耐大氣腐蝕及耐低溫沖擊的大規(guī)格角鋼及生產(chǎn)方法
【專利摘要】耐大氣腐蝕及耐低溫沖擊的大規(guī)格角鋼，其組分及wt%為：C：0.15～0.20%、Si：0.2～0.5%、Mn：1.3～1.6%、P≦0.025%、S≦0.025%、V：0.05～0.08%、N≦0.005%、Nb：0.015～0.035%、Ca：0.001～0.007％、B：0.001～0.002%、Als：0.015～0.035%；生產(chǎn)步驟：常規(guī)冶煉并鑄坯；對鑄坯自然堆垛冷卻至室溫；對鑄坯加熱；粗軋；精軋；自然空冷至室溫待用。本發(fā)明所生產(chǎn)的角鋼在-40℃下低溫沖擊功大于75J，完全滿足在我國任何區(qū)域的使用，同時也耐大氣腐蝕，而且力學(xué)性能滿足國標(biāo)Q420的要求，表面質(zhì)量優(yōu)良，在現(xiàn)有裝備無需改造的情況下可以大批量生產(chǎn)。
【專利說明】耐大氣腐蝕及耐低溫沖擊的大規(guī)格角鋼及生產(chǎn)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種耐低溫大規(guī)格高強度角鋼及其生產(chǎn)方法，具體屬于一種耐大氣腐 蝕及耐低溫沖擊的大規(guī)格角鋼及生產(chǎn)方法，特別適用于角鋼厚度大于16_的耐大氣腐蝕 及耐低溫沖擊的大規(guī)格角鋼及生產(chǎn)方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 輸電鐵塔用高強鋼主要應(yīng)用于輸電鐵塔建設(shè)。通常將木結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或 鋼柱式結(jié)構(gòu)的桿形結(jié)構(gòu)稱為桿，鋼的塔形結(jié)構(gòu)稱為塔。輸電桿塔是支承架空輸電線路導(dǎo)線 和地線，并使它們之間以及與大地之間的距離在各種可能的大氣環(huán)境下，符合電氣絕緣安 全和工頻電磁場限制的桿形和塔形的構(gòu)筑物。隨著高壓、特高壓輸電線路以及大截面導(dǎo)線 輸電線路的建設(shè)。輸電鐵塔向大載荷、大構(gòu)件方向發(fā)展。高強鋼的應(yīng)用前景十分廣闊采用 高強鋼可以減小構(gòu)件截面。降低用鋼量，節(jié)約工程成本。某工程采用Q420高強鋼后，直線 塔可降低塔重4%?6%，轉(zhuǎn)角塔可降低塔重4%?7%，總體塔重可降低約5%。一次推廣高強 度角鋼，能有效地降低了鐵塔設(shè)計重量，節(jié)省了材料，對我國輸電線路建設(shè)意義重大。
[0003] 隨著經(jīng)濟的大發(fā)展，跨區(qū)域送電成為一種趨勢，由于我國幅員遼闊，溫度變化巨 大，北方、高原高山地區(qū)冬季極端氣溫甚至低于-40°C，如果鐵塔用鋼因溫度低而引起脆斷 將嚴(yán)重影響人們的生活和工業(yè)生產(chǎn)，工同時業(yè)的大發(fā)展使得大氣成分更加復(fù)雜，對普通鐵 塔用鋼腐蝕越來越嚴(yán)重，這樣使鐵塔的使用壽命基本上都達不到設(shè)計基準(zhǔn)期要求，而目前 關(guān)于既耐低溫，又耐大氣腐蝕的鐵塔用角鋼未見有相關(guān)報道，因此迫切希望能開發(fā)出一種 能耐大氣腐蝕的同時又耐低溫沖擊的大規(guī)格高強度大角鋼，該鋼具有重要的經(jīng)濟和社會效 Μ 中國專利申請?zhí)枮镃N200910073969. 0的專利文獻，公開了一種高強Q420C級鐵塔 角鋼，其化學(xué)成分配比為：C 0.10?0.16%，Μη 1.15?1.45%，Si 0.30?0.50%，S、 P 彡 0· 025%，V 0· 070 ?0· 100%，Ti 0· 004 ?0· 010%，余量 Fe，Ceq 彡 0· 42%。其缺點 是該鋼只提出了 〇°C的沖擊韌性要求，不能滿足在更低溫度下的嚴(yán)寒地區(qū)使用，同時該角鋼 耐大氣腐蝕效果差，需要配合熱鍍鋅才能防腐，而熱鍍鋅工藝存在環(huán)境污染大、能耗大、成 本1?、投資大等問題。
[0004] 中國專利申請?zhí)枮镃N201310441360. 0的專利文獻，公開了一種輸電鐵塔用耐低 溫沖擊角鋼，所述角鋼化學(xué)成分的重量百分比為：C :0. 05?0. 15%，Mn :1. 20?1. 60%， Si :0. 01 ?0. 05 %，V :0. 02 ?0. 10 %，Ni :0. 02 ?0. 06 %，Ca :0. 001 ?0. 005 %，Cr : 0. 01 ?0. 20 %，Cu :0. 10 ?0. 25 %，P :0. 01 ?0. 03 %, Mo :0. 20 ?0. 35 %，S :0. 005 ? 0. 02%，其余為Fe。其缺點是，該鋼耐低溫沖擊滿足-40°C，但是強度低，不能滿足大規(guī)格輸 電塔的使用，同時該方法生產(chǎn)的角鋼不具有耐大氣腐蝕效果，需要配合熱鍍鋅才能防腐，而 熱鍍鋅工藝存在環(huán)境污染大、能耗大、成本高、投資大等問題。
[0005] 中國專利申請?zhí)枮镃N201210135125.6的專利文獻，公開了一種抗嚴(yán)寒高強度熱 軋角鋼，其組分及重量百分比含量：C :0. 06%?0. 20%，Si :0. 20%?0. 50%，Mn :1. 10%? L 50%，P 彡 0· 015%，S 彡 0· 010%，V :0· 030% ?0· 070%，Nb :0· 015% ?0· 050%，Ni :0· 10% ? 0· 60%，并滿足 CEV=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15 彡 0· 40% ;其屈服強度大于 550MPa， 抗拉強度彡680MPa，斷后伸長率彡24%，-40°C下沖擊功彡55J。其缺點是C控制范圍超過 0. 1%，導(dǎo)致CEV控制范圍也超過0. 1%，性能波動大，焊接性能不穩(wěn)定，不利于施工；同時其冷 速范圍過窄，不利于現(xiàn)場控制；另該方法生產(chǎn)的角鋼不具有耐大氣腐蝕效果，需要配合熱鍍 鋅才能防腐，而熱鍍鋅工藝存在環(huán)境污染大、能耗大、成本高、投資大等問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種在保證其力學(xué)性能的前提下，并 能顯著提高低溫沖擊和耐大氣腐蝕性能的大規(guī)格高強度大角鋼及生產(chǎn)方法。
[0007] 本申請為了實現(xiàn)上述目的，對實現(xiàn)本申請的目的的起影響或者關(guān)鍵作用的合金 元素及工藝進行了深入的研究其結(jié)果，為了即使在保證基本性能的前提下，還能使角鋼 在-40°C下低溫沖擊功大于75J，同時也耐大氣腐蝕，而且力學(xué)性能滿足國標(biāo)Q420的要求， 表面質(zhì)量優(yōu)良，在現(xiàn)有裝備無需改造的情況下可以大批量生產(chǎn)。因此提出了采用在成分方 面主要是采用了提高V、Nb元素含量，使添加鈮、釩可以與鋼中的碳、氮原子形成細(xì)小的碳 化物和碳氮化物，這些碳化物和碳氮化物在奧氏體轉(zhuǎn)化為鐵素體和珠光體的過程中和轉(zhuǎn)變 后逐漸析出，起到細(xì)化鋼筋的室溫組織的作用，并阻礙晶格中的位錯運動，產(chǎn)生沉淀強化的 作用，最終達到改進鋼的強韌性，V、Nb疊加細(xì)化組織和沉淀強化的作用使強化效果更顯著； 其次還添加了少量提高耐低溫沖擊韌性的元素硼、鈦等，改善低溫沖擊韌性，以及一定量的 磷及稀土元素的含量，以能達到耐大氣腐蝕效果，通過稀土元素的對夾雜物變性和凈化作 用，而不會因磷含量過高引起沖擊不合問題；成分的優(yōu)化，還需要匹配的工藝才行，因此，本 申請經(jīng)研究，工藝方面主要是采取了開軋溫度在 ：1〇〇〇?1KKTC，精軋終軋溫度在800? 860°C的范圍，目的是終軋溫度更接近相變溫度，鋼坯的原始奧氏體晶粒較小，通過軋制變 形使相應(yīng)的軋制終了的奧氏體晶粒也較小，因而使晶粒得到細(xì)化，綜合性能得到改善，同時 也有利于釩和鈦的析出物析出更加細(xì)小和彌散，所以終軋溫度在800?860°C。
[0008] 實現(xiàn)上述目的的措施： 耐大氣腐蝕及耐低溫沖擊的大規(guī)格角鋼，其組分及重量百分比含量為：C :0. 15? 0· 20%、Si :0· 2 ?0· 5%、Mn :L 3 ?L 6%、P 蘭 0· 025%、S 蘭 0· 025%、V :0· 05 ?0· 08%、 N 蘭 0. 005%、Nb :0. 015 ?0. 035%、Ca :0. 001 ?0. 007%、B :0. 001 ?0. 002%、Als :0. 015 ? 0. 035%，其余為Fe和雜質(zhì)元素。
[0009] 生產(chǎn)耐大氣腐蝕及耐低溫沖擊的大規(guī)格角鋼的方法，其步驟： 1) 常規(guī)冶煉并鑄坯，控制出鋼溫度在1660?1690°C，鑄坯拉速不高于1. 8m/min ; 2) 對鑄坯進行自然堆垛冷卻至室溫； 3) 對鑄坯加熱，控制均熱段溫度為：1050?1150°C，加熱時間在10(Tl20min ; 4) 進行粗軋，并控制其開軋溫度在：1000?1KKTC ; 5) 進行精軋，控制其終軋溫度在80(T86(TC范圍； 6) 自然空冷至室溫待用。
[0010] 本發(fā)明中各元素及主要工序的作用 C :是擴大和穩(wěn)定奧氏體兀素，提1?鋼材強度最有效的兀素，也能提1?耐熱鋼的1?溫強 度，但是當(dāng)其含量低于0. 15%時，會導(dǎo)致力學(xué)性能不足而增加合金添加量從而增加了生產(chǎn) 成本，當(dāng)其含量高〇. 20%，會產(chǎn)生塑性和韌性下降，尤其是沖擊韌性明顯下降，因此，本發(fā)明 C選擇在0· 15?0· 20%。
[0011] Si :是一種廉價的置換強化元素，可以顯著提高鋼的強度，屈服強度，但是Si會嚴(yán) 重?fù)p害鋼的低溫韌性，所以不宜太高，選擇Si的范圍在0. 2?0. 5% Μη :主要是固溶于鐵素體中提高材料的強度，其又是良好的脫氧劑和脫硫劑，含有一定 量的錳可以消除或減弱因硫引起的脆性，從而改善鋼的加工性能，但錳含量過高時會使晶 粒粗化的傾向，連鑄和軋后控冷不當(dāng)時容易產(chǎn)生白點，所以選擇Μη的范圍在1. 3?1. 6% ; P、S :作為有害元素，其含量越低越好。S含量過高，會形成大量的MnS夾雜，降低鋼材 的機械性能，因此含量越低越好，所以選擇S的范圍在S 0. 025% ;P易在晶界偏析，增加鋼筋 的脆性，使低溫沖擊性能大幅下降，因此含量越低越好，所以選擇P的范圍在=〇. 025%。
[0012] RE:稀土凈化鋼質(zhì)，變質(zhì)夾雜，減少點蝕和晶間腐蝕。鋼中固溶稀土提高鋼基體 的極化電阻和自腐蝕電位，有利于提高鋼基體的耐蝕性，改變銹層的組織結(jié)構(gòu)，形成粘附性 好、致密耐蝕性好的銹層，提高了高強耐候鋼的耐蝕性。稀土含量超過一定的值才會起到作 用，所以經(jīng)試驗，其含量不易低于0. 02%，但若含量高于0. 1%，會大量增加鋼中第二相數(shù)量， 對力學(xué)性能不好，所以選擇范圍在0. 02?0. 1%。
[0013] B :鋼中加入極少量的硼可以顯著影響材料的性能，其抑制P、S偏析和沿晶斷裂， 提高沖擊性能，改善夾雜物的形態(tài)和分布，硼溶入固溶體中使晶體點陣發(fā)生畸變，晶界上的 硼又能阻止夾雜物進一步長大，使夾雜物變得細(xì)小，圓整，均勻分布于晶界，強化了晶界，使 材料的韌性提高。當(dāng)硼的含量大于0. 003%時，其對鋼的效果不再隨含量的增加而增加，反 而增加了成本，硼的控制量在〇. 001?〇. 002%范圍 V:是微合金化鋼最常用也是最有效的強化元素之一。釩的作用是通過形成VN、V (CN) 來影響鋼的組織和性能，它主要是在奧氏體晶界的鐵素體中沉淀析出，細(xì)化鐵素體晶粒，從 而提高材料的強度和低溫韌性。V低于0. 05%時，析出強化效果不能夠滿足力學(xué)性能要求， V高于0. 08%時，析出強化使強度太高而導(dǎo)致韌性變差。
[0014] Nb :是強碳化物型材元素，能夠抑制熱軋時奧氏體晶粒長大，細(xì)化組織，提高鋼筋 的綜合力學(xué)性能，經(jīng)試驗，在本申請中若其Nb含量高于0. 035%，易使析出相粗大而弱化析 出強化效果，而且會顯著增加成本。故選擇范圍Nb在0. 015?0. 035%。
[0015] A1 :是作為煉鋼時的脫氧定氮劑，A1與鋼中的N形成細(xì)小難溶A1N質(zhì)點，起到阻 抑作用，進而細(xì)化鐵素體晶粒，A1含量過低，細(xì)化作用不明顯，A1含量過高，降低了鋼液的 流動性，形成大量的A1 203會在水口結(jié)瘤，從而堵住水口，所以選擇A1的范圍在0. 015? 0. 035%, Ca :可以凈化鋼液，提高鋼的純凈度，使鋼的MnS球化，發(fā)揮材料的潛能，其含量過高 時，易形成粗大的非金屬夾雜物，所以選擇范圍在〇. 001?〇. 007%。
[0016] 之所以采用了開軋溫度在：1000?1KKTC，精軋終軋溫度在800?860°C的范 圍，目的是終軋溫度更接近相變溫度，鋼坯的原始奧氏體晶粒較小，通過軋制變形使相應(yīng)的 軋制終了的奧氏體晶粒也較小，因而使晶粒得到細(xì)化，綜合性能得到改善，同時也有利于 釩、鈮的析出物析出更加細(xì)小和彌散。
[0017] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，所生產(chǎn)的角鋼在-40°c下低溫沖擊功大于75J，完全滿足 在我國任何區(qū)域的使用，同時也耐大氣腐蝕，而且力學(xué)性能滿足國標(biāo)Q420的要求，表面質(zhì) 量優(yōu)良，在現(xiàn)有裝備無需改造的情況下可以大批量生產(chǎn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018] 圖1為本發(fā)明的沖擊斷口形貌圖； 圖2為圖1的沖擊斷口形貌的金相組織圖； 其沖擊微觀斷口在整個斷面上均呈等軸韌窩狀，大而深的韌窩分布比較均勻并且數(shù)量 也較多，在大韌窩里面還有小韌窩，顯示出鋼材具有較高的韌性。

【具體實施方式】
[0019] 下面對本發(fā)明予以詳細(xì)描述： 除實施例4的鑄坯尺寸為230 X 250mm外，其余均采用200 X 200mm的方坯； 表1為本發(fā)明各實施例及對比例的取值列表； 表2為本發(fā)明各實施例及對比例的主要工藝參數(shù)列表； 表3為本發(fā)明各實施例及對比例性能檢測情況列表； 表4為本發(fā)明各實施例及對比例耐大氣腐蝕結(jié)果列表。
[0020] 本發(fā)明各實施例按照以下步驟生產(chǎn)： 1) 常規(guī)冶煉并鑄坯，控制出鋼溫度在1660?1690°C，鑄坯拉速不高于1. 8m/min ; 2) 對鑄坯進行自然堆垛冷卻至室溫； 3) 對鑄坯加熱，控制均熱段溫度為：1050?1150°C，加熱時間在10(Tl20min ; 4) 進行粗軋，并控制其開軋溫度在：1000?1KKTC ; 5) 進行精軋，控制其終軋溫度在80(T86(TC范圍； 6) 自然空冷至室溫待用。
[0021] 表1本發(fā)明實施例與比較例的化學(xué)成分列表（wt%)

【權(quán)利要求】
1. 耐大氣腐蝕及耐低溫沖擊的大規(guī)格角鋼，其組分及重量百分比含量為：c :0. 15? 0· 20%、Si :0· 2 ?0· 5%、Mn :L 3 ?L 6%、P 蘭 0· 025%、S 蘭 0· 025%、V :0· 05 ?0· 08%、 N 蘭 0. 005%、Nb :0. 015 ?0. 035%、Ca :0. 001 ?0. 007%、B :0. 001 ?0. 002%、Als :0. 015 ? 0. 035%，其余為Fe和雜質(zhì)元素。
2. 生產(chǎn)權(quán)利要求1所述的耐大氣腐蝕及耐低溫沖擊的大規(guī)格角鋼的方法，其步驟： 1) 常規(guī)冶煉并鑄坯，控制出鋼溫度在1660?1690°C，鑄坯拉速不高于1. 8m/min ; 2) 對鑄坯進行自然堆垛冷卻至室溫； 3) 對鑄坯加熱，控制均熱段溫度為：1050?1150°C，加熱時間在10(Tl20min ; 4) 進行粗軋，并控制其開軋溫度在：1000?1KKTC ; 5) 進行精軋，控制其終軋溫度在80(T86(TC范圍； 6) 自然空冷至室溫待用。
【文檔編號】C21D8/06GK104087827SQ201410336156
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月15日
【發(fā)明者】徐志東, 朱敏, 范植金, 吳杰, 何杰斌, 徐志, 周新龍 申請人:武漢鋼鐵(集團)公司