專利名稱：：一種高強度易成型輸電鐵塔用耐大氣腐蝕鋼及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬低合金鋼制造領(lǐng)域，主要涉及一種高強度易成型輸電鐵塔用耐大氣腐蝕鋼，主要用于輸電鐵塔制造。
背景技術(shù)：
：長期以來，我國輸電鐵塔用鋼材基本上都采用強度等級Q235和Q345的熱軋角鋼，近年來開始使用了少量的Q390、Q420高強鋼。目前，高強鋼在我國輸電鐵塔中僅得到了小規(guī)模的試用，隨著我國電網(wǎng)建設(shè)的加快和特高壓電網(wǎng)的建設(shè)，更大范圍地使用高強鋼已成為共識。與國外先進國家相比，我國輸電鐵塔結(jié)構(gòu)所用鋼材的材質(zhì)單一、強度值偏低、材質(zhì)的可選擇余地小。隨著電網(wǎng)的升級，我國對輸電塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計、鋼材強度提出了更高的要求。高強鋼具有強度高、承載能力強的特點，同時使用高強鋼可使鐵塔重量降低10%20%。分析表明，在輸電鐵塔上使用Q420高強鋼可有效減輕塔材重量58%，節(jié)省整體造價2%6%。冷彎型鋼由鋼板加工成型，定尺任意，可加工任意形狀和尺寸的構(gòu)件，可以避免由于桿件定長導致的材料浪費。輸電線路桿塔長期暴露在大氣環(huán)境之中，腐蝕環(huán)境較為惡劣，大氣腐蝕占塔架總腐蝕損失的一半以上。耐候鋼的耐大氣腐蝕性能為普通碳鋼的28倍，可以直接裸露使用，并且使用時間愈長，耐蝕作用愈突出。耐候冷彎型鋼是一種經(jīng)濟環(huán)保型材料，可加工成定尺任意，任意形狀和尺寸的構(gòu)件，可以避免由于桿件定長導致的材料浪費，在輸電鐵塔上應(yīng)用，經(jīng)濟效益、社會效益、環(huán)保效益顯著，具有廣闊的發(fā)展空間。中國發(fā)明專利CN101144139A公開了"一種高強度耐候低合金電力桿用鋼及其制造方法"，其合金成分及重量百分比含量為C:0.060.12、Si:0.150.35、Mn:1.01.4、S《0.030、P《0.030、Cu:0.150.30、Al<0.04、Nb:0.010.03，其余為Fe和微量雜質(zhì)，通過添加耐腐蝕性元素Cu提高鋼的耐腐蝕性能，通過Nb微合金化及控制軋制技術(shù)提高鋼的強度，該鋼本質(zhì)上來說是一種含Cu鋼，并且鋼中S含量較高，不利鋼的低溫沖擊韌性和成型性能，同時該鋼的屈強比較高，達到了0.840.86。中國發(fā)明專利CN100342051C公開了"一種經(jīng)濟耐候鋼"，其合金成分及重量百分比含量為:C:0.120.21、Si:0.22.0、Mn:0.72.0、S《0.036、P《0.034、Cu:0.100.40、A1<0.2，其余為Fe和微量雜質(zhì)，通過簡單調(diào)整Q235鋼的部分合金元素，添加耐腐蝕性元素Cu生產(chǎn)出了具有良好耐腐蝕性能及力學性能優(yōu)良的經(jīng)濟耐候鋼，該鋼本質(zhì)上來說也是一種含Cu鋼，強度級別較低，并且鋼中C、S含量較高，不利于鋼的焊接性、耐腐蝕性能、低溫沖擊韌性和成型性能。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種高強度易成型輸電鐵塔用耐大氣腐蝕鋼3及其制備方法，該高強度易成型輸電鐵塔用耐大氣腐蝕鋼具有高強度、優(yōu)良的焊接性能、冷彎成型性能、低溫沖擊韌性及良好的耐大氣腐蝕性能。本發(fā)明為解決上述提出的問題所采用解決方案為—種高強度易成型輸電鐵塔用耐大氣腐蝕鋼，它主要包括的化學成分按重量百分比計為:C:0.020.058、Si:《0.10、Mn:0.601.30、P:《0.025、S:《0.010、Cu:0.150.40、Ni:0.0360.30、Al:0.0450.12、Ti:0.0050.06、Ca:0.00100.0030，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)?！N高強度易成型輸電鐵塔用耐大氣腐蝕鋼，它主要包括的化學成分按重量百分比計為:C:0.0220.04、Si:0.0180.074、Mn:0.841.25、P:《0.020、S:《0.005、Cu:0.180.23、Ni:0.0360.23、Al:0.0580.12、Ti:0.0080.02、Ca:0.00120.0020，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)。—種高強度易成型輸電鐵塔用耐大氣腐蝕鋼，它主要包括的化學成分按重量百分比計為:C:0.0490.058、Si:0.0440.052、Mn:0.600.80、P:《0.020、S:《0.010、Cu:0.290.40、Ni:0.150.30、Al:0.060.10、Ti:0.020.025、Ca:0.00180.0028，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)。制備上述高強度易成型輸電鐵塔用耐大氣腐蝕鋼的方法，生產(chǎn)工藝流程依次為鐵水脫硫、轉(zhuǎn)爐冶煉、真空處理、連鑄、鑄坯清理、鑄坯下送、板坯加熱、粗軋、精軋、層流冷卻、巻取、精整入庫。上述方案中，所述板坯加熱溫度為1250130(TC，加熱時間，150分鐘；所述粗軋階段的開軋溫度為1160122(TC，終軋溫度，10401080°C，累計壓下率^70%，道次壓下率>15%;所述精軋階段的開軋溫度《98(TC，終軋溫度，780860°C，后三道次累計壓下率>60%;所述層流冷卻的巻取溫度為580660°C。本發(fā)明的主要合金元素含量的設(shè)計基于以下原理C是提高鋼強度最經(jīng)濟有效的合金元素，但C含量過高會顯著惡化鋼的焊接性能，并且會促進珠光體轉(zhuǎn)變，降低鋼的耐大氣腐蝕性能，本發(fā)明采用低C設(shè)計，提高鋼的焊接性能，減少碳化物組織形成，提高鋼的耐腐蝕性能、低溫沖擊韌性和成型性能，C含量為0.020.058%。鋼中添加Mn，不僅可以通過Mn的固溶強化提高鋼的強度，而且可降低鋼的相變溫度，細化晶粒，提高鋼的低溫韌性，Mn含量為0.601.30%。合金元素Si既可通過固溶強化提高鋼的強度，也可提高鋼的耐大氣腐蝕性能，本發(fā)明鋼中的Si含量設(shè)計為《0.10%。Cu是提高鋼耐大氣腐蝕性能最主要的合金元素，同時也能提高強度，但惡化焊接性能，容易產(chǎn)生熱脆，鋼中的Cu含量達到0.15%時，能大幅提高鋼的耐大氣腐蝕性能，同時通過固溶強化提高鋼的強度，本發(fā)明鋼中的Cu含量設(shè)計為0.150.40%。P是傳統(tǒng)耐候鋼中主要的合金元素，與Cu復合加入耐候鋼中，提高鋼耐腐蝕性能的能力遠大于Cu、P單獨加入鋼中的效果，但當焊接金屬凝固時，P促進低熔點夾雜物的生成，既易產(chǎn)生高溫裂紋，又增加低溫裂紋敏感性，使焊縫的延展性和韌性變壞。含P量高，使鋼具有較明顯的冷脆傾向。本發(fā)明鋼中的P含量控制較低水平，設(shè)計為《0.025%;Ti是強碳氮化物形成元素，通過析出強化提高鋼強度；TiN的固溶溫度較高，在奧氏體化階段，可抑止奧氏體粗化；另一方面由于TiN在高溫下具有高的穩(wěn)定性，在焊接過程中，可以控制焊接熱影響區(qū)的奧氏體晶粒尺寸，提高熱影響區(qū)奧氏體轉(zhuǎn)變溫度，本發(fā)明鋼中Ti含量設(shè)計為0.0050.06%。Al與鋼中的N形成A1N，細化晶粒，提高鋼的強韌性；A1也能在銹層內(nèi)形成致密的氧化物，提高鋼的耐腐蝕性能，本發(fā)明鋼中Al含量設(shè)計為0.0450.12%。S是鋼中的有害元素，生成的硫化物夾雜不僅嚴重影響鋼的力學性能，而且對鋼的耐腐蝕性能產(chǎn)生嚴重的惡化作用，因此應(yīng)盡是降低鋼中的S含量，使其含量在0.010%以下，提高鋼的耐腐蝕性能、低溫沖擊韌性、成型性能及鋼板縱、橫向性能均勻性。微量Ca可以形成Ca0和CaS溶解于鋼表面薄電解液膜中，使腐蝕界面的堿性增大，降低其侵蝕性，促進銹層轉(zhuǎn)化為致密、保護性好的a-FeOOH，顯著改善鋼的耐大氣腐蝕性能，本發(fā)明鋼中Ca含量設(shè)計為0.00100.0030%。另外，Ni是提高鋼耐大氣腐蝕性能的合金元素，鋼中同時加入Cu、Ni等元素，使鋼的耐大氣腐蝕性能提高。Ni能顯著改善鋼的低溫韌性，有效阻止Cu的熱脆引起的網(wǎng)裂。本發(fā)明鋼中的Ni含量設(shè)計為《0.30%。本發(fā)明具有以下優(yōu)點1、本發(fā)明鋼的化學成分簡單，成本低廉，是一種經(jīng)濟型耐候鋼。2、本發(fā)明鋼通過復合添加Cu、Ni，提高鋼的耐腐蝕性能；不含傳統(tǒng)耐候鋼中的元素P，以提高鋼的抗冷脆性能力及低溫沖擊韌性；控制較低的S含量，提高鋼的潔凈度，從而提高鋼的耐腐蝕性能及鋼的綜合力學性能；添加Al提高鋼的強韌匹配和耐腐蝕性能；添加微量Ca，改善鋼的縱橫向力學性能及提高鋼的耐腐蝕性能。本發(fā)明鋼具有高強度、優(yōu)良的焊接性能、冷彎成型性能、低溫沖擊韌性及良好的耐大氣腐蝕性能。具體實施例方式下面通過實施例進一步介紹本發(fā)明，但是實施例不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。本發(fā)明高強度易成型輸電鐵塔用耐大氣腐蝕鋼實施例的具體生產(chǎn)工藝流程依次為鐵水脫硫、轉(zhuǎn)爐冶煉、真空處理、連鑄、鑄坯清理、鑄坯下送、板坯加熱、粗軋、精軋、層流冷卻、巻取、精整入庫。上述方案中，所述板坯加熱溫度為1250130(TC，加熱時間，150分鐘；所述粗軋階段的開軋溫度為1160122(TC，終軋溫度，10401080°C，累計壓下率^70%，道次壓下率>15%;所述精軋階段的開軋溫度《98(TC，終軋溫度，780860°C，后三道次累計壓下率>60%;所述層流冷卻的巻取溫度為580660°C。本發(fā)明高強度易成型輸電鐵塔用耐大氣腐蝕鋼，它主要包括的化學成分按重量百分比計為:C:0.020.058、Si:0.0180.10、Mn:0.601.30、P:《0.025、S:《0.010、Cu:0.150.40、Ni:0.0360.30、Al:0.0450.12、Ti:0.0050.06、Ca:0.00100.0030，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)。實施例15均按上述工藝生產(chǎn)，生產(chǎn)出鋼的主要化學成分見表l，鋼的力學性能見表2，鋼的耐大氣腐蝕結(jié)果見表3。上述五個實施例均在50kg真空感應(yīng)爐冶煉。為了能更好的反映出本發(fā)明鋼耐大氣腐蝕性的優(yōu)點，本實施方式中提供了1組比較鋼的耐大氣腐蝕性結(jié)果，實驗方法按按TB/T2375-1993執(zhí)行，見表3中的Q345B。表1實施例鋼的化學成分(wt%)<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>表3實施例鋼的耐大氣腐蝕實驗結(jié)果腐蝕率(g/m2.h)<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>從表3中可以看出，本發(fā)明實施例4、5為最佳實施方案，因此，以下兩個成分范圍為最佳方案1、高強度易成型輸電鐵塔用耐大氣腐蝕鋼主要包括的化學成分按重量百分比計為C:0.0220.04、Si:0.0180.074、Mn:0.841.25、P:《0.020、S:《0.005、Cu:0.180.23、Ni:0.0360.23、Al:0.0580.12、Ti:0.0080.02、Ca:0.00120.0020，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)。2、高強度易成型輸電鐵塔用耐大氣腐蝕鋼主要包括的化學成分按重量百分比計為:C:0.0490.058、Si:0.0440.052、Mn:0.600.80、P:《0.020、S:《0.010、Cu:0.290.40、Ni:0.150.30、A1:0.060.10、Ti:0.020.025、Ca:0.00180.0028，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)。權(quán)利要求一種高強度易成型輸電鐵塔用耐大氣腐蝕鋼，其特征在于它主要包括的化學成分按重量百分比計為C0.02～0.058、Si0.018～0.10、Mn0.60～1.30、P≤0.025、S≤0.010、Cu0.15～0.40、Ni0.036～0.30、Al0.045～0.12、Ti0.005～0.06、Ca0.0010～0.0030，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)。2.—種高強度易成型輸電鐵塔用耐大氣腐蝕鋼，其特征在于它主要包括的化學成分按重量百分比計為:C:0.0220.04、Si:0.0180.074、Mn:0.841.25、P:《0.020、S:《0.005、Cu:0.180.23、Ni:0.0360.23、Al:0.0580.12、Ti:0.0080.02、Ca:0.00120.0020，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)。3.—種高強度易成型輸電鐵塔用耐大氣腐蝕鋼，其特征在于它主要包括的化學成分按重量百分比計為:C:0.0490.058、Si:0.0440.052、Mn:0.600.80、P:《0.020、S:《0.010、Cu:0.290.40、Ni:0.150.30、Al:0.060.10、Ti:0.020.025、Ca:0.00180.0028，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)。4.制備權(quán)利要求1或2或3所述高強度易成型輸電鐵塔用耐大氣腐蝕鋼的方法，其特征在于生產(chǎn)工藝流程依次為鐵水脫硫、轉(zhuǎn)爐冶煉、真空處理、連鑄、鑄坯清理、鑄坯下送、板坯加熱、粗軋、精軋、層流冷卻、巻取、精整入庫。5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述板坯加熱溫度為1250130(TC，加熱時間，150分鐘；所述粗軋階段的開軋溫度為1160122(TC，終軋溫度，1040誦。C，累計壓下率^70%，道次壓下率^15%;所述精軋階段的開軋溫度《980°C，終軋溫度，780860。C，后三道次累計壓下率^60%;所述層流冷卻的巻取溫度為580660°C。全文摘要本發(fā)明涉及一種高強度易成型輸電鐵塔用耐大氣腐蝕鋼及其制備方法，它主要包括的化學成分按重量百分比計為C0.02～0.058、Si0.018～0.10、Mn0.60～1.30、P≤0.025、S≤0.010、Cu0.15～0.40、Ni0.036～0.30、Al0.045～0.12、Ti0.005～0.06、Ca0.0010～0.0030，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明高強度易成型輸電鐵塔用耐大氣腐蝕鋼具有高強度、優(yōu)良的焊接性能、冷彎成型性能、低溫沖擊韌性及良好的耐大氣腐蝕性能。文檔編號C22C38/16GK101717891SQ20091027321公開日2010年6月2日申請日期2009年12月15日優(yōu)先權(quán)日2009年12月15日發(fā)明者劉志勇,宋育來,梁文,胡敏,陳吉清,陳邦文申請人:武漢鋼鐵(集團)公司