專利名稱：一種含鈮大規(guī)格高強度角鋼及其生產(chǎn)工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種含鈮大規(guī)格高強度角鋼及其生產(chǎn)工藝，屬于鋼鐵生產(chǎn)技術領域。
背景技術：
近年來，隨著經(jīng)濟快速發(fā)展，各行業(yè)對電力需求日益增加，由此帶來輸變電鐵塔及變電站鋼結構用材的高峰。為了滿足電網(wǎng)發(fā)展的需求，輸電線路向高電壓、大容量、多回路和緊湊型發(fā)展，帶動了同塔多回路工程、大截面導線工程、大跨越工程的建設。在建設過程中因塔型結構越來越大，單基塔重量從I 2噸發(fā) 展到上千噸，需要的單根構件承受的荷載也越來越高。如建造1000KV輸電塔的塔重將是目前鐵塔塔重的4 5倍，桿塔的荷載大為增加，這就對輸變電鐵塔的角鋼強韌性、結構設計提出了更高的要求。我國國家電網(wǎng)公司已對使用高強鋼將要遇到的節(jié)點連接構造、構件設計、參數(shù)取值、配套螺栓以及經(jīng)濟效益情況進行了研究，認為目前從技術和使用上，高強度角鋼已具備了在鐵塔中使用的條件，并且高強度角鋼的使用可使塔重降低10%左右。但是我國在生產(chǎn)角鋼中出現(xiàn)的兩個問題一直沒能徹底得到解決一是強度級別偏低，二是沒有大規(guī)格角鋼產(chǎn)品(22號(邊長220mm)和25號(邊長250mm))。目前我國輸電線路鐵塔結構用材主要是熱軋角鋼型材為主，輔以少量鋼管。所用鋼材的強度等級主要是Q235和Q345兩種，與發(fā)達國家相比，我國輸電鐵塔結構所用的鋼材不僅品種少，而且強度值偏低，大規(guī)格高強高韌角鋼非常缺乏。在建造一些承受荷載大的輸電塔時，較小規(guī)格的單角鋼不能滿足受力要求，只能采用組合角鋼來解決，組合構件和節(jié)點特殊處理不但會增大設計、加工、施工等的工作量和投資成本，而且組合構件荷載傳遞復雜，還將增加安全隱患。不僅會造成輸電鐵塔構造復雜化，而且還會額外增加大量輔助材料，導致成本增加，安全隱患加大。若角鋼生產(chǎn)采用孔型軋制，后幾道次孔型刻槽較深，允許的壓下量較小，生產(chǎn)大規(guī)格角鋼時，軋輥刻槽更深，這個問題更加突出，或者影響成品角鋼的力學性能，或者會導致斷輥事故。要實現(xiàn)高強度大規(guī)格角鋼的生產(chǎn)，必須解決兩個問題，一是合理的成分設計，二是合理的控制軋制工藝和控制冷卻工藝。公開號為CN 101509097 A，發(fā)明創(chuàng)造名稱為《一種Q460級低合金高強度角鋼及生產(chǎn)工藝》，公開了一種Q460級低合金高強度角鋼及生產(chǎn)工藝。該技術方案中采用VN微合金化，V含量在O. 05 O. 09%，沒有涉及大規(guī)格角鋼的生產(chǎn)，實施例中角鋼的牌號為12. 5號(邊長125mm)、14號(邊長140mm)和16號(邊長160mm)。公開號為CN 101509099 A，發(fā)明創(chuàng)造名稱為《一種高強Q420C級鐵塔角鋼及生產(chǎn)工藝》，公開了一種高強Q420C級鐵塔角鋼及生產(chǎn)工藝。該技術方案中采用VN微合金化，V含量在O. 07 O. 1%，沒有涉及大規(guī)格角鋼的生產(chǎn)，實施例中角鋼的牌號為16號(邊長160mm)。公開號為CN 102212752 A，發(fā)明創(chuàng)造名稱為《一種低溫用角鋼及其制造方法》，公開了一種低溫用角鋼及其制造方法。主要用于低溫條件下輸電鐵塔建造，屈服強度達到350MPa，該技術方案中采用多元合金化，除添加Nb、V、Ti等微合金元素外，還添加了較多的Ga、Cu、B等元素，其作用主要是保證低溫下的沖擊韌性，屈服強度只達到350MPa，該文件中未涉及大規(guī)格角鋼。

發(fā)明內容
本發(fā)明針對背景技術中的問題，提供了一種含鈮大規(guī)格高強度角鋼及其生產(chǎn)エ藝，目的在于米用銀、f凡、鈦復合微合金化，配合控制軋制和控制冷卻，生產(chǎn)大規(guī)格(22號和25號)Q460TB熱軋角鋼，通過使用此角鋼建造輸電鐵塔可以降低鉄塔重量和用鋼量，解決鐵塔采用組合截面的不足，降低設計、加工、施工的工作量和投資成本，增強輸電鐵塔使用中的安全性。本發(fā)明采用的技術方案為
一種含鈮大規(guī)格高強度角鋼，其特征在干化學成分配比如下C O. 02 O. 20%，Si
O.10 O. 60%，Mnl. O I. 80%，P 彡 O. 03%，S 彡 O. 03%，Al O. 02 O. 05%，Nb O. 02 0.07%，V0. 02 I. 20%, TiO. 01 O. 03%, Ceq く O. 45%，余量為 Fe。一種含鈮大規(guī)格高強度角鋼的生產(chǎn)エ藝，包括如下步驟
1、連鑄坯生產(chǎn)
鐵水預處理一轉爐或電爐煉鋼一LF精煉一連鑄一連鑄坯檢驗；
2、對步驟I中生產(chǎn)出的連鑄坯進行エ藝處理
將連鑄坯加熱到1150 1250°C，經(jīng)高壓水除氧化鐵皮后進入軋機軋制，開軋溫度1000 1150°C，終軋溫度850 950°C，后三道次的累積壓下率為20 40%，軋后空冷；
3、對步驟ニ中生產(chǎn)出的角鋼進行矯直后，進行力學性能檢驗。所述角鋼為等邊熱軋角鋼。所述角鋼邊長為220mm或250mm。各合金元素的作用及機理如下
碳(C):碳是低合金鋼的主要強化元素，在亞共析鋼中，隨著碳含量的増加，珠光體比例會増加，鋼種強度水平會大幅度提高，而低溫韌性、焊接性會有所降低。含碳量太小則難以達到高強度，大于O. 20%則韌性顯著降低。硅(Si):硅是煉鋼過程中作為還原劑和脫氧劑加入的，是有益元素。由于硅與碳的親和カ弱，不易和碳形成碳化物，而幾乎全部固溶于鐵素體中，具有固溶強化的作用，可以提高鋼的彈性極限、屈服點和抗拉強度。硅加入鋼中，在動力學上可推遲奧氏體中碳化物的析出，有利于減小珠光體片間距，從而提高韌性。但硅含量過高，會降低鋼的焊接性能，尤其是沖擊韌性的顯著降低。錳(Mn):錳是提高強度和韌性的有效元素，在低碳下固溶強化效果更為顯著，而且價格低廉，因此在鋼中通常將錳作為主要添加元素，但錳含量過高，會給冶煉、軋制帶來困難，錳與硫易結合形成MnS塑性夾雜物，在熱軋時沿軋制方向拉長，惡化鋼的成形性能，錳含量過高會使韌性和焊接性能顯著變差。鈮(Nb)、釩(V)、鈦(Ti):鈮能夠有效延遲奧氏體的再結晶，阻止奧氏體晶粒長大，從而細化奧氏體晶粒；鈮的碳氮化物在變形和冷卻過程中析出，強化基體；固溶鈮拖曳晶格變換，降低相變溫度，細化鐵素體晶粒；鈮的加入允許降低碳含量，從而提高強度和韌性，改善焊接性能，但是過量加入會降低韌性。
釩加入鋼中能產(chǎn)生中等程度的沉淀強化和比較弱的晶粒細化，而且是與釩的質量分數(shù)成比例的，但是沉淀強化的同時，鋼的低溫韌性會下降。加入微量的鈦可以形成氮化鈦，阻止鋼坯在加熱、軋制、焊接過程中晶粒的長大，改善母材和焊接熱影響區(qū)的韌性。過量加入會降低韌性。當鈮、釩、鈦復合添加時，其強化效果比單獨添加高出很多，復合微合金化可以發(fā)揮不同微合金元素各自的作用，得到強韌性的最佳配合，而且可能通過不同的元素配比生產(chǎn)不同級別的鋼種。鋁(Al):鋁元素是作為脫氧和晶粒調整而加入的，能與氮結合，消除氮的危害，改善沖擊功，而且可以細化晶粒。但是過量加入會對奧氏體晶粒長大起促進作用，并且形成Al2O3非金屬夾雜物，降低鋼的韌性。
硫、磷有害雜質元素(P、S): 一般情況下，磷、硫是鋼中有害雜質元素。磷可以提高鋼的強度，但增加鋼的冷脆性，使鋼的塑性、韌性降低，磷還有比較大的偏析。硫會使鋼產(chǎn)生熱脆，降低鋼的延展性和韌性，在軋制時造成裂紋，降低鋼的耐腐蝕性，同時硫的偏析傾向很大。磷、硫元素均對鋼的焊接性能不利。因此對鋼中有害雜質元素磷、硫含量要嚴格加以限制，磷、硫含量越低越好。本發(fā)明有益效果
由于采用上述方案，本發(fā)明可以得到以下效果
I、角鋼強度達到國家電網(wǎng)Q460T標準要求
國家電網(wǎng)標準要求輸電鐵塔用角鋼屈服強度不小于440 MPa;抗拉強度不小于550MPa ;斷后伸長率不小于18%。2、角鋼韌性達到國家電網(wǎng)B級標準要求
B級標準要求20°C的沖擊功不小于34J ；YB/T 4163-2007標準要求厚度不小于12mm的角鋼做沖擊試驗時，采用IOmmX IOmmX 55mm,根據(jù)國家電網(wǎng)B標準,角鋼沖擊試驗試樣取樣位置為厚度中心位置。3、采用本發(fā)明建造輸電鐵塔，可以降低鐵塔重量和用鋼量，解決鐵塔采用組合截面的不足，降低設計、加工、施工的工作量和投資成本，增強輸電鐵塔在使用過程中的安全性。


附圖為本發(fā)明含鈮大規(guī)格高強度角鋼截面結構示意圖。
具體實施例方式下面結合實施例對本發(fā)明作更進一步的說明。實施例I
下面以生產(chǎn)22號含鈮大規(guī)格高強度角鋼為例，按照制作角鋼的要求進行化學成分配比C 0. 10%, Si 0. 40%, Mn :1. 53%, P :0. 006%, S :0. 001%, Al :0. 30%, Nb :0. 05%, V :0. 05%,Ti 0. 015%，Ceq :0. 38%，余量為Fe，之后進行連鑄坯生產(chǎn)，所述連鑄坯生產(chǎn)步驟如下鐵水預處理一轉爐或電爐煉鋼一LF精煉一連鑄一連鑄坯檢驗。然后將連鑄坯加熱到1250°C，經(jīng)高壓水除氧化鐵皮后進入軋機軋制，開軋溫度1150°C，終軋溫度890°C，后三道次的累積壓下率為30%，軋后空冷。最后對生產(chǎn)出的角鋼進行矯直后，進行力學性能檢驗，所述角鋼縱向拉伸及沖擊試樣，按GB/T228室溫拉伸試驗方法進行拉伸性能測試；按68八229金屬夏比缺ロ沖擊試驗方法進行V型缺ロ試樣沖擊試驗，所述角鋼為等邊熱軋角鋼，角鋼邊長為220mm，角鋼的力學性能為屈服強度Rel=470MPa，抗拉強度Rm=590MPa，斷后伸長率A=24%，20°C沖擊韌性AKV=122J。實施例2
下面以生產(chǎn)25號含鈮大規(guī)格高強度角鋼為例，按照制作角鋼的要求進行化學成分配比C 0. 11%, Si 0. 41%, Mn :1. 5%, P :0. 006%, S :0. 001%, Al :0. 30%, Nb :0. 05%, V :0. 053%,Ti 0. 014%，Ceq :0. 38%，余量為Fe，之后進行連鑄坯生產(chǎn)，所述連鑄坯生產(chǎn)步驟如下鐵水預處理一轉爐或電爐煉鋼一LF精煉一連鑄一連鑄坯檢驗。然后將連鑄坯加熱到1250°C，經(jīng)高壓水除氧化鐵皮后進入軋機軋制，開軋溫度1150°C，終軋溫度900°C，后三道次的累積壓下率為28%，軋后空冷。最后對生產(chǎn)出的角鋼進行矯直后，進行力學性能檢驗，所述角鋼縱向拉伸及沖擊試樣，按GB/T228室溫拉伸試驗方法進行拉伸性能測試；按68八229金屬夏比缺 ロ沖擊試驗方法進行V型缺ロ試樣沖擊試驗，所述角鋼為等邊熱軋角鋼，角鋼邊長為250mm，角鋼的力學性能為屈服強度Rel=462MPa，抗拉強度Rm=585MPa，斷后伸長率A=23%，20°C沖擊韌性AKV=I 12J。
權利要求
1.一種含鈮大規(guī)格高強度角鋼，其特征在于化學成分配比如下C O. 02 O. 20%，Si O. 10 O. 60%, Mnl. O I. 80%, P 彡 O. 03%, S 彡 O. 03%, Al O. 02 O. 05%, Nb O. 02 O.07%, V0. 02 I. 20%, TiO. 01 O. 03%, Ceq ( O. 45%，余量為 Fe。
2.一種含鈮大規(guī)格高強度角鋼的生產(chǎn)工藝，包括如下步驟第一步、連鑄坯生產(chǎn)鐵水預處理一轉爐或電爐煉鋼一LF精煉一連鑄一連鑄坯檢驗；第二步、對步驟I中生產(chǎn)出的連鑄坯進行工藝處理將連鑄坯加熱到1150 1250°C，經(jīng)高壓水除氧化鐵皮后進入軋機軋制，開軋溫度1000 1150°C，終軋溫度850 950°C，后三道次的累積壓下率為20 40%，軋后空冷；第三步、對步驟二中生產(chǎn)出的角鋼進行矯直后，進行力學性能檢驗。
3.如權利要求I所述的含鈮大規(guī)格高強度角鋼，其特征在于所述角鋼為等邊熱軋角鋼。
4.如權利要求I所述的含鈮大規(guī)格高強度角鋼，其特征在于所述角鋼邊長為220mm或 250mm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種含鈮大規(guī)格高強度角鋼及其生產(chǎn)工藝，屬于鋼鐵生產(chǎn)技術領域，其化學成分配比如下C0.02～0.20%，Si0.10～0.60%，Mn1.0～1.80%，P≤0.03%，S≤0.03%，Al0.02～0.05%，Nb0.02～0.07%，V0.02～1.20%，Ti0.01～0.03%，Ceq≤0.45%，余量為Fe。其生產(chǎn)工藝步驟包括連鑄坯生產(chǎn)、對連鑄坯進行工藝處理，通過采用本發(fā)明建造輸電鐵塔，可以降低鐵塔重量和用鋼量，解決鐵塔采用組合截面的不足，降低設計、加工、施工的工作量和投資成本，增強輸電鐵塔在使用過程中的安全性。
文檔編號C21D8/00GK102851585SQ20121011735
公開日2013年1月2日 申請日期2012年4月20日 優(yōu)先權日2012年4月20日
發(fā)明者吳旭春, 魏鵬, 王禹斌, 丁光輝, 侯振偉, 周成, 王厚昕, 喬彥龍, 何路, 崔立川 申請人:宿遷南鋼金鑫軋鋼有限公司