專利名稱：高強度高韌性電力通信桿用鋼及其加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力及通信桿用鋼，尤其涉及一種屈服強度為520MPa級低溫高韌性 電力通信桿用鋼及其加工方法，屬于低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼制造技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著城市化建設(shè)的不斷加快以及對城市美化的要求，對城市電力桿及通信桿的要 求也越來越高，要求其采用高強度薄規(guī)格的產(chǎn)品代替?zhèn)鹘y(tǒng)低強度厚規(guī)格的產(chǎn)品。目前電力 及通信桿用鋼的屈服強度級別一般為345MPa、390MPa，少數(shù)為420MPa級別。申請?zhí)枮?00810197267. 9的中國專利申請公開了一種高強度高韌性_50°C低溫 鋼及其制造方法，成分百分比為:C 0. 12 0. 20，Si 0. 15 0. 50，Mn 1. 20 1. 70，P ≤ 0. 015，S ≤ 0. 010，Ni 0. 30 1. 00，Ti 0. 005 0. 050，Al 0. 005 0. 10，Nb 0. 010
0.050，此外還含有 V ≤ 0. 10，Cu ≤ 1. 0，Mo ≤ 0. 50，Zr ≤ 0. 040，RE ≤ 0. 020 中的一 種或一種以上。其中C含量高，因此冷裂紋指數(shù)偏高。申請?zhí)枮?00710113911. 5的中國專利申請公開了一種高強度耐候低合金電力桿 用鋼及其制備方法，成分重量百分比為=C 0. 06 0. 12%, Si 0. 15 0. 35%, Mn 1. 0
1.40%,S ≤ 0. 030%,P ≤ 0. 030%,Cu 0. 15 0. 30%,Al < 0. 04%,Nb 0. 01 0. 03%；
利用現(xiàn)有設(shè)備和常規(guī)工藝生產(chǎn)，經(jīng)過復(fù)吹轉(zhuǎn)爐冶煉、LF鋼包精煉、軟吹氬、板坯連鑄，通過調(diào) 整部分元素含量，進(jìn)行微合金化處理，控制軋制工藝條件，生產(chǎn)出經(jīng)濟(jì)耐候鋼。其Si含量在 0. 15 0. 35%，不利于提高鋼的成型性、焊接性、韌性和塑性，材料的屈服強度在480MPa以 下，材料的綜合機械性有待改善。申請?zhí)枮?00510045624. 6的中國專利申請公開了一種經(jīng)濟(jì)型耐候鋼，成分為C 0. 12 0. 21%、Si :0. 2 2. 0%、Mn :0. 7 2. 0%、S ≤ 0. 036%,P ^ 0. 034%,Cu :0. 10 0. 40%, Al < 0. 2%，其余為Fe和微量雜質(zhì)。通過Cu、Mn、Si、Al等合金化，并簡單調(diào)整普 通低碳鋼(Q235鋼)的部分元素含量，在不需改變Q235鋼生產(chǎn)工藝條件下，生產(chǎn)出耐大氣 腐蝕性能的經(jīng)濟(jì)耐候鋼。其C含量較高，焊接性能不佳，材料的屈服強度只達(dá)到345MPa級 別，-200C V型沖擊功只有27J。當(dāng)前，隨著電力及通信桿朝著大型化方向發(fā)展，需承載較大的載荷，為此，電力及通 信桿的重量也不斷增加。在此情況下，若使用更高強度的鋼材，不僅可降低電力及通信桿主材 的重量，還可減小橫擔(dān)材料的規(guī)格。因此，制造出更高強度的電力通信桿用鋼，具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種屈服強度為520MPa級別的 高強度高韌性電力通信桿用鋼及其加工方法，該材料應(yīng)具有高強度、高韌性、良好焊接性、 優(yōu)良的表面涂鍍性等綜合性能。本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)高強度高韌性電力通信桿用鋼，特點是其成分的質(zhì)量百分含量如下——
C0. 05 0. 09%,
Si彡 0. 03%,
Mn1. 15 1. 35%,
P彡 0. 025%,
S^ 0. 015%,
Nb0. 040 0. 060%,
Ti0. 010 0. 025%,
V0. 045 0. 065%,其余組分為Fe和不可避免的雜質(zhì)。進(jìn)一步地，上述的的高強度高韌性電力通信桿用鋼，其中，所述鋼的屈服強度在 520MPa以上，抗拉強度在600MPa以上，斷后伸長率在27%以上，鋼板橫向-20°C夏比沖擊功 在130J以上。更進(jìn)一步地，上述的高強度高韌性電力通信桿用鋼，其成分具有如下的優(yōu)選質(zhì)量 百分比:C 0. 06%, Si 0. 03%,Mn 1. 23%,P0. 016%, S 0. 006%,Nb 0. 048%, Ti 0. 021%, V 0.057%，其余組分為Fe和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明高強度高韌性電力通信桿用鋼的加工方法步驟為將熔煉鑄造得到的板坯 加熱至1190°C 1230°C，然后進(jìn)行粗軋，粗軋結(jié)束溫度控制在IOOiTC Iiocrc ；接著進(jìn)行 精軋，精軋開軋溫度控制在90(TC 950°C，精軋結(jié)束溫度控制在820°C 880°C ；精軋結(jié)束 后，進(jìn)行層流冷卻，最后進(jìn)行卷取，獲得板卷。進(jìn)一步地，上述的高強度高韌性電力通信桿用鋼的加工方法中，所述粗軋為5道 次連軋，所述精軋為7道次連軋。再進(jìn)一步地，上述的高強度高韌性電力通信桿用鋼的加工方法中，所述精軋階段 壓縮比大于80%。精軋后，板材的厚度在3 12mm。所述卷取的溫度控制在500°C 600°C。本發(fā)明技術(shù)方案突出的實質(zhì)性特點和顯著的進(jìn)步主要體現(xiàn)在①通過降低C、Si含量，復(fù)合添加強化元素Nb、V、Ti等微合金元素，采用低溫終軋、 快速冷卻等加工方法進(jìn)行制造，板卷的屈服強度指標(biāo)達(dá)到520MPa以上，具有優(yōu)良的綜合力 學(xué)性能，屈服強度指標(biāo)達(dá)到520MPa以上，比現(xiàn)有電力通信桿用鋼的強度提高很多，增加了 抗載荷能力，適合鋼板減薄設(shè)計，從而降低電力通信桿的生產(chǎn)成本；而且該材料還具有良好 的低溫沖擊韌性，適合各種環(huán)境下使用。②具有優(yōu)良的表面涂鍍性能，通過鍍鋅花處理，使電力桿、通信桿和燈桿具有美麗 的外觀，大大提高了材料的抗腐蝕能力，延長了電力及通信桿的使用壽命，避免了以往電力 通信桿因腐蝕而發(fā)生事故。③具有優(yōu)良的焊接性能，通過合理的成分設(shè)計和焊接材料推薦，可有效提高焊接 效率，獲得優(yōu)異的焊接接頭性能。④采用控軋控冷工藝生產(chǎn)，以熱軋狀態(tài)交貨，無需進(jìn)行熱處理，制造工藝簡單，生 產(chǎn)成本較低，該材料適用于電力通信桿、車輛、橋梁等長期暴露在大氣中使用的鋼結(jié)構(gòu)。


圖1 本發(fā)明電力通信桿用鋼的金相顯微組織照片。
具體實施例方式本發(fā)明提供一種屈服強度為520MPa級別的高強度高韌性電力及通信桿用鋼及其 制造方法，采用低碳、低硅及微合金化處理技術(shù)，利用夾雜物形態(tài)控制技術(shù)和控制軋制控制 冷卻技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)，從而保證材料具有較高強度的同時，具有高韌性、良好焊接性能、優(yōu)良 的表面涂鍍性、高性價比等優(yōu)良綜合性能。解決了現(xiàn)有電力及通信桿用鋼強度和韌性偏低， 且強度和塑性不能良好匹配，表面涂鍍性較差等技術(shù)缺陷。高強度高韌性電力通信桿用鋼，該合金中C 0.05 0.09%，Si彡0.03%，Mn 1. 15 1. 35%, P 彡 0. 025%, S 彡 0. 015%, NbO. 040 0. 060%, Ti 0. 010 0. 025%,
V0.045 0.065%，該合金其余組分為Fe和不可避免的雜質(zhì)。而理想的成分配比為 C 0. 06%, Si 0.03%, Mn 1. 23%, P 0. 016%, S 0.006%，Nb 0. 048%, Ti 0. 021%,
V0.057%，其余組分為Fe和不可避免的雜質(zhì)。其中鋼的屈服強度彡520MPa，抗拉強度 彡600MPa，斷后伸長率彡27%，鋼板橫向_20°C夏比沖擊功彡130J。鋼中各元素的作用如下[碳]提高碳含量，對提高鋼的室溫強度和中溫強度有利，但對鋼的塑性、韌性、 成型性、可焊性均不利，故優(yōu)選0. 05 0. 09%的C。[硅]降低硅含量，不僅提高了鋼的成型性、焊接性、韌性和塑性，還顯著改善了 鋼的表面涂鍍性，故控制Si < 0. 03%。[錳]提高鋼中錳含量，能擴大、區(qū)，降低、—α轉(zhuǎn)變溫度，擴大軋制范圍，使 鐵素體晶粒的長大機會大大減少，因而促進(jìn)晶粒細(xì)化，增加鋼的強韌性，但錳含量高，會相 應(yīng)增加鋼的成本，也會增加碳當(dāng)量，不利于焊接，故Mn含量控制在1. 15 1.35%。[硫]硫在鋼中形成硫化物夾雜，降低延展性和韌性；鋼軋制時，由于MnS夾雜隨 著軋制方向延伸，使鋼的各向異性加重，嚴(yán)重時導(dǎo)致鋼板分層，同時含硫量高的鋼抗腐蝕能 力大為降低，對鋼的焊接亦不利，故控制S < 0. 015 %。[磷]磷高增加鋼的冷脆性，使鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度上升，使鋼的沖擊韌性顯著下 降，控制P彡0. 025%。[鈦]鋼中加入微量鈦，不僅有利于鋼的脫氧，而且由于鋼中鈦的氮化物或碳化 物的存在，可起著延遲奧氏體晶粒的再結(jié)晶和長大的傾向，從而改善鋼的性能，尤其改善沖 擊韌性。Ti還能夠有效提高焊接性能，TiN能夠有效防止板坯加熱時晶粒過分長大。故優(yōu) 選 0. 010 0. 025%的 Ti。[鈮]鈮在鋼中形成氮化物或碳化物，有利于細(xì)化晶粒組織，發(fā)揮析出強化的作 用，Nb含量控制在0. 040 0. 060 %。[釩]在鋼中形成碳化物，發(fā)揮沉淀強化的作用，提高鋼的強韌性；另外，鈮、釩、 鈦的復(fù)合加入，比各自單獨加入效果更加顯著，大大提高了鋼的強度和韌性。高強度高韌性電力通信桿用鋼的熔鑄工藝是采用鐵水預(yù)脫硫，轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)合吹 煉，吹A(chǔ)r站(或LF爐)保證底吹A(chǔ)r攪拌時間大于5分鐘，RH爐進(jìn)行成分微調(diào)、真空循環(huán) 脫氣處理，連鑄采用低碳鋼保護(hù)渣，全程吹A(chǔ)r保護(hù)澆鑄，得到連鑄板坯。需強調(diào)的是，本發(fā)明高強度高韌性電力通信桿用鋼的加工方法為將熔煉鑄造得 到的板坯加熱至1190°C 1230°C，然后進(jìn)行粗軋，粗軋為5道次連軋，粗軋結(jié)束溫度控制在1000°C 1100°C ；接著進(jìn)行精軋，精軋為7道次連軋，精軋開軋溫度控制在900°C 950°C， 精軋結(jié)束溫度控制在820°c 880°C，精軋階段壓縮比大于80% ；精軋后，板材的厚度在3 12mm ；繼而進(jìn)行層流冷卻，最后進(jìn)行卷取，卷取的溫度控制在500°C 600°C，獲得板卷。本發(fā)明采用低碳、低硅，用錳作為強化元素，用鋁進(jìn)行脫氧，并采用鈮、釩、鈦微合 金強化，利用夾雜物形態(tài)控制技術(shù)和控制軋制控制冷卻技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)，在一定加工方法下， 獲得具有高強度、良好的低溫沖擊韌性和良好的焊接性、成型性、冷彎性的電力通信桿用 鋼。本發(fā)明的實際應(yīng)用及其優(yōu)點將由下面的例子來體現(xiàn)。實施例如表1所示組成(％ )的鋼N2 I ν。采用鐵水預(yù)脫硫，轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)合吹煉，吹A(chǔ)r 站(或LF爐)保證底吹A(chǔ)r攪拌時間大于5分鐘，RH爐進(jìn)行成分微調(diào)、真空循環(huán)脫氣處理， 保證RH純脫氣時間大于8分鐘，同時喂適量的鐵-鈣線，連鑄采用低碳鋼保護(hù)渣，全程吹A(chǔ)r 保護(hù)澆鑄，澆鑄成210mm厚的連鑄板坯。連鑄板坯經(jīng)加熱爐加熱后，在連續(xù)熱連軋軋機上軋 制，工藝控制參數(shù)見表2，通過粗軋軋機和精軋連軋機組在再結(jié)晶區(qū)和未再結(jié)晶區(qū)控制軋制 后，進(jìn)行控制冷卻，然后進(jìn)行卷取，得到熱軋板卷，厚度在3 12mm。表1成分 表2熱軋工藝控制參數(shù) 上述實施例獲得的電力通信桿用熱軋鋼板，顯微組織為鐵素體加少量的珠光體， 晶粒度為12級以上，實施例1鋼的金相顯微組織如圖1。除具有高強度外，還具有良好的低 溫沖擊韌性和良好的焊接、成型、加工性能。屈服強度> 520MPa，抗拉強度> 600MPa，斷后伸長率>27%，鋼板橫向-20°C夏比沖擊功> 130J。取樣檢測力學(xué)性能見下表3。另外，還 具有優(yōu)良的表面涂鍍性能，經(jīng)鍍鋅處理后，材料的耐候性能非常理想。表3力學(xué)性能 綜上可見，本發(fā)明通過降低C、Si含量，復(fù)合添加強化元素Nb、V、Ti等微合金元素， 采用低溫終軋，快速冷卻等加工方法進(jìn)行生產(chǎn)，使板卷的屈服強度指標(biāo)達(dá)到520MPa以上， 凸現(xiàn)以下特點1)本發(fā)明材料具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能，屈服強度指標(biāo)達(dá)到520MPa以上，比現(xiàn)有 電力通信桿用鋼的強度提高很多，增加了抗載荷能力，適合鋼板減薄設(shè)計，從而降低電力通 信桿的生產(chǎn)成本；而且該材料還具有良好的低溫沖擊韌性，適合各種環(huán)境條件下使用。2)本發(fā)明材料具有優(yōu)良的表面涂鍍性能，通過鍍鋅花處理，使電力桿、通信桿和燈 桿具有美麗的外觀，大大提高了材料的抗腐蝕能力，延長了電力及通信桿的使用壽命，避免 了以往電力通信桿因腐蝕而發(fā)生事故。3)本發(fā)明材料具有優(yōu)良的焊接性能，通過合理的成分設(shè)計和焊接材料推薦，有效 提高焊接效率，獲得優(yōu)異的焊接接頭性能。4)本發(fā)明材料采用控軋控冷工藝生產(chǎn)，以熱軋狀態(tài)交貨，無需進(jìn)行熱處理，制造工 藝簡單，生產(chǎn)成本較低，使用該材料可降低電力通信桿主材的重量，還可減小橫擔(dān)材料的規(guī) 格，生產(chǎn)出高度12米 60米的電力桿、通信桿和燈桿，能夠抵抗多臺風(fēng)的沖擊，產(chǎn)生了良好 的經(jīng)濟(jì)效益和社會效應(yīng)，值得廣泛推廣應(yīng)用。需要理解到的是上述說明并非是對本發(fā)明的限制，在本發(fā)明構(gòu)思范圍內(nèi)，所進(jìn)行 的添加、變換、替換等，也應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
高強度高韌性電力通信桿用鋼，其特征在于其成分的質(zhì)量百分含量如下——C 0.05～0.09％，Si≤0.03％，Mn1.15～1.35％，P ≤0.025％，S ≤0.015％，Nb0.040～0.060％，Ti0.010～0.025％，V 0.045～0.065％，該合金其余組分為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強度高韌性電力通信桿用鋼，其特征在于所述鋼的屈服 強度在520MPa以上，抗拉強度在600MPa以上，斷后伸長率在27%以上，鋼板橫向-20°C夏 比沖擊功在130J以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強度高韌性電力通信桿用鋼，其特征在于其成分具有如下 的質(zhì)量百分比c 0. 06%, Si 0. 03%, Mnl. 23%, P 0. 016%, S 0. 006%, Nb 0. 048%, Ti 0. 021%, V0. 057%，其余組分為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
4.權(quán)利要求1所述的高強度高韌性電力通信桿用鋼的加工方法，其特征在于將熔煉 鑄造得到的板坯加熱至1190°C 1230°C，然后進(jìn)行粗軋，粗軋結(jié)束溫度控制在1000°C IlOO0C ；接著進(jìn)行精軋，精軋開軋溫度控制在90(TC 950°C，精軋結(jié)束溫度控制在820°C 8800C ；精軋結(jié)束后，進(jìn)行層流冷卻，最后進(jìn)行卷取，獲得板卷。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高強度高韌性電力通信桿用鋼的加工方法，其特征在于所 述粗軋為5道次連軋。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高強度高韌性電力通信桿用鋼的加工方法，其特征在于所 述精軋為7道次連軋。
7.根據(jù)權(quán)利要求4或6所述的高強度高韌性電力通信桿用鋼的加工方法，其特征在于 所述精軋階段壓縮比大于80 %。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高強度高韌性電力通信桿用鋼的加工方法，其特征在于精 軋后板材的厚度在3 12mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高強度高韌性電力通信桿用鋼的加工方法，其特征在于所 述卷取的溫度控制在500°C 600°C。全文摘要
本發(fā)明涉及高強度高韌性電力通信桿用鋼及其加工方法，該鋼中C0.05～0.09％，Si≤0.03％，Mn1.15～1.35％，P≤0.025％，S≤0.015％，Nb0.040～0.060％，Ti0.010～0.025％，V0.045～0.065％，其余組分為Fe和不可避免的雜質(zhì)。該材料不僅具有較高的強度和韌性，還具有優(yōu)良的焊接性和表面涂鍍性。
文檔編號C22C38/14GK101928880SQ200910033510
公開日2010年12月29日 申請日期2009年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月23日
發(fā)明者萬蘭鳳, 杜獻(xiàn)智, 鄒俊蘇, 韓孝永 申請人:上海梅山鋼鐵股份有限公司