咬肉深度不得大于0.5mm，当金属的厚度10mm时，咬肉深度不得大于1.0mm。

进一步的，所述步骤S5表面处理采用环氧基渗透剂+厚浆型环氧乳胶漆或磺酸钙油渗透剂+磺酸钙蜡涂层处理或油漆喷涂处理。

相较现有技术，本发明的有益效果在于：

1)本发明通过改变耐候钢中磷、铜、铬、镍等微量元素的含量来控制氧化膜的形成厚度及氧化速率，通过高硅、碳辅以耐腐蚀金属铬、铜、镍以及微量元素钛、铌，利用镍、铜反应，形成致密的保护膜层，并且作为催化剂促进保护氧化层形成，最终以本发明技术方案中的耐候钢成分含量实现使耐候钢的自保护氧化层厚度达到0.5mm，年腐蚀速率为0.0125mm，可满足贵州复杂的气候环境使用，铁塔使用年限达到40年；

2)本发明在常规的基础上采用锑，与铬反应生成合金以增强耐候钢的硬度和机械强度，同时与Ni和Cu协同增加固溶强化效果，提高钢板的耐候性能；

3)本发明生产的耐候钢，厚度最大达到40mm，屈服强度达到420MPa以上，抗拉强度达到520MPa以上，耐腐蚀性明显优于普通钢；

4)本发明对耐候钢制备铁塔的工艺研究，优化了工艺流程，并且进一步严格钻孔成型和焊接连接工艺，节约耐候钢材料和成产成本，提高生产效率。

附图说明

图1为本发明耐候钢铁塔制备流程图。

具体实施方式

以下将结合实施例对本发明进行锦衣的解释和说明，以便于本领域专业技术人员更好地理解。

本实施例提供了两种耐候钢，分别为实施例1(钢级420MPa)和实施例2(钢级345MPa)，其分别包含Fe和其他不可避免的杂质，其余化学成分如下：

表1本发明实施例的化学成分表(wt％)

对本实施例的两种耐候钢进行力学性能测试，其结果见表2：

表2本实施例两种耐候钢力学性能测试结果

注：拉伸试验采用横向试样

D＝弯心直径，a＝钢板厚度。

从实验结果可以看出，本发明制备的耐候钢具有较优的拉伸、弯曲和冲击力学性能，满足输电铁塔角钢使用。

经测量，本发明实施例1和实施例2所得的耐候钢氧化层厚度分别为0.5mm和0.485mm，对其进行腐蚀试验，并采用普通钢材作为对比例1进行对比。实验条件为：

表3本发明实施例72h周期浸润腐蚀试验测试结果

	实施例1	实施例2	对比例1
				NaHSO<sub>3</sub>	44.3	48.2	100
H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>	3.9	6.2	100

从实验结果看出，本发明所得的耐候钢在腐蚀速率远低于普通钢材，具有优秀的耐腐蚀性能，其中实施例1耐腐蚀性能优于实施例2。

请参阅图1，本发明还提供了一种耐候钢铁塔的制备方法，包括以下步骤：

S1：将钢水经过预处理后精料入炉，冶炼出钢后加入钢水质量2％的脱氧剂及Ti、V、Nb和Alt合金，通过转炉或电炉冶炼后进行炉外精炼、连铸，并于连铸时喂入钢水质量0.02％的稀土丝，然后轧制、冷却制备耐候钢型材，所得耐候钢型材包括板材、角钢、槽钢、钢管和H钢；

S2：将步骤1所述型材进行下样钻孔成型或圈制成型，其中板材经过剪板机下料进行钻孔成型或圈制成型，其他型材通过切割下样后钻孔成型，钻孔成型的钻孔孔壁表面粗糙度不超过6.4μm，孔眼边缘无裂纹、边刺和大于1.0mm的缺棱；

S3：步骤S2所得制品进行试装并且检验，对检验产品进行补焊、去飞溅或直接调直、校平，然后酸洗，所述酸洗将型材浸入常温、质量百分比为20％的盐酸溶液中，浸入5min，取出型材用清水冲洗；

S4：所述步骤S2钻孔成型的部分产品经过单片拼接后进行焊胎整体点固，并经检验合格后整体连接焊接，然后检验调直、校平，再进行酸洗，所述焊接时采用二氧化碳保护焊，当金属厚度≤10mm时，咬肉深度不得大于0.5mm，当金属的厚度10mm时，咬肉深度不得大于1.0mm；

S5：对酸洗后的产品进行表面处理，检验校正后连接，检验，所属表面处理方式具体为采用磺酸钙油渗透剂+磺酸钙蜡涂层处理。

Claims

1.一种耐候钢铁塔，其特征在于，所述耐候钢包括按质量分数计的以下组分:

2.根据权利要求1所述一种耐候钢铁塔，其特征在于，所述耐候钢包括按质量分数计的以下组分：C：0.10-0.16％，Si：0.35-0.65％，Mn：1.1-1.5％，P：0.01-0.020％，S：0.006-0.010％，Cu：0.30-0.55％，Cr：0.80-1.25％，Ni：0.40-0.65％，Sb：0.12-0.2％，以及Ti、V、Nb和Alt合金，所述Ti、V、Nb和Alt合金的总量不超过0.22％，其余为Fe和不可避免的杂质。

3.根据权利要求1所述一种耐候钢铁塔，其特征在于，所述耐候钢包括按质量分数计的以下组分：C：0.12％，Si：0.36％，Mn：1.1％，P：0.015％，S：0.008％，Cu：0.40％，Cr：1.15％，Ni：0.45％，Sb：0.15％，Ti：0.05％、V：0.04％，Nb：0.08％，Alt：0.04％，其余为Fe和不可避免的杂质。

4.根据权利要求1-3任一所述的一种耐候钢铁塔的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S2：将步骤1所述型材进行下样钻孔成型或圈制成型；

S5：对酸洗后的产品进行表面处理，检验校正后连接、检验。

5.根据权利要求4所述的一种耐候钢铁塔的制备方法，其特征在于：所述步骤S1冶炼出钢后加入钢水质量1.5％-3.5％的脱氧剂，并于连铸时喂入钢水质量0.02-0.03％的稀土丝。

6.根据权利要求4所述的一种耐候钢铁塔的制备方法，其特征在于：所述步骤S1和步骤S2中型材包括板材、角钢、槽钢、钢管和H钢，其中板材经过剪板机下料进行钻孔成型或圈制成型，其他型材通过切割下样后钻孔成型。

7.根据权利要求4所述的一种耐候钢铁塔的制备方法，其特征在于：所述步骤S2钻孔成型的钻孔孔壁表面粗糙度不超过6.4μm，孔眼边缘无裂纹、边刺和大于1.0mm的缺棱。

8.根据权利要求4所述的一种耐候钢铁塔的制备方法，其特征在于：所述步骤S4焊接时采用二氧化碳保护焊，当金属厚度≤10mm时，咬肉深度不得大于0.5mm，当金属的厚度10mm时，咬肉深度不得大于1.0mm。

9.根据权利要求4所述的一种耐候钢铁塔的制备方法，其特征在于：所述步骤S5表面处理采用环氧基渗透剂+厚浆型环氧乳胶漆或磺酸钙油渗透剂+磺酸钙蜡涂层处理或油漆喷涂处理。