专利名称：一种含铌大规格高强度角钢及其生产工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种含铌大规格高強度角钢及其生产エ艺，属于钢铁生产技术领域。
背景技术：
近年来，随着经济快速发展，各行 业对电力需求日益増加，由此带来输变电鉄塔及变电站钢结构用材的高峰。为了满足电网发展的需求，输电线路向高电压、大容量、多回路和紧凑型发展，带动了同塔多回路工程、大截面导线工程、大跨越工程的建设。在建设过程中因塔型结构越来越大，单基塔重量从I 2吨发展到上千吨，需要的单根构件承受的荷载也越来越高。如建造1000KV输电塔的塔重将是目前鉄塔塔重的4 5倍，杆塔的荷载大为增加，这就对输变电鉄塔的角钢强韧性、结构设计提出了更高的要求。我国国家电网公司已对使用高强钢将要遇到的节点连接构造、构件设计、參数取值、配套螺栓以及经济效益情况进行了研究，认为目前从技术和使用上，高強度角钢已具备了在鉄塔中使用的条件，并且高強度角钢的使用可使塔重降低10%左右。但是我国在生产角钢中出现的两个问题一直没能彻底得到解决一是强度级别偏低，ニ是没有大规格角钢产品(22号(边长220mm)和25号(边长250mm))。目前我国输电线路铁塔结构用材主要是热轧角钢型材为主，辅以少量钢管。所用钢材的強度等级主要是Q235和Q345两种，与发达国家相比，我国输电铁塔结构所用的钢材不仅品种少，而且强度值偏低，大规格高强高韧角钢非常缺乏。在建造一些承受荷载大的输电塔吋，较小规格的单角钢不能满足受力要求，只能采用组合角钢来解決，组合构件和节点特殊处理不但会增大设计、加工、施工等的工作量和投资成本，而且组合构件荷载传递复杂，还将増加安全隐患。不仅会造成输电铁塔构造复杂化，而且还会额外增加大量辅助材料，导致成本増加，安全隐患加大。若角钢生产采用孔型轧制，后几道次孔型刻槽较深，允许的压下量较小，生产大规格角钢时，轧辊刻槽更深，这个问题更加突出，或者影响成品角钢的力学性能，或者会导致断辊事故。要实现高強度大规格角钢的生产，必须解决两个问题，ー是合理的成分设计，ニ是合理的控制轧制エ艺和控制冷却エ艺。公开号为CN 101509097 A，发明创造名称为《一种Q460级低合金高强度角钢及生产エ艺》，公开了ー种Q460级低合金高強度角钢及生产エ艺。该技术方案中采用VN微合金化，V含量在O. 05 O. 09%，没有涉及大规格角钢的生产，实施例中角钢的牌号为12. 5号(边长125mm)、14号(边长140mm)和16号(边长160mm)。公开号为CN 101509099 A，发明创造名称为《一种高强Q420C级铁塔角钢及生产エ艺》，公开了ー种高强Q420C级铁塔角钢及生产エ艺。该技术方案中采用VN微合金化，V含量在O. 07 O. 1%，没有涉及大规格角钢的生产，实施例中角钢的牌号为16号(边长160mm)。公开号为CN 102212752 A，发明创造名称为《一种低温用角钢及其制造方法》，公开了ー种低温用角钢及其制造方法。主要用于低温条件下输电铁塔建造，屈服强度达到350MPa，该技术方案中采用多元合金化，除添加Nb、V、Ti等微合金元素外，还添加了较多的Ga、Cu、B等元素，其作用主要是保证低温下的冲击韧性，屈服强度只达到350MPa，该文件中未涉及大规格角钢。
发明内容
本发明针对背景技术中的问题，提供了一种含铌大规格高强度角钢及其生产工艺，目的在于米用银、钥;、钛复合微合金化，配合控制轧制和控制冷却，生产大规格(22号和25号)Q420TB热轧角钢，通过使用此角钢建造输电铁塔可以降低铁塔重量和用钢量，解决铁塔采用组合截面的不足，降低设计、加工、施工的工作量和投资成本，增强输电铁塔使用中的安全性。本发明采用的技术方案为
一种含铌大规格高强度角钢，其特征在于化学成分配比如下C O. 02 O. 18%，Si
O.10 O. 50%, Mnl. O I. 70%，P 彡 O. 03%，S 彡 O. 03%, Al O. 02 O. 05%, NbO. 02 O. 07%,V0. 02 O. 10%, TiO. 01 O. 03%, Ceq ( O. 44%，余量为 Fe。一种含铌大规格高强度角钢的生产工艺，包括如下步骤
1、连铸坯生产
铁水预处理一转炉或电炉炼钢一LF精炼一连铸一连铸坯检验；
2、对步骤I中生产出的连铸坯进行工艺处理
将连铸坯加热到1150 1250°C，经高压水除氧化铁皮后进入轧机轧制，开轧温度1000 1150°C，终轧温度850 950°C，后三道次的累积压下率为20 40%，轧后空冷；
3、对步骤二中生产出的角钢进行矫直后，进行力学性能检验。所述角钢为等边热轧角钢。所述角钢边长为220mm或250mm。各合金元素的作用及机理如下
碳(C):碳是低合金钢的主要强化元素，在亚共析钢中，随着碳含量的增加，珠光体比例会增加，钢种强度水平会大幅度提高，而低温韧性、焊接性会有所降低。含碳量太小则难以达到高强度，大于O. 20%则韧性显著降低。硅(Si):硅是炼钢过程中作为还原剂和脱氧剂加入的，是有益元素。由于硅与碳的亲和力弱，不易和碳形成碳化物，而几乎全部固溶于铁素体中，具有固溶强化的作用，可以提高钢的弹性极限、屈服点和抗拉强度。硅加入钢中，在动力学上可推迟奥氏体中碳化物的析出，有利于减小珠光体片间距，从而提高韧性。但硅含量过高，会降低钢的焊接性能，尤其是冲击韧性的显著降低。锰(Mn):锰是提高强度和韧性的有效元素，在低碳下固溶强化效果更为显著，而且价格低廉，因此在钢中通常将锰作为主要添加元素，但锰含量过高，会给冶炼、轧制带来困难，锰与硫易结合形成MnS塑性夹杂物，在热轧时沿轧制方向拉长，恶化钢的成形性能，锰含量过高会使韧性和焊接性能显著变差。铌(Nb)、钒(V)、钛(Ti):铌能够有效延迟奥氏体的再结晶，阻止奥氏体晶粒长大，从而细化奥氏体晶粒；铌的碳氮化物在变形和冷却过程中析出，强化基体；固溶铌拖曳晶格变换，降低相变温度，细化铁素体晶粒；铌的加入允许降低碳含量，从而提高强度和韧性，改善焊接性能，但是过量加入会降低韧性。
钒加入钢中能产生中等程度的沉淀强化和比较弱的晶粒细化，而且是与钒的质量分数成比例的，但是沉淀強化的同时，钢的低温韧性会下降。加入微量的钛可以形成氮化钛，阻止钢坯在加热、轧制、焊接过程中晶粒的长大，改善母材和焊接热影响区的韧性。过量加入会降低韧性。当铌、钒、钛复合添加时，其强化效果比单独添加高出很多，复合微合金化可以发挥不同微合金元素各自的作用，得到强韧性的最佳配合，而且可能通过不同的元素配比生产不同级别的钢种。 铝(Al):铝元素是作为脱氧和晶粒调整而加入的，能与氮结合，消除氮的危害，改善冲击功，而且可以细化晶粒。但是过量加入会对奥氏体晶粒长大起促进作用，并且形成Al2O3非金属夹杂物，降低钢的韧性。硫、磷有害杂质元素(P、S):一般情况下，磷、硫是钢中有害杂质元素。磷可以提高钢的強度，但增加钢的冷脆性，使钢的塑性、韧性降低，磷还有比较大的偏析。硫会使钢产生热脆，降低钢的延展性和韧性，在轧制时造成裂纹，降低钢的耐腐蚀性，同时硫的偏析倾向很大。磷、硫元素均对钢的焊接性能不利。因此对钢中有害杂质元素磷、硫含量要严格加以限制，磷、硫含量越低越好。本发明有益效果
由于采用上述方案，本发明可以得到以下效果
I、角钢强度达到国家电网Q420T标准要求
国家电网标准要求输电铁塔用Q420T大规格角钢要求，抗拉强度不小于520 MPa，断后伸长率不小于20% 0角钢厚度小于等于16mm时,屈服强度不小于420MPa,角钢厚度大于16 35mm时，屈服强度不小于400MPa。采用GB/T228拉伸试验方法进行拉伸性能测试。2、角钢韧性达到国家电网标准B级要求
B级标准要求20°C的冲击功不小于34J ；YB/T 4163-2007标准要求厚度不小于12mm的角钢做冲击试验时，采用IOmmX IOmmX 55mm,根据国家电网标准,角钢冲击试验试样取样位置为厚度中心位置。3、采用本发明建造输电铁塔，可以降低鉄塔重量和用钢量，解决铁塔采用组合截面的不足，降低设计、加工、施工的工作量和投资成本，增强输电铁塔在使用中的安全性。
附图为本发明含铌大规格高強度角钢截面结构示意图。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明作更进ー步的说明。实施例I
下面以生产22号含铌大规格高強度角钢为例，按照制作角钢的要求进行化学成分配比C 0. 09%, Si 0. 42%, Mn :1. 54%, P :0. 006%, S :0. 001%, Al :0. 35%, Nb :0. 05%, V :0. 05%,Ti 0. 015%, Ceq=O. 37%，余量为Fe，之后进行连铸坯生产，所述连铸坯生产步骤如下铁水预处理一转炉或电炉炼钢一LF精炼一连铸一连铸坯检验。然后将连铸坯加热到1250°C，经高压水除氧化铁皮后进入轧机轧制，开轧温度1150°C，终轧温度900°C，后三道次的累积压下率为30%，轧后空冷。最后对生产出的角钢进行矫直后，进行力学性能检验，所述角钢纵向拉伸及冲击试样，按GB/T228室温拉伸试验方法进行拉伸性能测试；按68八229金属夏比缺ロ冲击试验方法进行V型缺ロ试样冲击试验，所述角钢为等边热轧角钢，角钢边长为220mm，角钢的力学性能为屈服强度Rel=450MPa，抗拉强度Rm=560MPa，断后伸长率A=25%，20°C冲击韧性AKV=161J。 实施例2
下面以生产25号含铌大规格高強度角钢为例，按照制作角钢的要求进行化学成分配比C 0. 10%, Si 0. 40%, Mn :1. 52%, P :0. 006%, S :0. 001%, Al :0. 32%, Nb :0. 05%, V :0. 05%,Ti 0. 015%, Ceq=O. 37%，余量为Fe，之后进行连铸坯生产，所述连铸坯生产步骤如下铁水预处理一转炉或电炉炼钢一LF精炼一连铸一连铸坯检验。然后将连铸坯加热到1250°C，经高压水除氧化铁皮后进入轧机轧制，开轧温度1150°C，终轧温度900°C，后三道次的累积压下率为28%，轧后空冷。最后对生产出的角钢进行矫直后，进行力学性能检验，所述角钢纵向拉伸及冲击试样，按GB/T228室温拉伸试验方法进行拉伸性能测试；按68八229金属夏比缺ロ冲击试验方法进行V型缺ロ试样冲击试验，所述角钢为等边热轧角钢，角钢边长为250mm，角钢的力学性能为屈服强度Rel=440MPa，抗拉强度Rm=555MPa，断后伸长率A=25%，20°C 冲击韧性AKV=152J。
权利要求
1.一种含铌大规格高强度角钢，其特征在于化学成分配比如下c O. 02 O. 18%，SiO.10 O. 50%, Mnl. O I. 70%，P 彡 O. 03%，S 彡 O. 03%, Al O. 02 O. 05%, NbO. 02 O. 07%,V0. 02 O. 10%, TiO. 01 O. 03%, Ceq ( O. 44%，余量为 Fe。
2.一种含铌大规格高强度角钢的生产工艺，包括如下步骤第一步、连铸坯生产铁水预处理一转炉或电炉炼钢一LF精炼一连铸一连铸坯检验；第二步、对步骤I中生产出的连铸坯进行工艺处理将连铸坯加热到1150 1250°C，经高压水除氧化铁皮后进入轧机轧制，开轧温度1000 1150°C，终轧温度850 950°C，后三道次的累积压下率为20 40%，轧后空冷；第三步、对步骤二中生产出的角钢进行矫直后，进行力学性能检验。
3.如权利要求I所述的含铌大规格高强度角钢，其特征在于所述角钢为等边热轧角钢。
4.如权利要求I所述的含铌大规格高强度角钢，其特征在于所述角钢边长为220mm或 250mm。
全文摘要
本发明公开了一种含铌大规格高强度角钢及其生产工艺，属于钢铁生产技术领域。其化学成分配比如下C0.02～0.18%，Si0.10～0.50%，Mn1.0～1.70%，P≤0.03%，S≤0.03%，Al0.02～0.05%，Nb0.02～0.07%，V0.02～0.10%，Ti0.01～0.03%，Ceq≤0.44%，余量为Fe。其生产工艺步骤包括连铸坯生产、对连铸坯进行工艺处理，通过采用本发明建造输电铁塔，可以降低铁塔重量和用钢量，解决铁塔采用组合截面的不足，降低设计、加工、施工的工作量和投资成本，增强输电铁塔在使用过程中的安全性。
文档编号C21D8/00GK102851584SQ20121011735
公开日2013年1月2日 申请日期2012年4月20日 优先权日2012年4月20日
发明者吴旭春, 魏鹏, 王禹斌, 丁光辉, 侯振伟, 周成, 王厚昕, 乔彦龙, 何路, 崔立川 申请人:宿迁南钢金鑫轧钢有限公司