技术领域
[0001] 本
发明属于
冶金技术领域，具体涉及一种电力塔架用
耐候钢及其制备方法和耐候角钢。
背景技术
[0002] 目前，电力塔架用钢一般采用
镀锌角钢，一方面，镀锌角钢制备过程中需要
酸洗和镀锌操作，来增强耐
腐蚀性能，但存在环保问题，另一方面，镀锌角钢为普
碳钢镀锌后制得，存在耐低温韧性差的问题。
[0003] 耐候钢，即耐大气腐蚀钢，耐候钢由普
碳钢添加少量
铜、镍等耐腐蚀元素而成，具有较优的耐磨蚀性能，可采用耐候钢作为电力塔架用钢，解决上述环保问题，但现有的耐候钢存在耐低温性能低的技术问题。
发明内容
[0004] 鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的电力塔架用耐候钢及其制备方法和耐候角钢。
[0005] 本发明
实施例中提供一种电力塔架用耐候钢，按重量百分比计，所述钢化学成分如下：
[0006] C：0.05-0.10％；Si：0.30-0.45％；Mn：0.8-1.2％；Ti：0.01-0.02％；P：≤0.02；S：≤0.002；V：0.02-0.06％；Nb：0.03-0.06％；Cr：0.4-0.6％；Ni：0.5-0.7％；Cu：0.4-0.6％；
其余为Fe和不可避免杂质。
[0007] 进一步的，所述钢的金相组织包括
铁素体和奥氏体。
[0008] 进一步的，按体积百分比计，所述铁素体占比为10-20％，所述奥氏体占比为80-90％。
[0009] 基于同一发明构思，本发明实施例中还提供一种电力塔架用耐候钢的制备方法，包括转炉
冶炼、精炼、
连铸、
热轧、扎后冷却工序；
[0010] 所述转炉冶炼中，按百万分比浓度计，入炉铁
水砷含量≤90ppm，并以所述钢化学成分进行
钢水调配；
[0011] 所述精炼中，精炼全程进行底吹氩气搅拌，其中，软吹氩时间≥15min；
[0012] 所述连铸中，
中间包液面高度≥1000mm；
[0013] 所述热轧中，开轧
温度为1100-1150℃，终轧温度在翼缘外侧为850-920℃；
[0014] 所述扎后冷却中，冷却至钢温度为500-600℃。
[0015] 进一步的，所述转炉冶炼中，渣料加入冶炼炉后，继续冶炼时间≥3min。
[0016] 进一步的，所述转炉冶炼中，终渣
碱度为2.3-3.3。
[0017] 进一步的，所述连铸中，采用全保护浇注工艺，拉速为1.0-1.5m/min。
[0018] 进一步的，所述制备方法还包括加热炉加热，所述加热包括均热段加热，所述均热段加热温度为1100-1260℃。
[0019] 进一步的，所述加热炉加热时间为120-180min。
[0020] 基于同一发明构思，本发明实施例中还提供一种电力塔架用耐候角钢，具有所述钢化学成分和所述金相组织，所述角钢的壁厚为5-15mm，边宽度为50-200mm。
[0021] 本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
[0022] 本发明实施例中，通过低碳和复合微
合金化配以控制冷却的工艺设计思路，应用
铝脱
氧、以Cu-Cr-Ni为主的工艺技术，通过添加化学元素Nb，V，结合冶炼、精炼、连铸、热轧、扎后冷却的参数控制，析出细小的碳氮化物，从而细化最终第二相及基体组织，使得所制备的耐候钢和耐候角钢的低温韧性
稳定性显著提高。
[0023] 本发明开轧温度为1100-1150℃，终轧温度在翼缘外侧为850-920℃，保证在奥氏体未再结晶区有足够的压下量，利于晶粒的细化；轧后冷却温度为500-600℃，有利于增强析出强化效果，得到更多细小弥散的Nb、V和Ni析出颗粒，有效提高材料的强度，此温度区间Nb、V和Ni析出效果较好，同时保证具有足够的
相变区冷速。
具体实施方式
[0024] 下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。
[0025] 在整个
说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
[0026] 除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、
试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
[0027] 本
申请实施例中的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
[0028] 本申请提供一种电力塔架用耐候钢，按重量百分比计，所述钢化学成分如下：
[0029] C：0.05-0.10％；Si：0.30-0.45％；Mn：0.8-1.2％；Ti：0.01-0.02％；P：≤0.02；S：≤0.002；V：0.02-0.06％；Nb：0.03-0.06％；Cr：0.4-0.6％；Ni：0.5-0.7％；Cu：0.4-0.6％；
其余为Fe和不可避免杂质。
[0030] 本申请中，所述钢的金相组织包括铁素体和奥氏体。
[0031] 本申请中，按体积百分比计，所述铁素体占比为10-20％，所述奥氏体占比为80-90％。
[0032] 基于同一发明构思，本本申请还提供一种电力塔架用耐候钢的制备方法，包括转炉冶炼、精炼、连铸、热轧、扎后冷却工序；
[0033] 所述转炉冶炼中，按百万分比浓度计，入炉铁水砷含量≤90ppm，并以所述钢化学成分进行钢水调配；
[0034] 所述精炼中，精炼全程进行底吹氩气搅拌，其中，软吹氩时间≥15min；
[0035] 所述连铸中，中间包液面高度≥1000mm；
[0036] 所述热轧中，开轧温度为1100-1150℃，终轧温度在翼缘外侧为850-920℃；
[0037] 所述扎后冷却中，冷却至钢温度为500-600℃。
[0038] 本申请中，所述转炉冶炼中，渣料加入冶炼炉后，继续冶炼时间≥3min。
[0039] 本申请中，所述转炉冶炼中，终渣碱度为2.3-3.3。
[0040] 本申请中，所述连铸中，采用全保护浇注工艺，拉速为1.0-1.5m/min。
[0041] 本申请中，所述制备方法还包括加热炉加热，所述加热包括均热段加热，所述均热段加热温度为1100-1260℃。
[0042] 本申请中，所述加热炉加热时间为120-180min。
[0043] 基于同一发明构思，本申请还提供一种电力塔架用耐候角钢，具有所述钢化学成分和所述金相组织，所述角钢的壁厚为5-15mm，边宽度为50-200mm。
[0044] 本发明实施例中主要
合金元素的作用如下：
[0045] Cu可以改善钢的耐大气腐蚀性，主要有两种机制来解释：(1)促进
阳极钝化论，钢与表面二次析出的Cu相互
接触，能促使作为阳极的钢基体钝化，同时在腐蚀过程中形成保护性较好的锈层；(2)Cu富集论，Cu在基体与锈层之间形成以Cu、P为主要成分的阻挡层，它与基体结合紧密，因而具有较好的保护作用。这些解释都是基于Cu在钢的表面及锈层中富集得到的，因此这两种机制可能同时起作用。Cu还可以促使锈层致密，特别是内锈层，并且可以抑制氧气接触钢基体的表面，降低锈的
导电性。耐候钢中加入0.5mass％的Cu使α-FeOOH晶粒扭曲
变形，互相紧密地在一起形成致密的、具有保护功能内锈层，阻止进一步的腐蚀。另外，Cu有抵消钢中S的有害作用的明显效果，这是由于Cu和S可以生成难溶的硫化物。
[0046] Cr和Fe可以形成无限
固溶体。在腐蚀过程中，Cr可以明显
加速γ-FeOOH向α-FeOOH转化的过程，并且会促进致密锈层的形成。Cr元素在腐蚀过程中产生二次分配，其去向有：(1)Cr置换α-FeOOH中部分的Fe，使锈层具有阳离子选择透过性，抑制CI-的进入，减缓了腐蚀过程；(2)在锈层的微裂纹处、
晶界处富集；(3)超过
溶解度的部分铬元素被排斥到锈层/钢基体界面，使界面处的基体上产生了合金元素的富集。
[0047] Ni是一种比较稳定的元素，加入Ni能使钢的自腐蚀电位向正方向改变，增加了钢基体电化学上的稳定性。大气曝晒试验表明，当Ni含量在4mass％左右时，能显著提高耐候钢在海洋大气下的
耐腐蚀性。XPS和TEM观察发现，Ni主要以二价氧化物存在于锈层
尖晶石结构(即Fe2NiO4)中，这提高了内锈层致
密度。为了使锈层中的Mo42-离子充分发挥效果，锈层必须致密，
比表面积也应该大，在大气盐分含量高的地区也要加Ni，因为Ni有利于致密锈层的形成。在腐蚀初期形成的Fe2NiO4相中的(Fe，Ni)06单元可以改变锈的结构，使锈层具有阳离子选择透过性。
[0048] C是钢中强烈形成和稳定奥氏体元素，以间隙
原子存在，随着C含量的增加，钢的强度、硬度增加，而耐蚀性能下降。耐候钢中C含量被控制在0.12mass％以下。
[0049] Mn是良好的
脱氧剂和
脱硫剂，在钢中增加Mn含量可以提高耐
点蚀能力。Mn能提高钢对海洋大气的耐蚀性。
[0050] Si对钢水具有良好的脱氧作用。Si可以阻止锈层中酸的形成，同时可以防止Cl-的侵入。利用EPMA和TEM观察发现，内锈层中的Si主要以二价氧化物存在于尖晶石型结构中，这使得内锈层很致密，同时可以阻碍CI-的侵入，提高耐蚀性。Si与其它元素(如Cu、Cr、Ca)配合使用的话，改善钢耐候性的效果会更明显，较高的Si有利于细化α-FeOOH，从而降低钢的整体腐蚀速率。
[0051] 下面将结合具体实施例对本申请进行详细说明。
[0052] 实施例1
[0053] 本实施例耐低温角钢的化学成分重量百分比为：C：0.07％；Si：0.38％；Mn：0.9％；Ti：0.01％；P：≤0.02；S：≤0.002；V：0.02％；Nb：0.03％；Cr：0.4％；Ni：0.5％；Cu：0.4％，余量为Fe和不可避免的杂质。
[0054] 制备方法如下：
[0055] 1)铁水预脱硫：铁水到脱硫站，脱硫后保证铁水中的硫含量为0.008wt％；
[0056] 2)转炉冶炼：采用红净镁砖包，
烘烤温度850℃；采用
硅锰、
钒铁、中锰进行合金化，合金成分按中限控制；采用铝锰铁脱氧；出钢过程中加入炉渣改质剂1.0kg，当钢水出至1/4时开始均匀加入合金，钢水出至3/4时加完，合金对准钢流冲击区加入。
[0057] 3)LF精炼：精炼过程中充分搅拌化渣，造黄白渣；采用
铝粒、硅
钙钡、铝钒土进行调渣。取初样后调整氧位至22ppm定氧，喂入硅钙线，喂线速度3m/s。
[0058] 4)连铸：中间包烘烤温度为1150℃，结晶器对弧，使用全程保护浇注。
铸坯规格为165mm×165mm.拉速为0.6×0.9m/min。
[0059] 5)
轧制：加热炉的均热温度为1250℃，铸坯在炉时间为150min，开轧温度为1030℃，终轧温度为860℃，空冷至室温，轧材的规格为等边角钢：边厚度约为18mm，边宽带约为180mm。
[0060] 实施例1制得的耐候钢及耐候角钢在不同温度下的冲击吸收功(H：横向；Z：纵向)如表1所示。
[0061] 表1
[0062]
[0063] 实施例2
[0064] 本实施例所得耐低温角钢的化学成分重量百分比如下：C：0.10％；Si：0.45％；Mn：1.2％；Ti：0.02％；P：≤0.02；S：≤0.002；V：0.06％；Nb：0.06％；Cr：.6％；Ni：0.7％；Cu：
0.6％，余量为Fe和不可避免的杂质(见表1)，轧材力学性能见表2。
[0065] 制备方法如下：
[0066] 1)铁水预脱硫：铁水到脱硫站，脱硫后保证铁水中的硫含量为0.007wt％；
[0067] 2)转炉冶炼：采用红净镁砖包，烘烤温度870℃；采用硅锰、钒铁、中锰进行合金化，合金成分按中限控制；采用铝锰铁脱氧；出钢过程中加入炉渣改质剂1.0kg，当钢水出至1/4时开始均匀加入合金，钢水出至3/4时加完，合金对准钢流冲击区加入。
[0068] 3)LF精炼：精炼过程中充分搅拌化渣，造黄白渣；采用铝粒、硅钙钡、铝钒土进行调渣。取初样后调整氧位至25ppm定氧，喂入硅钙线，喂线速度4m/s。
[0069] 4)连铸：中间包烘烤温度为1100℃，结晶器对弧，使用全程保护浇注。铸坯规格为165mm×165mm.拉速为0.6×0.9m/min。
[0070] 5)轧制：加热炉的均热温度为1200℃，铸坯在炉时间为180min，开轧温度为1025℃，终轧温度为890℃，空冷至室温，轧材的规格为等边角钢：边厚度约为18mm，边宽带约为180mm。
[0071] 实施例2制得的耐候钢及耐候角钢在不同温度下的冲击吸收功(H：横向；Z：纵向)如表1所示。
[0072] 表2
[0073]
[0074]
[0075] 对上述实施例1和2进行力学性能测试，测试结果如表3所示。
[0076] 表3
[0077]试样名称 规格 Rp0.2，MPa Rm，MPa 断后延伸率A50，％
实施例1 18mm 445 579 32.5
实施例2 18mm 468 596 33.5
[0078] 与
现有技术相比，本申请具有以下特点：
[0079] 本发明实施例中提供的电力塔架用耐候钢和耐候角钢具有
屈服强度≥420MPa，延伸率≥20％，-40℃纵向冲击功大于等于34J，尤其适于极寒地区使用。
[0080] 最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
[0081] 尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和
修改。所以，所附
权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
[0082] 显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
