一种韧脆转变温度低的铁塔用角钢及生产方法

摘要

一种韧脆转变温度低的铁塔用角钢，其组分及wt%为：C：0.10～0.15%、Si：0.5～0.8%、Mn：1.3～1.6%、P≦0.015%、S≦0.015%、Ti：0.01～0.03%、V：0.03～0.06%、N≦0.005%、Nb：0.025～0.05%、Ca：0.001～0.007％、B：0.001～0.002%、镧系元素：0.001～0.005%、Als：0.015～0.035%；生产步骤：常规冶炼并铸坯；对铸坯自然堆垛冷却至室温；对铸坯加热；粗轧；精轧；自然空冷至室温待用。本发明的角钢韧脆转变温度低，转变温度在-50℃以下，完全满足在我国任何区域的使用，而且力学性能满足国标Q420的要求，表面质量优良，在现有装备无需改造的情况下可以大批量生产。

权利要求

1.一种韧脆转变温度低的高强度铁塔用角钢，其化学成分按重量比为：C：0.13～

0.15%、Si： 0.61～0.8%、Mn：1.3～1.6%、P≦0.015%、S≦0.015%、Ti：0.01～0.03%、V：0.03～

0.06%、N≦0.005%、Nb：0.025～0.05%、Ca：0.001～0.007％、B：0.001～0.002%、镧系元素：

0.001～0.005%、Als：0.015～0.035%，其余为Fe和不可避免的杂质元素。

2.生产权利要求1所述的一种韧脆转变温度低的高强度铁塔用角钢的方法，其步骤：

1）常规冶炼并铸坯，控制出钢温度在1670～1700℃，中包钢水温度控制在钢种液相温度线以上20～30℃，铸坯拉速不高于1.8m/min；

2）对铸坯进行自然堆垛冷却至室温；

3）对铸坯加热，控制均热段温度为：1033～1050℃或1100~1133℃，加热时间在103~

123min；

4）进行粗轧，并控制其开轧温度在：983～1083℃；

5）进行精轧，控制其终轧温度在788~858℃范围；

6）自然空冷至室温待用。

说明书

一种韧脆转变温度低的铁塔用角钢及生产方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种高强度铁塔用角钢及其生产方法，具体属于一种韧脆转变温度低的铁塔用角钢其生产方法。

背景技术

[0002] 输电铁塔用高强角钢主要应用于输电铁塔建设。通常将木结构、钢筋混凝土结构或钢柱式结构的杆形结构称为杆，钢的塔形结构称为塔。输电杆塔是支承架空输电线路导线和地线，并使它们之间以及与大地之间的距离在各种可能的大气环境下，符合电气绝缘安全和工频电磁场限制的杆形和塔形的构筑物。随着高压、特高压输电线路以及大截面导线输电线路的建设，输电铁塔向大载荷、大构件方向发展，使与之匹配的高强角钢的应用前景十分广阔。采用高强角钢可以减小构件截面，降低用钢量，节约工程成本，还能降低结构自重，即对于直线塔可降低塔重4%～6%，转角塔可降低塔重4%～7%，总体塔重可降低约5%。这对输电线路建设具有重大意义。

[0003] 随着经济的大发展，跨区域送电成为一种趋势。这就存在着温度变化巨大，就如我国来讲，南方与北方及高原高山地区冬季极端气温差别很大，北方及高原高山地区甚至会低于-40℃，这对输电用铁塔，即所用角钢的耐低温性能是一个巨大的考验。如果铁塔用角钢因温度低而引起脆断将严重影响人们的生活和工业生产。因此，开发出一种耐低温冲击的高强度角钢具有重要的经济和社会效益

[0004] 中国专利申请号为CN200910073969.0 的专利文献，公开了一种高强Q420C级铁塔角钢，其化学成分配比为：C 0.10～0.16％，Mn 1.15～1.45％，Si 0.30～0.50％，S、P≤0.025％，V 0.070～0.100％，Ti 0.004～0.010％，余量Fe，Ceq≤0.42％。该文献存在的不足是只提出了0℃的冲击韧性要求，且韧性较低，说明其韧脆转变温度很高，在-10℃左右，不能满足在更低温度下的严寒地区使用。

[0005] 中国专利申请号为CN201310441360.0的专利文献，公开了一种输电铁塔用耐低温冲击角钢，所述角钢化学成分的重量百分比为：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％，其余为Fe。其韧脆转变温度低于-50℃，但是其屈服强度低，不能满足高级别大规格输电塔的使用。

[0006] 中国专利申请号为CN201210135125.6的专利文献，公开了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%，并满足CEV=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15≤0.40%；其屈服强度大于550MPa，抗拉强度≥680MPa，断后伸长率≥24%，-40℃下冲击功≥55J。其冲击功在-40℃时都超过55J，但韧脆转变温度为-42℃，韧脆转变温度温度余量太小，在极端条件不能使用。

发明内容

[0007] 本发明针对上述现有技术存在的不足，提供一种在保证其力学性能满足国标Q420的要求的前提下，韧脆转变温度＜-50℃的韧脆转变温度低的铁塔用角钢及生产方法。

[0008] 实现上述目的的措施：

[0009] 一种韧脆转变温度低的铁塔用角钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.10～0.15%、Si： 0.5～0.8%、Mn：1.3～1.6%、P≦0.015%、S≦0.015%、Ti：0.01～0.03%、V：0.03～
0.06%、N≦0.005%、Nb：0.025～0.05%、Ca：0.001～0.007％、B：0.001～0.002%、镧系元素：
0.001～0.005%、Als：0.015～0.035%，其余为Fe和不可避免的杂质元素。

[0010] 生产一种韧脆转变温度低的角钢的方法，其步骤：

[0011] 1）常规冶炼并铸坯，控制出钢温度在1670～1700℃，中包钢水温度控制在钢种液相温度线以上20～30℃，铸坯拉速不高于1.8m/min；

[0012] 2）对铸坯进行自然堆垛冷却至室温；

[0013] 3）对铸坯加热，控制均热段温度为：1033～1133℃，加热时间在103~123min；

[0014] 4）进行粗轧，并控制其开轧温度在：983～1083℃；

[0015] 5）进行精轧，控制其终轧温度在788~858℃范围；

[0016] 6）自然空冷至室温待用。

[0017] 本发明中各元素及主要工序的作用

[0018] C：是扩大和稳定奥氏体元素，提高钢材强度最有效的元素，也能提高耐热钢的高温强度，但是当其含量低于0.10%时，会导致力学性能不足而增加合金添加量从而增加了生产成本，当其含量高0.15%，会产生塑性和韧性下降，尤其是冲击韧性明显下降，提高其韧脆转变温度，因此，本发明C选择在0.10~0.15%。

[0019] Si：是一种廉价的置换强化元素，可以显著提高钢的强度，屈服强度，但是Si会严重损害钢的低温韧性，提高韧脆转变温度，所以不宜太高，选择Si的范围在0.5～0.8%。

[0020] Mn：主要是固溶于铁素体中提高材料的强度，其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因硫引起的脆性，从而改善钢的加工性能，但锰含量过高时会使晶粒粗化的倾向，连铸和轧后控冷不当时容易产生白点，所以选择Mn的范围在1.3～1.6%。

[0021] P、S：作为有害元素，其含量越低越好。S含量过高，会形成大量的MnS夹杂，降低钢材的机械性能，因此含量越低越好，所以选择S的范围在≦0.025%；P易在晶界偏析，增加钢的脆性，使低温冲击性能大幅下降，因此含量越低越好，所以选择P的范围在≦0.025%。

[0022] B：钢中加入极少量的硼可以显著影响材料的性能，其抑制P、S偏析和沿晶断裂，提高冲击性能，改善夹杂物的形态和分布，硼溶入固溶体中使晶体点阵发生畸变，晶界上的硼又能阻止夹杂物进一步长大，使夹杂物变得细小，圆整，均匀分布于晶界，强化了晶界，使材料的韧性提高。当硼的含量大于0.003%时，其对钢的效果不再随含量的增加而增加，反而增加了成本，硼的含量控制在 0.001～0.002%范围。

[0023] Ti：是一种强烈的碳化物和氮化物形成元素，易形成细小的TiC和TiN等粒子，TiC和TiN非常稳定，能够有效的钉扎晶界，细化晶粒，并具有稳定再次加热的组织的作用。少量Ti就能使钢材的强度和低温韧性得到改善，当Ti的含量过高时，形成粗大的碳氮化物，反而对钢的冲击性能不好，提高韧脆转变温度，故Ti的范围在0.01～0.03%

[0024] Nb：是强碳化物型材元素，能够抑制热轧时奥氏体晶粒长大，细化组织，提高钢的综合力学性能，但Nb含量过高易使析出相粗大而弱化析出强化效果，而且会显著增加成本。选择范围Nb在 0.025～0.05%。

[0025] V：是微合金化钢最常用也是最有效的强化元素之一。钒的作用是通过形成VN、V (CN)来影响钢的组织和性能，它主要是在奥氏体晶界的铁素体中沉淀析出，细化铁素体晶粒，从而提高材料的强度和低温韧性。V低于0.03%时，析出强化效果不能够满足力学性能要求，V高于0.05%时，析出强化使强度太高而导致韧性变差。

[0026] Al：是作为炼钢时的脱氧定氮剂，Al与钢中的N形成细小难溶AlN质点，起到阻抑作用，进而细化铁素体晶粒，Al含量过低，细化作用不明显，Al含量过高，降低了钢液的流动性，形成大量的Al2O3会在水口结瘤，从而堵住水口，所以选择Al的范围在0.015～0.035%。

[0027] Ca：可以净化钢液，提高钢的纯净度，使钢的MnS球化，发挥材料的潜能，其含量过高时，易形成粗大的非金属夹杂物，所以选择范围在0.001～0.007%。

[0028] 镧系元素：在本申请中，通过其净化晶界和变质夹杂物，将提高晶界的强度，减少裂纹通过缺陷的贯通而扩展的可能，从而使材料承受冲击载荷时可以吸收更多的裂纹扩展的能量，进而使本申请的韧脆转变温度降低。但是其含量如高于0.005%，将会弱化晶界，形成脆硬的磷化物、铁-稀土金属间化合物等，从而恶化材料的冲击性能，并对降低韧脆转变温度不利。所以选择在0.001～0.005%范围。

[0029] 之所以采用了开轧温度在：1000～1100℃， 精轧终轧温度在820～880℃的范围，目的是终轧温度更接近相变温度，钢坯的原始奥氏体晶粒较小，通过轧制变形使相应的轧制终了的奥氏体晶粒也较小，因而使晶粒得到细化，综合性能得到改善，同时也有利于钒、铌的析出物析出更加细小和弥散。

[0030] 本发明与现有技术相比，其角钢韧脆转变温度低，转变温度在-50℃以下，完全满足在我国任何区域的使用，而且力学性能满足国标Q420的要求，表面质量优良，在现有装备无需改造的情况下可以大批量生产。

附图说明

[0031] 附图为本发明的冲击断口形貌图；

[0032] 本发明的冲击微观断口在整个断面上均呈等轴韧窝状，大而深的韧窝分布比较均匀并且数量也较多，在大韧窝里面还有小韧窝，显示出钢材具有较高的韧性。

具体实施方式

[0033] 下面对本发明予以详细描述：

[0034] 表1为本发明各实施例及对比例的取值列表；

[0035] 表2为本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表；

[0036] 表3为本发明各实施例及对比例性能检测情况列表。

[0037] 本发明各实施例按照以下步骤生产：

[0038] 1）常规冶炼并铸坯，控制出钢温度在1670～1700℃，中包钢水温度控制在钢种液相温度线以上20～30℃，铸坯拉速不高于1.8m/min；

[0039] 2）对铸坯进行自然堆垛冷却至室温；

[0040] 3）对铸坯加热，控制均热段温度为：1033～1133℃，加热时间在103~123min；

[0041] 4）进行粗轧，并控制其开轧温度在：983～1083℃；

[0042] 5）进行精轧，控制其终轧温度在788~858℃范围；

[0043] 6）自然空冷至室温待用。

[0044] 需要说明的是本申请在铸坯进行自然堆垛冷却阶段及精轧之后严禁向表面浇水。

[0045] 以下试验生产的厚度规格在16~35mm。

[0046] 表1  本发明实施例与比较例的化学成分列表（wt%）

[0047]

[0048] 表2  本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表

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[0050] 注：本发明钢种的参考液相温度为1505℃

[0051] 表3  本发明各实施例及对比例的力学性能对比列表

[0052]

[0053] 从表3可以看出，在常温下，本发明的力学性能与目前生产的钢性能相当，但韧脆转变温度更低，即在-50℃以下，说明本发明钢的低温韧性要大大优良与普通对比角钢，完成能够满足在我国任意地区建造输电铁塔在冬季使用的要求。

[0054] 上述实施例仅为最佳例举，而并非是对本发明的实施方式的限定。