[发明专利]一种铁塔用高强高韧耐候角钢及其制备方法

说明书

本发明提供了一种铁塔用高强高韧耐候角钢及其制备方法。以重量百分比计，该铁塔用高强高韧耐候角钢含有如下成分：C：0.05％‑0.10％，Si：0.15％‑0.40％，Mn：1.10％‑1.50％，P≤0.020％，S≤0.005％，Cr：0.40％‑1.00％，Ni：0.30％‑0.40％，Cu：0.30％‑0.40％，Als≥0.015％，N：0.02％‑0.07％，Nb：0.01％‑0.04％，Ti：0.01％‑0.05％，V：0.03％‑0.08％，其余为Fe。本发明还提供了上述铁塔用高强高韧耐候角钢的制备方法。本发明的优点在于通过合金元素组合设计，获得了强度高、低温高韧性、耐大气腐蚀的铁塔用热轧耐候角钢，且可在现有角钢生产设备条件下批量生产。

技术领域

本发明涉及冶金领域，具体涉及一种铁塔用高强高韧耐候角钢及其制备方法。

背景技术

我国输电线路铁塔长期以来主要选用热轧角钢型材，辅以少量钢管作为塔材，当前使用牌号以Q235、Q345和Q420为主，而国外发达国家输电铁塔多采用Q400、Q450、Q500级角钢制造，与发达国家相比，品种少、强度值偏低。超/特高压输电线路铁塔趋于大型化，杆塔设计荷载也越来越大，常用热轧角钢在强度和规格上都难以满足大荷载杆塔的使用要求。当构件设计荷载较大时，一般采用组合断面的方法来满足铁塔构件的承载能力要求，这必然导致铁塔杆件数量及规格增多，节点构造复杂，安装工作量增大，既造成工程投资增加，又浪费了大量资源，这促使工程选用的钢材强度级别向更高层次发展。据统计数据显示，在同样的载荷设计下，使用Q460级角钢代替Q345级角钢可平均降低用钢量10％左右。

输电铁塔在低温环境下，由于钢材低温冷脆效应，可能发生低应力脆性断裂现象。特高压交流同塔多回线路输送容量大，重要等级高，对钢材质量等级要求较高。Q345B钢材的夏比(V型)冲击试验的试验温度和冲击吸收能量分别为20℃和不小于34J。特高压交流线路途经局部地区(例如内蒙古等)最低气温达-40℃以下，对钢材质量等级要求更高，Q345B很难满足低温用钢的要求，从而给寒冷地区输电铁塔长期安全运行带来隐患。

在采用碳钢和低合金结构钢的输电铁塔在制造过程中，应用热镀锌进行防腐。镀锌防腐需要有专门的除锈、酸洗、镀锌工序，使铁塔制造成本增加，而且污染环境。随着电网建设水平的不断提高以及同塔多回路、紧凑型线路、多分裂大截面导线等输电新技术的应用，使得杆塔载荷越来越大，铁塔自重越来越大(从单基塔重1-2吨发展到最大单基塔重5000多吨)，镀锌防腐特有的除锈、酸洗、镀锌工序而造成的材料浪费、维护成本增加、环境污染问题迫切的需要解决。应用节能、环保的新材料、新工艺和新技术，是电网建设和发展的必然趋势。

耐候钢具有绿色、环保、节能、寿命长等特性，并且兼具高强、高韧等性能，在箱罐、车辆、建筑、桥梁等领域得到广泛的应用。耐候钢通过加入P、Cu、Cr、Ni等合金元素提高钢材的耐腐蚀性能。耐候钢在使用过程中，钢板表面与腐蚀大气接触，经过电化学作用，P、Cu、Cr、Ni等元素在钢板表面富集，并与空气中的氧气以及水分反应，在耐候钢表面生成致密的非晶态尖晶石氧化物，保护钢材基体，防止腐蚀气氛进一步腐蚀钢材基体，达到较高的耐大气腐蚀性能，其耐蚀性是碳结构钢的4-8倍，并且由于其具有较高强度，且价格合理，成本远低于不锈钢，因此应用前景广阔。在输电线路应用耐候钢铁塔，可以减少环境污染，降低钢耗和加工成本，具有显著的经济效益和社会效益。

中国电力科学研究院冷弯耐候角钢进行研究和试点应用。研究结果表明，在输电线路铁塔中采用耐候型冷弯型钢可以节省钢材用量，减少环境污染，取得了显著的经济效益和社会效益。我国第一基耐候型冷弯型钢输电铁塔已在220kV厦门梧稆-内官线路输电铁塔试点应用工程成功建设投运。但冷弯型耐候角钢在实际加工使用过程中，经常出现两类缺陷。一类为切割分层缺陷，热轧耐候钢板在冷切割时，切割断口出现分层，分层位置在热卷板厚度方向的中心位置。此类缺陷使得钢板在后续的使用过程中受到影响，其耐腐蚀性能以及焊接性能降低。另一类缺陷是90°冷弯开裂，热轧耐候钢板在冷弯变形后，弯角处出现开裂，导致耐候冷弯角钢输电铁塔无法大规模展开应用。