一種用于接地網(wǎng)的耐酸性土壤腐蝕鋼及其制備方法
【專利說明】一種用于接地網(wǎng)的耐酸性土壤腐蝕鋼及其制備方法 【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種輸電工程領(lǐng)域用的接地網(wǎng)耐腐蝕鋼及其制備方法，具體講涉及一 種用于接地網(wǎng)的耐酸性土壤腐蝕鋼及其制備方法。 【【背景技術(shù)】】
[0002] 輸電線路接地網(wǎng)對(duì)雷電、靜電和故障電流起泄流和均壓作用，是保證電網(wǎng)安全運(yùn) 行的重要裝置?，F(xiàn)有的接地網(wǎng)多采用鍍鋅鋼材料，而由于接地材料需長(zhǎng)期埋設(shè)于地下，腐蝕 問題較為嚴(yán)重，易造成電氣設(shè)備"失地"，從而影響電氣設(shè)備的安全運(yùn)行并危及人身安全，嚴(yán) 重時(shí)甚至?xí)斐山拥鼐W(wǎng)局部斷裂，造成重大事故和經(jīng)濟(jì)損失。
[0003] 目前，關(guān)于接地網(wǎng)腐蝕環(huán)境的研究主要集中在中、堿性土壤上，缺乏對(duì)酸性土壤的 研究?！秶?guó)網(wǎng)公司十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施》（修訂版）指出："在中性或酸性土壤地區(qū)， 接地裝置選用熱鍍鋅鋼為宜；在強(qiáng)堿性土壤地區(qū)或者土壤和地下水條件會(huì)引起鋼質(zhì)材料嚴(yán) 重腐蝕的中性土壤地區(qū)，宜采用銅質(zhì)、銅覆鋼或者其他具有防腐性能的材質(zhì)"。實(shí)際運(yùn)行經(jīng) 驗(yàn)表明：酸性土壤接地網(wǎng)常用的鍍鋅鋼材，其主要是利用高溫?zé)峤r(shí)所形成的鋅合金表層 本身的防腐特性來提高其使用壽命。但在施工、安裝、運(yùn)輸、焊接、回填等過程中，鍍鋅層不 可避免的遭到破壞，從而造成局部腐蝕并被很快被腐蝕掉，最終失去防腐能力。雖然采用鍍 銅鋼（銅覆鋼），銅材在一定程度上可緩解鍍鋅鋼材的腐蝕問題，但隨之也帶來一系列其他 問題：1)銅對(duì)中性、堿性介質(zhì)有較好防腐性能，而對(duì)酸性介質(zhì)防腐性較差。在一般土壤中其 使用壽命約30年，而在酸性土壤中不到5年；2)存在對(duì)鄰近鋼材的陽極腐蝕問題；3)我國(guó) 水資源和土壤中銅含量都有嚴(yán)格限制，盲目大量使用鍍銅鋼（銅覆鋼），銅材將會(huì)對(duì)水、土 壤造成嚴(yán)重污染；4)鍍銅鋼（銅覆鋼），使用銅材接地裝置，在實(shí)際運(yùn)行中常常出現(xiàn)塔材的 缺失。純不銹鋼材由于其使用性能和加工性能的局限，以及價(jià)格因素的限制，較少用作接地 材料。 【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0004] 為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種適用于酸性土壤、全生命周期成本低 的耐酸性土壤腐蝕鋼及其制備方法。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0006] 本發(fā)明提供了一種耐酸腐蝕鋼，包括按質(zhì)量百分比計(jì)的下述成分：
[0007] C:0? 03 % ~0? 08%，Si:0? 15 % ~1. 0%，Mn:0? 30 % ~0? 90%，P彡 0? 15 %， S彡 0? 01%，Cu: 0? 15%~0? 60%，Cr:0? 3%~4. 0%，余量為Fe。
[0008] 本發(fā)明提供的耐酸性土壤腐蝕鋼包括A1 :0? 15%~0? 50%。
[0009] 本發(fā)明提供的耐酸性土壤腐蝕鋼包括Ni :0. 20%~0. 50%，Ti彡0. 04%。
[0010] 本發(fā)明提供的耐酸性土壤腐蝕鋼包括Mo彡0. 30%，As彡0. 05%。
[0011] 本發(fā)明提供的耐酸性土壤腐蝕鋼包括Re :0? 006%~0? 015%。
[0012] 本發(fā)明提供的耐酸性土壤腐蝕鋼包括按質(zhì)量百分比計(jì)的下述成分：
[0013] C :0? 03% ~0? 07 %，Si :0? 35 % ~0? 55%，Mn :0? 60% ~0? 90%，P :0? 07% ~ 0? 15%，S 彡 0? 01%，Cu :0? 20%~0? 60%，Cr :0? 30%~0? 70%。
[0014] 本發(fā)明提供的耐酸性土壤腐蝕鋼包括按質(zhì)量百分比計(jì)的下述成分：
[0015] C :0? 03%~0? 07%，Si :0? 15%~0? 35%，Mn :0? 30%~0? 70%，P 彡 0? 015%， S 彡 0? 01%，Cu :0? 20%~0? 50%，Cr :3. 0%~4. 0%。
[0016] 本發(fā)明提供的耐酸性土壤腐蝕鋼包括按質(zhì)量百分比計(jì)的下述成分：
[0017]C :0? 03 % ~0? 07 %，Si :0? 60 % ~1. 0 %，Mn :0? 50 % ~0? 90 %，P 彡 0? 015 %， S 彡 0? 01%，Cu :0? 15%~0? 40%，Cr :1. 70%~2. 20%。
[0018] 本發(fā)明還提供了一種耐酸腐蝕鋼的制備方法，包括下述步驟：
[0019] 1)冶煉：500kg真空感應(yīng)熔煉爐熔煉一澆注鑄坯；
[0020] 2)開坯工藝：鋼坯加熱制度：加熱至1100-1150°C，保溫時(shí)間為lh ;
[0021] 采用高壓水除磷，保證水壓為16_20MPa ;
[0022] 3)乳制工藝：加熱一粗乳一精乳一噴水霧冷卻一控制碳化物析出；
[0023] 加熱溫度為1100-1150°C，時(shí)間為lh ;
[0024] 開乳溫度：1050-1100°C，終乳溫度850-900°C，扎至直徑為12mm ;
[0025] 4)拉拔：退火一酸洗一冷拉，成品直徑為8mm。
[0026] 針對(duì)我國(guó)酸性土壤接地網(wǎng)的腐蝕現(xiàn)狀，本發(fā)明提供的耐腐蝕鋼與目前接地網(wǎng)常用 接地材料鍍鋅鋼相比，具有耐腐蝕性好、全壽命周期成本低的特點(diǎn)。根據(jù)金屬在酸性土壤的 腐蝕機(jī)理和合金化措施，采用提高耐蝕性的合金化方法，優(yōu)化耐蝕鋼成分：高P成分，高Cr 成分，及高Si、添加稀土元素成分，并且采用真空感應(yīng)熔煉爐煉鋼，為提高耐蝕性，乳后采用 噴水霧冷卻、控制碳化物析出等試制工藝（在對(duì)鋼的強(qiáng)度沒有明確要求的情況下，讓碳保 持在固熔狀態(tài)，以提高鋼的耐腐蝕性），并通過合金成分耐蝕鋼的化學(xué)成分分析試驗(yàn)驗(yàn)證其 試制成分與設(shè)計(jì)成分相符。通過酸性鹽霧試驗(yàn)和示范工程實(shí)際應(yīng)用結(jié)果表明，本發(fā)明提供 的耐蝕鋼的腐蝕速率低于鍍鋅鋼，其全壽命周期成本不到鍍鋅鋼的80%，具有較好的應(yīng)用 前景。
[0027] 本發(fā)明提供的技術(shù)方案中：
[0028] C:0? 03 % ~0? 07%，Si:0? 35 % ~0? 55%，Mn:0? 60 % ~0? 90%，P:0? 07 % ~ 0? 15%，S彡 0? 01%，Cu:0? 20%~0? 60%，Cr:0? 30%~0? 70%，A1 :0? 15%~0? 50%，余 量為Fe。該技術(shù)方案采用高P設(shè)計(jì)，其中的P和Cu為耐蝕元素。Cu作為陰極去極化劑，P 作為陽極去極化劑，二者同時(shí)加入，能加速鋼表面的均勻腐蝕及Fe2+的氧化，促進(jìn)鋼的表面 形成均勻銹層以減慢腐蝕速度。P在腐蝕過程中還可形成P〇43，起到陰極緩蝕劑的作用，減 慢腐蝕速度；
[0029]C :0? 03 % ~0? 07 %，Si :0? 15 % ~0? 35 %，Mn :0? 30 % ~0? 70 %，P 彡 0? 015 %， S 彡 0? 01%，Cu :0? 20%~0? 50%，Cr :3. 0%~4. 0%，Ni :0? 20%~0? 50%，Ti 彡 0? 04%， 余量為Fe。該技術(shù)方案采用高Cr設(shè)計(jì)，其中的Cu和Cr為耐蝕合金元素。Cu促進(jìn)鋼均勾 腐蝕并加快Fe 2+的氧化，有助于產(chǎn)生均勻銹層，有助于抑制銹層中形成Fe 304，利于形成非晶 質(zhì)、保護(hù)性能好的銹層。Cr能細(xì)化內(nèi)能銹層晶粒，使銹層致密化。同時(shí)C含量較低，防止產(chǎn) 生過多碳化物，進(jìn)一步提尚耐蝕性；
[0030]C :0? 03 % ~0? 07 %，Si :0? 60 % ~1. 0 %，Mn :0? 50 % ~0? 90 %，P 彡 0? 015 %， S 彡 0? 01%，Cu :0? 15%~0? 40%，Cr :1. 70%~2. 20%，Mo 彡 0? 30%，As 彡 0? 05%，Re : 0. 006%~0. 015%，余量為Fe。該技術(shù)方案采用高Si、添加稀土元素。其中Si、Cr、Cu可附 著于鋼表面的銹層里，有效降低銹層晶粒長(zhǎng)大，有利于銹層致密化，從而降低腐蝕速度。Si、 Cr還可以抑制硫酸鹽還原菌，降低微生物腐蝕速度。微量氫過電位高的合金元素As，提高 陰極析氫過電位，減慢在較強(qiáng)酸性土壤中的析氫腐蝕速度。同時(shí)，加入適量稀土元素，可形 成稀土復(fù)合物，部分上浮進(jìn)入渣中，減少見雜物數(shù)量，提高鋼液純凈度；另外通過對(duì)鋼種夾 雜物進(jìn)行變質(zhì)處理，使夾雜物球化，降低鋼區(qū)內(nèi)部微區(qū)電化學(xué)腐蝕，提高鋼的耐蝕性；此外， 稀土元素可改變銹層結(jié)構(gòu)和組分，進(jìn)一步提高鋼的耐蝕性。
[0031] 耐腐蝕鋼試制和化學(xué)成分分析
[0032] 本發(fā)明采用真空感應(yīng)熔煉爐煉鋼進(jìn)行試制，其試制工藝流程圖如圖1所示。具體 試制工藝過程如下：
[0033] ⑴冶煉
[0034] 500kg真空感應(yīng)熔煉爐熔煉一澆注鑄坯；
[0035] (2)開坯工藝
[0036] 鋼坯加熱制度：加熱至1100-1150°C，保溫時(shí)間為lh;
[0037] 采用高壓水除磷，保證水壓為16_20MPa ;
[0038] ⑶乳制工藝
[0039] 加熱一粗乳一精乳一噴水霧冷卻一控制碳化物析出；
[0040] 加熱溫度：1100-1150°C，保溫時(shí)間為lh ;
[0041] 開乳溫度：1050-1100°C，終乳溫度850-900°C，終扎直徑為12mm。
[0042] (4)拉拔
[0043] 退火一酸洗一冷拉，成品直徑為8mm〇
[0044] 由于采用的真空爐最大熔煉量為500kg，最終那個(gè)產(chǎn)出成品350_400kg，采用以上 工藝，試制的耐蝕鋼盤條如圖2所示。
[0045] 對(duì)試制的三技術(shù)方案的各比例成分、共六爐鋼種分別在車床上取肩樣，進(jìn)行了化 學(xué)成分分析，試驗(yàn)結(jié)果見表1。
[0046] 表1試制耐蝕鋼化學(xué)成分分析結(jié)果（wt% )
[0047]
[0048] 1 ?耐腐蝕性試驗(yàn)研究
[0049] 1. 1試驗(yàn)條件和試驗(yàn)方法
[0050] 對(duì)試制的3種耐蝕鋼中進(jìn)行鹽霧試驗(yàn)，并與目前常用的接地網(wǎng)材料鍍鋅鋼進(jìn)行對(duì) 比。試樣如表2所示。
[0051