一種韌脆轉(zhuǎn)變溫度低的鐵塔用角鋼及生產(chǎn)方法
【專利摘要】一種韌脆轉(zhuǎn)變溫度低的鐵塔用角鋼，其組分及wt%為：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%、鑭系元素：0.001～0.005%、Als：0.015～0.035%；生產(chǎn)步驟：常規(guī)冶煉并鑄坯；對(duì)鑄坯自然堆垛冷卻至室溫；對(duì)鑄坯加熱；粗軋；精軋；自然空冷至室溫待用。本發(fā)明的角鋼韌脆轉(zhuǎn)變溫度低，轉(zhuǎn)變溫度在-50℃以下，完全滿足在我國(guó)任何區(qū)域的使用，而且力學(xué)性能滿足國(guó)標(biāo)Q420的要求，表面質(zhì)量?jī)?yōu)良，在現(xiàn)有裝備無(wú)需改造的情況下可以大批量生產(chǎn)。
【專利說(shuō)明】一種韌脆轉(zhuǎn)變溫度低的鐵塔用角鋼及生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高強(qiáng)度鐵塔用角鋼及其生產(chǎn)方法，具體屬于一種韌脆轉(zhuǎn)變溫度低的鐵塔用角鋼其生產(chǎn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]輸電鐵塔用高強(qiáng)角鋼主要應(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(chǎng)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，使與之匹配的高強(qiáng)角鋼的應(yīng)用前景十分廣闊。采用高強(qiáng)角鋼可以減小構(gòu)件截面，降低用鋼量，節(jié)約工程成本，還能降低結(jié)構(gòu)自重，即對(duì)于直線塔可降低塔重4%~6%，轉(zhuǎn)角塔可降低塔重4%~7%，總體塔重可降低約5%ο這對(duì)輸電線路建設(shè)具有重大意義。
[0003]隨著經(jīng)濟(jì)的大發(fā)展，跨區(qū)域送電成為一種趨勢(shì)。這就存在著溫度變化巨大，就如我國(guó)來(lái)講，南方與北方及高原高山地區(qū)冬季極端氣溫差別很大，北方及高原高山地區(qū)甚至?xí)陀赺40°C，這對(duì)輸電用鐵塔，即所用角鋼的耐低溫性能是一個(gè)巨大的考驗(yàn)。如果鐵塔用角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)。因此，開發(fā)出一種耐低溫沖擊的高強(qiáng)度角鋼具有重要的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益
中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮镃N200910073969.0的專利文獻(xiàn)，公開了一種高強(qiáng)Q420C級(jí)鐵塔角鋼，其化學(xué)成分配比為:C 0.10~0.16%，Mn L 15~L 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%。該文獻(xiàn)存在的不足是只提出了 0°C的沖擊韌性要求，且韌性較低，說(shuō)明其韌脆轉(zhuǎn)變溫度很高，在-10°C左右，不能滿足在更低溫度下的嚴(yán)寒地區(qū)使用。
[0004]中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮镃N201310441360.0的專利文獻(xiàn)，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%，S1:0.01 ~0.05 %，V:0.02 ~0.10 %，N1:0.02 ~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。其韌脆轉(zhuǎn)變溫度低于_50°C，但是其屈服強(qiáng)度低，不能滿足高級(jí)別大規(guī)格輸電塔的使用。
[0005]中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮镃N201210135125.6的專利文獻(xiàn)，公開了一種抗嚴(yán)寒高強(qiáng)度熱軋角鋼，其組分及重量百分比含量:c:0.06%~0.20%, S1:0.20%~0.50%, Mn:1.10%~
1.50%, P ≤0.015%, S ≤ 0.010%, V:0.030% ~0.070%, Nb:0.015% ~0.050%, N1:0.10% ~
0.60%,并滿足 CEV=C+Mn/6+ (Cr+Mo+V) /5+ (Ni+Cu)/15 ( 0.40% ;其屈服強(qiáng)度大于 550MPa，抗拉強(qiáng)度≤680MPa，斷后伸長(zhǎng)率≤24%，_40°C下沖擊功≥55J。其沖擊功在_40°C時(shí)都超過(guò)55J，但韌脆轉(zhuǎn)變溫度為_42°C，韌脆轉(zhuǎn)變溫度溫度余量太小，在極端條件不能使用。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本發(fā)明針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種在保證其力學(xué)性能滿足國(guó)標(biāo)Q420的要求的前提下，韌脆轉(zhuǎn)變溫度<-50°C的韌脆轉(zhuǎn)變溫度低的鐵塔用角鋼及生產(chǎn)方法。
[0007]實(shí)現(xiàn)上述目的的措施:
一種韌脆轉(zhuǎn)變溫度低的鐵塔用角鋼，其組分及重量百分比含量為:c:0.10~0.15%、Si: 0.5 ~0.8%, Mn:1.3 ~1.6%、P ^ 0.015%、S ^ 0.015%、T1:0.01 ~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%、鑭系元素:0.001~0.005%、Als:0.015~0.035%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)元素。
[0008]生產(chǎn)一種韌脆轉(zhuǎn)變溫度低的角鋼的方法，其步驟:
1)常規(guī)冶煉并鑄還，控制出鋼溫度在1670~1700°C，中包鋼水溫度控制在鋼種液相溫度線以上20~30°C，鑄坯拉速不高于1.8m/min ；
2)對(duì)鑄坯進(jìn)行自然堆垛冷卻至室溫；
3)對(duì)鑄坯加熱，控制均熱段溫度為:1033~1133°C，加熱時(shí)間在103~123min；
4)進(jìn)行粗軋，并控制其開軋溫度在:983~1083°C；
5)進(jìn)行精軋，控制其終軋溫度在788~858°C范圍；
6)自然空冷至室溫待用。
[0009]本發(fā)明中各元素及主要工序的作用
C:是擴(kuò)大和穩(wěn)定奧氏體兀素，提聞鋼材強(qiáng)度最有效的兀素，也能提聞耐熱鋼的聞溫強(qiáng)度，但是當(dāng)其含量低于0.10%時(shí)，會(huì)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0.15%，會(huì)產(chǎn)生塑性和韌性下降，尤其是沖擊韌性明顯下降，提高其韌脆轉(zhuǎn)變溫度，因此，本發(fā)明C選擇在0.10-θ.15%。
[0010]S1:是一種廉價(jià)的置換強(qiáng)化元素，可以顯著提高鋼的強(qiáng)度，屈服強(qiáng)度，但是Si會(huì)嚴(yán)重?fù)p害鋼的低溫韌性，提高韌脆轉(zhuǎn)變溫度，所以不宜太高，選擇Si的范圍在0.5~0.8%。
[0011]Mn:主要是固溶于鐵素體中提高材料的強(qiáng)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(guò)高時(shí)會(huì)使晶粒粗化的傾向，連鑄和軋后控冷不當(dāng)時(shí)容易產(chǎn)生白點(diǎn)，所以選擇Mn的范圍在1.3~
1.6%。
[0012]P、S:作為有害元素,其含量越低越好。S含量過(guò)高,會(huì)形成大量的MnS夾雜，降低鋼材的機(jī)械性能，因此含量越低越好，所以選擇S的范圍在S 0.025% ;Ρ易在晶界偏析，增加鋼的脆性，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=0.025%。
[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(diǎn)陣發(fā)生畸變，晶界上的硼又能阻止夾雜物進(jìn)一步長(zhǎng)大，使夾雜物變得細(xì)小，圓整，均勻分布于晶界，強(qiáng)化了晶界，使材料的韌性提高。當(dāng)硼的含量大于0.003%時(shí)，其對(duì)鋼的效果不再隨含量的增加而增加，反而增加了成本，硼的含量控制在0.001~0.002%范圍。
[0014]T1:是一種強(qiáng)烈的碳化物和氮化物形成元素，易形成細(xì)小的TiC和TiN等粒子，TiC和TiN非常穩(wěn)定，能夠有效的釘扎晶界，細(xì)化晶粒，并具有穩(wěn)定再次加熱的組織的作用。少量Ti就能使鋼材的強(qiáng)度和低溫韌性得到改善，當(dāng)Ti的含量過(guò)高時(shí)，形成粗大的碳氮化物，反而對(duì)鋼的沖擊性能不好，提高韌脆轉(zhuǎn)變溫度，故Ti的范圍在0.01~0.03%Nb:是強(qiáng)碳化物型材元素，能夠抑制熱軋時(shí)奧氏體晶粒長(zhǎng)大，細(xì)化組織，提高鋼的綜合力學(xué)性能，但Nb含量過(guò)高易使析出相粗大而弱化析出強(qiáng)化效果，而且會(huì)顯著增加成本。選擇范圍Nb在0.025~0.05%。
[0015]V:是微合金化鋼最常用也是最有效的強(qiáng)化元素之一。釩的作用是通過(guò)形成VN、V(CN)來(lái)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(qiáng)度和低溫韌性。V低于0.03%時(shí)，析出強(qiáng)化效果不能夠滿足力學(xué)性能要求，V高于0.05%時(shí)，析出強(qiáng)化使強(qiáng)度太高而導(dǎo)致韌性變差。
[0016]Al:是作為煉鋼時(shí)的脫氧定氮?jiǎng)?，Al與鋼中的N形成細(xì)小難溶AlN質(zhì)點(diǎn)，起到阻抑作用，進(jìn)而細(xì)化鐵素體晶粒，Al含量過(guò)低，細(xì)化作用不明顯，Al含量過(guò)高，降低了鋼液的流動(dòng)性，形成大量的Al2O3會(huì)在水口結(jié)瘤，從而堵住水口，所以選擇Al的范圍在0.015~
0.035%。
[0017]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(guò)高時(shí)，易形成粗大的非金屬夾雜物，所以選擇范圍在0.001~0.007%。
[0018]鑭系元素:在本申請(qǐng)中，通過(guò)其凈化晶界和變質(zhì)夾雜物，將提高晶界的強(qiáng)度，減少裂紋通過(guò)缺陷的貫通而擴(kuò)展的可能，從而使材料承受沖擊載荷時(shí)可以吸收更多的裂紋擴(kuò)展的能量，進(jìn)而使本申請(qǐng)的韌脆轉(zhuǎn)變溫度降低。但是其含量如高于0.005%，將會(huì)弱化晶界，形成脆硬的磷化物、鐵-稀土金屬間化合物等，從而惡化材料的沖擊性能，并對(duì)降低韌脆轉(zhuǎn)變溫度不利。所以選擇在0.001~0.005%范圍。
[0019]之所以采用了開軋溫度在:1000~1100°C，精軋終軋溫度在820~880°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(guò)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(shí)也有利于釩、鈮的析出物析出更加細(xì)小和彌散。
[0020]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其角鋼韌脆轉(zhuǎn)變溫度低，轉(zhuǎn)變溫度在-50°C以下，完全滿足在我國(guó)任何區(qū)域的使用，而且力學(xué)性能滿足國(guó)標(biāo)Q420的要求，表面質(zhì)量?jī)?yōu)良，在現(xiàn)有裝備無(wú)需改造的情況下可以大批量生產(chǎn)。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0021]附圖為本發(fā)明的沖擊斷口形貌圖；
本發(fā)明的沖擊微觀斷口在整個(gè)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(shí)施方式】
[0022]下面對(duì)本發(fā)明予以詳細(xì)描述:
表1為本發(fā)明各實(shí)施例及對(duì)比例的取值列表；
表2為本發(fā)明各實(shí)施例及對(duì)比例的主要工藝參數(shù)列表；
表3為本發(fā)明各實(shí)施例及對(duì)比例性能檢測(cè)情況列表。
[0023]本發(fā)明各實(shí)施例按照以下步驟生產(chǎn):
I)常規(guī)冶煉并鑄還，控制出鋼溫度在1670~1700°C，中包鋼水溫度控制在鋼種液相溫度線以上20~30°C，鑄坯拉速不高于1.8m/min ；2)對(duì)鑄坯進(jìn)行自然堆垛冷卻至室溫；
3)對(duì)鑄坯加熱，控制均熱段溫度為:1033~1133°C，加熱時(shí)間在103~123min；
4)進(jìn)行粗乳，并控制其開乳溫度在:983~1083 ；
5)進(jìn)行精乳，控制其終乳溫度在788~858°C范圍；
6)自然空冷至室溫待用。
[0024]需要說(shuō)明的是本申請(qǐng)?jiān)阼T坯進(jìn)行自然堆垛冷卻階段及精乳之后嚴(yán)禁向表面澆水。
[0025]以下試驗(yàn)生產(chǎn)的厚度規(guī)格在16~35mm。
[0026]表1 本發(fā)明實(shí)施例與比較例的化學(xué)成分列表(wt%)
【權(quán)利要求】
1.一種韌脆轉(zhuǎn)變溫度低的高強(qiáng)度鐵塔用角鋼，其化學(xué)成分按重量比為:c:0.10~0.15%、Si: 0.5 ~0.8%、Mn: 1.3 ~1.6%、P 蘭 0.015%、S 蘭 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%、鑭系元素:0.001~0.005%、Als:0.015~0.035%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)元素。
2.生產(chǎn)權(quán)利要求1所述的一種韌脆轉(zhuǎn)變溫度低的高強(qiáng)度鐵塔用角鋼的方法，其步驟: 1)常規(guī)冶煉并鑄還，控制出鋼溫度在1670~1700°C，中包鋼水溫度控制在鋼種液相溫度線以上20~30°C，鑄坯拉速不高于1.8m/min ； 2)對(duì)鑄坯進(jìn)行自然堆垛冷卻至室溫； 3)對(duì)鑄坯加熱，控制均熱段溫度為:1033~1133°C，加熱時(shí)間在103~123min； 4)進(jìn)行粗軋，并控制其開軋溫度在:983~1083°C； 5)進(jìn)行精軋，控制其終軋溫度在788~858°C范圍； 6)自然空冷至 室溫待用。
【文檔編號(hào)】C22C38/14GK104073721SQ201410335425
【公開日】2014年10月1日 申請(qǐng)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(qǐng)人:武漢鋼鐵(集團(tuán))公司