一种抗严寒高强度热轧角钢及其生产方法

摘要

本发明涉及一种抗严寒高强度热轧角钢及生产方法。其组分及重量百分比含量：C：0.06%～0.20%，Si：0.20%～0.50%，Mn：1.10%～1.50%，P≤0.015%，S≤0.010%，V：0.030%～0.070%，Nb：0.015%～0.050%，Ni：0.10%～0.60%，并满足CEV=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15≤0.40%；其工艺：冶炼；造渣；吹氩；连铸；对铸坯加热；热轧；冷却至室温。本发明完全能满足-40℃环境对输电铁塔的要求，其屈服强度大于550MPa，抗拉强度≥680MPa，断后伸长率≥24%，-40℃夏比冲击功≥55J，实际晶粒度级别≥10级，具有高强度、细晶粒、韧性好的特点，并能制备边宽在280mm及以上的超高压输电铁塔用角钢。

权利要求

1.一种抗严寒高强度热轧角钢，其组分及重量百分比含量：C：0.06~0.11%或0.2%，Si：0.20~0.28%，Mn：1.10~1.35%或1.42%或1.5%，P≤0.015%，S≤0.010%，V：0.030%或

0.042~0.070%，Nb：0.015~0.026，Ni：0.10%～0.22%，其余为Fe及不可避免的杂质，并满足CEV= C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15≤0.40%；-40℃夏比冲击功大于55J，屈服强度≥550MPa。

2.生产权利要求1所述的一种抗严寒高强度热轧角钢的方法，其步骤：

1）冶炼，控制钢水过热度≤15℃；在钢水流出量为1/4时，一次性按设定量加入Ni；

2）进行造渣，控制渣的碱度在3.6～4.0；

3）进行吹氩，吹氩时间不低于4分钟；

4）进行连铸，控制浇注温度在1530～1550℃，并电磁搅拌均匀；

5）对铸坯加热，加热温度在1220～1250℃；

6）进行热轧，控制开轧温度在1150～1200℃，在温度不高于900℃下控制变形量不低于75%，终轧温度在750～800℃；

7）冷却至室温，控制冷却速度在8～10℃/秒。

说明书

一种抗严寒高强度热轧角钢及其生产方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种型钢及其生产方法，具体属于一种抗严寒高强度热轧角钢及生产方法。

背景技术

[0002] 角钢主要用于输电铁塔建设。输电铁塔建设材料有角钢和圆管两种，角钢主要应用于直流线路输电铁塔，在1000千伏及以上交流线路多采用钢管塔。由于输电铁塔多在山区使用，钢管塔结构复杂，角钢塔运输及保养方便、成本低，综合考虑运输、维护、造价等因素，角钢塔使用更为广泛。

[0003] 目前我国高压、超高压铁塔都采用边宽在200mm以下的双拼或四拼小角钢组合而成，这种铁塔不仅造价高，而且安全性能较低，目前使用的铁塔用角钢屈服强度级别在235MPa～420MPa，质量等级为B级，即只考虑室温情况下角钢冲击性能。由于我国北方资源丰富，根据国家电力发展规划，在火力或风力资源丰富的地区发电，通过输电线路将电力输送到东南等电力需求量大地区。由于我国新疆、东北等地冬季漫长，气温可达-30℃，并且北方冬季风力大，在风力作用下，角钢输电铁塔承受巨大的剪切力和拉力，因此从北方输送到南方的输电铁塔，需要使用无拼接、耐严寒环境、抗拉力和剪切力作用的超大规格高强度热轧角钢。

[0004] 专利申请号CN200910073968.6中涉及了一种Q460级低合金高强度角钢及生产工艺，该钢种未采用细化晶粒和提高韧性的元素Nb和Ni，因此生产出产品晶粒粗大，无法实现同时具备高强度和高韧性的特性；其中碳当量（Ceq≤0.46%）较高，焊接性能差；该钢种不适合在低温环境下使用。

[0005] 专利申请号CN200910073969.0中公开了一种高强Q420C级铁塔角钢及生产工艺，该钢种屈服强度≥420MPa，强度较低；提出了0℃冲击韧性的要求，不适用于更低温度下的严寒地区；钢中添加0.004~0.010%Ti，容易形成Ti夹杂物，对钢的强度和安全性造成影响。

发明内容

[0006] 本发明的目的克服目前建设输电铁塔用角钢强度低、韧性差的缺点的不足，提供一种在严寒气候即气温≤-40℃条件下、大风雪环境中，热轧角钢的屈服强度要≥520MPa、断后伸长率≥22%，晶粒度≥10级，且适用于角钢边宽在280毫米及以上大规格的一种抗严寒高强度热轧角钢及生产方法。

[0007] 实现上述目的的措施：

[0008] 一种抗严寒高强度热轧角钢，其组分及重量百分比含量：C：0.06%～0.20%，Si：0.20%～0.50%，Mn：1.10%～1.50%，P≤0.015%，S≤0.010%，V：0.030%～0.070%，Nb：
0.015%～0.050%，Ni：0.10%～0.60%，其余为Fe及不可避免的杂质，并满足CEV= C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15≤0.40%；-40℃夏比冲击功大于55J，屈服强度≥550MPa。

[0009] 生产一种抗严寒高强度热轧角钢的方法，其步骤：

[0010] 1）冶炼，控制钢水过热度≤15℃；在钢水流出量为1/4时，一次性按设定量加入Ni；

[0011] 2）进行造渣，控制渣的碱度在3.6～4.0；

[0012] 3）进行吹氩，吹氩时间不低于4分钟；

[0013] 4）进行连铸，控制浇注温度在1530～1550℃，并电磁搅拌均匀；

[0014] 5）对铸坯加热，加热温度在1220～1250℃；

[0015] 6）进行热轧，控制开轧温度在1150～1200℃，在温度不高于900℃下控制变形量不低于75%，终轧温度在750～800℃；

[0016] 7）冷却至室温，控制冷却速度在8～10℃/秒。

[0017] 以下详述本发明中 C、Si、Mn、P、S、V、Nb、Ti、CEV限定量的理由：

[0018] 碳（C）：C是提高钢强度的主要元素，随着碳含量的增加，钢的强度随之提高，但钢的韧性和可焊性下降。本发明要求角钢既要有高强度又要有良好的焊接性能，设计钢的碳含量不宜过高也不能太低，因此将C含量目标值控制在0.06%～0.20%。

[0019] 硅（Si）：Si以固溶体形态存在铁素体或奥氏体中，缩小奥氏体相区。Si可以显著提高钢的弹性极限、屈服强度，但Si易使钢中形成带状组织，使横向性能低于纵向性能，故Si含量尽不宜过高，因此将Si含量控制在0.20%～0.50%。

[0020] 锰（Mn）：锰固溶于铁素体或奥氏体中，锰强化铁素体或奥氏体的作用不及碳，但在增加强度的同时，对钢的延展性没有影响。锰又是良好的脱氧剂和脱硫剂，含有一定量的锰可以消除或减弱钢因硫引起的脆性，从而改善钢的加工性能。但当锰含量较高时，有使钢晶粒粗化的倾向，因此将Si含量控制在1.10%～1.50%。

[0021] S（硫）、P（磷）：S、P是强烈的裂纹敏感性元素，S含量过高，会形成大量的MnS，MnS在钢液凝固时易在晶界析出，在热轧时被轧成带状夹杂，降低了钢材的延展性及韧性，因此S含量越低越好，S含量目标值控制在≤0.010%。P能够提高低温脆性转变温度，使钢的低温冲击性能大幅下降，因此要求P≤0.015%。

[0022] 钒（V）：钒在钢中所起的作用主要是细化钢的组织和晶粒。提高晶粒粗化温度，从而降低钢的过热敏感性，提高钢的强度和韧性。在高温时把钒溶入奥氏体能增加钢的淬透性。钒在奥氏体中有很大的溶解度，几乎对热变形工艺没有影响，它主要是在冷却过程析出，通过析出强化提高钢的强化水平。

[0023] 铌（Nb）：钢中加入Nb可以提高其屈服强度和冲击韧性，降低脆性转变温度。加热时，Nb可以阻止奥氏体晶粒长大，添加一定量的Nb可以将钢的再结晶温度提高到950℃左右，通过控制轧制细化晶粒，同时提高钢的强度和韧性。当Nb含量大于0.050%时，不仅细化晶粒作用不明显，而且钢中易出现Nb的夹杂物，降低钢的强度和冲击韧性。

[0024] 镍（Ni）：镍和铁无限固溶，镍扩大铁的奥氏体区，是形成稳定奥氏体的主要元素。镍强化铁素体并细化和增多珠光体，提高钢的强度和钢的抗疲劳力，减少钢对缺口的敏感性，降低钢的低温脆化转变温度。如其含量低于0.10%，对于提高本钢种的低温冲击性能不明显；由于镍的价格较高，又属于稀有资源，如含量高于0.60%，则会提高成本和造成资源的浪费。

[0025] 碳当量（CEV）：碳当量越低，钢的焊接性能越好，角钢在加工成铁塔过程中，需要进行大量的焊接，因此在保证强度的基础上，降低碳和合金含量，控制碳当量CEV≤0.40%。

[0026] 本发明与现有技术相比，完全能满足-40℃环境输电铁塔建设的要求，其屈服强度大于550MPa，最高到635MPa，抗拉强度≥680MPa，最高到750MPa，断后伸长率≥24%，-40℃夏比冲击功≥55J，实际晶粒度级别≥10级，具有高强度、细晶粒、韧性好的特点，并能制备边宽在280mm及以上的超高压输电铁塔用角钢，为电力行业发展材料选取方面提供有力的保证。

具体实施方式

[0027] 下面对本发明予以详细描述：

[0028] 实施例1

[0029] 生产边长为280毫米的等边角钢，其组分及重量百分比含量： C：0.06%，Si：0.20%，Mn：1.50%，P：0.0148%，S：0.010%，V：0.030%，Nb：0.015%，Ni：0.60%，其余为Fe及不可避免的杂质，并满足CEV= C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15=0.356%≤0.40%。

[0030] 其生产步骤：

[0031] 1）冶炼，钢水过热度为15℃；在钢水流出量为1/4时，一次性按设定量加入Ni；

[0032] 2）进行造渣，控制渣的碱度在3.6；

[0033] 3）进行吹氩，吹氩时间为4.5分钟；

[0034] 4）进行连铸，控制浇注温度在1530～1535℃，并电磁搅拌均匀；

[0035] 5）对铸坯加热，加热温度在1220～1225℃；

[0036] 6）进行热轧，开轧温度在1150～1155℃，在温度为850℃下控制变形量为75%，终轧温度在750～755℃；

[0037] 7）冷却至室温，控制冷却速度在8℃/秒。

[0038] 实施例2

[0039] 生产边长为290毫米的等边角钢，其组分及重量百分比含量： C：0.081%，Si：0.28%，Mn：1.420%，P：0.0146%，S：0.0096%，V：0.042%，Nb：0.026%，Ni：0.22%，其余为Fe及不可避免的杂质，并满足CEV= C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15=0.34%≤0.40%。

[0040] 其生产步骤：

[0041] 1）冶炼，钢水过热度为12℃；在钢水流出量为1/4时，一次性按设定量加入Ni；

[0042] 2）进行造渣，控制渣的碱度在3.8；

[0043] 3）进行吹氩，吹氩时间为5分钟；

[0044] 4）进行连铸，控制浇注温度在1540～1545℃，并电磁搅拌均匀；

[0045] 5）对铸坯加热，加热温度在1230～1235℃；

[0046] 6）进行热轧，开轧温度在1160～1165℃，在温度为885℃下控制变形量为78%，终轧温度在760～765℃；

[0047] 7）冷却至室温，控制冷却速度在9℃/秒。

[0048] 实施例3

[0049] 生产边长为300毫米的等边角钢，其组分及重量百分比含量：C：0.11%，Si：0.36%，Mn：1.35%，P：0.0142%，S：0.009%，V：0.051%，Nb：0.033%，Ni：0.48%，其余为Fe及不可避免的杂质，并满足CEV= C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15=0.377%≤0.40%。

[0050] 其生产步骤：

[0051] 生产边长为300毫米的等边角钢，

[0052] 1）冶炼，钢水过热度为13℃；在钢水流出量为1/4时，一次性按设定量加入Ni；

[0053] 2）进行造渣，控制渣的碱度在4.0；

[0054] 3）进行吹氩，吹氩时间为6分钟；

[0055] 4）进行连铸，控制浇注温度在1535～1540℃，并电磁搅拌均匀；

[0056] 5）对铸坯加热，加热温度在1245～1250℃；

[0057] 6）进行热轧，开轧温度在1172～1177℃，在温度为895℃下控制变形量为80%，终轧温度在785～790℃；

[0058] 7）冷却至室温，控制冷却速度在10℃/秒。

[0059] 实施例4

[0060] 生产边长为280毫米×125毫米的不等边角钢，其组分及重量百分比含量：C：0.131%，Si：0.43%，Mn：1.22%，P：0.0132%，S：0.0089%，V：0.07%，Nb：0.045%，Ni：0.60%，其余为Fe及不可避免的杂质，并满足CEV= C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15=0.388%≤0.40%。

[0061] 其生产步骤：

[0062] 1）冶炼，钢水过热度为8℃；在钢水流出量为1/4时，一次性按设定量加入Ni；

[0063] 2）进行造渣，控制渣的碱度在3.6；

[0064] 3）进行吹氩，吹氩时间为6.5分钟；

[0065] 4）进行连铸，控制浇注温度在1545～1550℃，并电磁搅拌均匀；

[0066] 5）对铸坯加热，加热温度在1238～1243℃；

[0067] 6）进行热轧，开轧温度在1195～1200℃，在温度为885℃下控制变形量为79%，终轧温度在795～800℃；

[0068] 7）冷却至室温，控制冷却速度在9℃/秒。

[0069] 实施例5

[0070] 生产边长为295毫米的等边角钢，其组分及重量百分比含量：C：0.2%，Si：0.50%，Mn：1.10%，P：0.013%，S：0.009%，V：0.03%，Nb：0.05%，Ni：0.10%，其余为Fe及不可避免的杂质，并满足CEV= C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15=0.396≤0.40%。

[0071] 其生产步骤：

[0072] 1）冶炼，钢水过热度为5℃；在钢水流出量为1/4时，一次性按设定量加入Ni；

[0073] 2）进行造渣，控制渣的碱度在3.8；

[0074] 3）进行吹氩，吹氩时间为5分钟；

[0075] 4）进行连铸，控制浇注温度在1535～1540℃，并电磁搅拌均匀；

[0076] 5）对铸坯加热，加热温度在1245～1250℃；

[0077] 6）进行热轧，开轧温度在1191～1196℃，在温度为850℃下控制变形量为81%，终轧温度在788～793℃；

[0078] 7）冷却至室温，控制冷却速度在9℃/秒。

[0079] 表1为上述各实施例检测后的性能结果统计列表。

[0080] 表1 各实施例检测后的性能结果统计列表

[0081]