高强度高韧性电力通信杆用钢及其加工方法
技术领域
本发明涉及电力及通信杆用钢，尤其涉及一种屈服强度为520MPa级低温高韧性电力通信杆用钢及其加工方法，属于低合金高强度结构钢制造技术领域。
背景技术
随着城市化建设的不断加快以及对城市美化的要求，对城市电力杆及通信杆的要求也越来越高，要求其采用高强度薄规格的产品代替传统低强度厚规格的产品。目前电力及通信杆用钢的屈服强度级别一般为345MPa、390MPa，少数为420MPa级别。
申请号为200810197267.9的中国专利申请公开了一种高强度高韧性-50℃低温钢及其制造方法，成分百分比为：C：0.12～0.20，Si：0.15～0.50，Mn：1.20～1.70，P：≤0.015，S：≤0.010，Ni：0.30～1.00，Ti：0.005～0.050，Al：0.005～0.10，Nb：0.010～0.050，此外还含有V：≤0.10，Cu：≤1.0，Mo：≤0.50，Zr：≤0.040，RE：≤0.020中的一种或一种以上。其中C含量高，因此冷裂纹指数偏高。
申请号为200710113911.5的中国专利申请公开了一种高强度耐候低合金电力杆用钢及其制备方法，成分重量百分比为：C：0.06～0.12％、Si：0.15～0.35％、Mn：1.0～1.40％、S≤0.030％、P≤0.030％、Cu：0.15～0.30％、Al＜0.04％，Nb：0.01～0.03％；利用现有设备和常规工艺生产，经过复吹转炉冶炼、LF钢包精炼、软吹氩、板坯连铸，通过调整部分元素含量，进行微合金化处理，控制轧制工艺条件，生产出经济耐候钢。其Si含量在0.15～0.35％，不利于提高钢的成型性、焊接性、韧性和塑性，材料的屈服强度在480MPa以下，材料的综合机械性有待改善。
申请号为200510045624.6的中国专利申请公开了一种经济型耐候钢，成分为：C：0.12～0.21％、Si：0.2～2.0％、Mn：0.7～2.0％、S≤0.036％、P≤0.034％、Cu：0.10～0.40％、Al＜0.2％，其余为Fe和微量杂质。通过Cu、Mn、Si、Al等合金化，并简单调整普通低碳钢(Q235钢)的部分元素含量，在不需改变Q235钢生产工艺条件下，生产出耐大气腐蚀性能的经济耐候钢。其C含量较高，焊接性能不佳，材料的屈服强度只达到345MPa级别，-20℃V型冲击功只有27J。
当前，随着电力及通信杆朝着大型化方向发展，需承载较大的载荷，为此，电力及通信杆的重量也不断增加。在此情况下，若使用更高强度的钢材，不仅可降低电力及通信杆主材的重量，还可减小横担材料的规格。因此，制造出更高强度的电力通信杆用钢，具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种屈服强度为520MPa级别的高强度高韧性电力通信杆用钢及其加工方法，该材料应具有高强度、高韧性、良好焊接性、优良的表面涂镀性等综合性能。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
高强度高韧性电力通信杆用钢，特点是：其成分的质量百分含量如下——
C 0.05～0.09％，
Si ≤0.03％，
Mn 1.15～1.35％，
P ≤0.025％，
S ≤0.015％，
Nb 0.040～0.060％，
Ti 0.010～0.025％，
V 0.045～0.065％，
其余组分为Fe和不可避免的杂质。
进一步地，上述的的高强度高韧性电力通信杆用钢，其中，所述钢的屈服强度在520MPa以上，抗拉强度在600MPa以上，断后伸长率在27％以上，钢板横向-20℃夏比冲击功在130J以上。
更进一步地，上述的高强度高韧性电力通信杆用钢，其成分具有如下的优选质量百分比：C 0.06％，Si 0.03％，Mn 1.23％，P0.016％，S 0.006％，Nb 0.048％，Ti 0.021％，V 0.057％，其余组分为Fe和不可避免的杂质。
本发明高强度高韧性电力通信杆用钢的加工方法步骤为：将熔炼铸造得到的板坯加热至1190℃～1230℃，然后进行粗轧，粗轧结束温度控制在1000℃～1100℃；接着进行精轧，精轧开轧温度控制在900℃～950℃，精轧结束温度控制在820℃～880℃；精轧结束后，进行层流冷却，最后进行卷取，获得板卷。
进一步地，上述的高强度高韧性电力通信杆用钢的加工方法中，所述粗轧为5道次连轧，所述精轧为7道次连轧。
再进一步地，上述的高强度高韧性电力通信杆用钢的加工方法中，所述精轧阶段压缩比大于80％。精轧后，板材的厚度在3～12mm。所述卷取的温度控制在500℃～600℃。
本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：
①通过降低C、Si含量，复合添加强化元素Nb、V、Ti等微合金元素，采用低温终轧、快速冷却等加工方法进行制造，板卷的屈服强度指标达到520MPa以上，具有优良的综合力学性能，屈服强度指标达到520MPa以上，比现有电力通信杆用钢的强度提高很多，增加了抗载荷能力，适合钢板减薄设计，从而降低电力通信杆的生产成本；而且该材料还具有良好的低温冲击韧性，适合各种环境下使用。
②具有优良的表面涂镀性能，通过镀锌花处理，使电力杆、通信杆和灯杆具有美丽的外观，大大提高了材料的抗腐蚀能力，延长了电力及通信杆的使用寿命，避免了以往电力通信杆因腐蚀而发生事故。
③具有优良的焊接性能，通过合理的成分设计和焊接材料推荐，可有效提高焊接效率，获得优异的焊接接头性能。
④采用控轧控冷工艺生产，以热轧状态交货，无需进行热处理，制造工艺简单，生产成本较低，该材料适用于电力通信杆、车辆、桥梁等长期暴露在大气中使用的钢结构。
附图说明
图1：本发明电力通信杆用钢的金相显微组织照片。
具体实施方式
本发明提供一种屈服强度为520MPa级别的高强度高韧性电力及通信杆用钢及其制造方法，采用低碳、低硅及微合金化处理技术，利用夹杂物形态控制技术和控制轧制控制冷却技术进行生产，从而保证材料具有较高强度的同时，具有高韧性、良好焊接性能、优良的表面涂镀性、高性价比等优良综合性能。解决了现有电力及通信杆用钢强度和韧性偏低，且强度和塑性不能良好匹配，表面涂镀性较差等技术缺陷。
高强度高韧性电力通信杆用钢，该合金中：C 0.05～0.09％，Si≤0.03％，Mn 1.15～1.35％，P≤0.025％，S≤0.015％，Nb0.040～0.060％，Ti 0.010～0.025％，V 0.045～0.065％，该合金其余组分为Fe和不可避免的杂质。而理想的成分配比为：C 0.06％，Si 0.03％，Mn 1.23％，P 0.016％，S 0.006％，Nb 0.048％，Ti 0.021％，V 0.057％，其余组分为Fe和不可避免的杂质。其中钢的屈服强度≥520MPa，抗拉强度≥600MPa，断后伸长率≥27％，钢板横向-20℃夏比冲击功≥130J。
钢中各元素的作用如下：
[碳]：提高碳含量，对提高钢的室温强度和中温强度有利，但对钢的塑性、韧性、成型性、可焊性均不利，故优选0.05～0.09％的C。
[硅]：降低硅含量，不仅提高了钢的成型性、焊接性、韧性和塑性，还显著改善了钢的表面涂镀性，故控制Si≤0.03％。
[锰]：提高钢中锰含量，能扩大γ区，降低γ→α转变温度，扩大轧制范围，使铁素体晶粒的长大机会大大减少，因而促进晶粒细化，增加钢的强韧性，但锰含量高，会相应增加钢的成本，也会增加碳当量，不利于焊接，故Mn含量控制在1.15～1.35％。
[硫]：硫在钢中形成硫化物夹杂，降低延展性和韧性；钢轧制时，由于MnS夹杂随着轧制方向延伸，使钢的各向异性加重，严重时导致钢板分层，同时含硫量高的钢抗腐蚀能力大为降低，对钢的焊接亦不利，故控制S≤0.015％。
[磷]：磷高增加钢的冷脆性，使钢的脆性转变温度上升，使钢的冲击韧性显著下降，控制P≤0.025％。
[钛]：钢中加入微量钛，不仅有利于钢的脱氧，而且由于钢中钛的氮化物或碳化物的存在，可起着延迟奥氏体晶粒的再结晶和长大的倾向，从而改善钢的性能，尤其改善冲击韧性。Ti还能够有效提高焊接性能，TiN能够有效防止板坯加热时晶粒过分长大。故优选0.010～0.025％的Ti。
[铌]：铌在钢中形成氮化物或碳化物，有利于细化晶粒组织，发挥析出强化的作用，Nb含量控制在0.040～0.060％。
[钒]：在钢中形成碳化物，发挥沉淀强化的作用，提高钢的强韧性；另外，铌、钒、钛的复合加入，比各自单独加入效果更加显著，大大提高了钢的强度和韧性。
高强度高韧性电力通信杆用钢的熔铸工艺是：采用铁水预脱硫，转炉顶底复合吹炼，吹Ar站(或LF炉)保证底吹Ar搅拌时间大于5分钟，RH炉进行成分微调、真空循环脱气处理，连铸采用低碳钢保护渣，全程吹Ar保护浇铸，得到连铸板坯。
需强调的是，本发明高强度高韧性电力通信杆用钢的加工方法为：将熔炼铸造得到的板坯加热至1190℃～1230℃，然后进行粗轧，粗轧为5道次连轧，粗轧结束温度控制在1000℃～1100℃；接着进行精轧，精轧为7道次连轧，精轧开轧温度控制在900℃～950℃，精轧结束温度控制在820℃～880℃，精轧阶段压缩比大于80％；精轧后，板材的厚度在3～12mm；继而进行层流冷却，最后进行卷取，卷取的温度控制在500℃～600℃，获得板卷。
本发明采用低碳、低硅，用锰作为强化元素，用铝进行脱氧，并采用铌、钒、钛微合金强化，利用夹杂物形态控制技术和控制轧制控制冷却技术进行生产，在一定加工方法下，获得具有高强度、良好的低温冲击韧性和良好的焊接性、成型性、冷弯性的电力通信杆用钢。本发明的实际应用及其优点将由下面的例子来体现。
实施例：
如表1所示组成(％)的钢№ I～v。采用铁水预脱硫，转炉顶底复合吹炼，吹Ar站(或LF炉)保证底吹Ar搅拌时间大于5分钟，RH炉进行成分微调、真空循环脱气处理，保证RH纯脱气时间大于8分钟，同时喂适量的铁-钙线，连铸采用低碳钢保护渣，全程吹Ar保护浇铸，浇铸成210mm厚的连铸板坯。连铸板坯经加热炉加热后，在连续热连轧轧机上轧制，工艺控制参数见表2，通过粗轧轧机和精轧连轧机组在再结晶区和未再结晶区控制轧制后，进行控制冷却，然后进行卷取，得到热轧板卷，厚度在3～12mm。
表1成分
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表2热轧工艺控制参数
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上述实施例获得的电力通信杆用热轧钢板，显微组织为铁素体加少量的珠光体，晶粒度为12级以上，实施例1钢的金相显微组织如图1。除具有高强度外，还具有良好的低温冲击韧性和良好的焊接、成型、加工性能。屈服强度≥520MPa，抗拉强度≥600MPa，断后伸长率≥27％，钢板横向-20℃夏比冲击功≥130J。取样检测力学性能见下表3。另外，还具有优良的表面涂镀性能，经镀锌处理后，材料的耐候性能非常理想。
表3力学性能
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综上可见，本发明通过降低C、Si含量，复合添加强化元素Nb、V、Ti等微合金元素，采用低温终轧，快速冷却等加工方法进行生产，使板卷的屈服强度指标达到520MPa以上，凸现以下特点：
1)本发明材料具有优良的综合力学性能，屈服强度指标达到520MPa以上，比现有电力通信杆用钢的强度提高很多，增加了抗载荷能力，适合钢板减薄设计，从而降低电力通信杆的生产成本；而且该材料还具有良好的低温冲击韧性，适合各种环境条件下使用。
2)本发明材料具有优良的表面涂镀性能，通过镀锌花处理，使电力杆、通信杆和灯杆具有美丽的外观，大大提高了材料的抗腐蚀能力，延长了电力及通信杆的使用寿命，避免了以往电力通信杆因腐蚀而发生事故。
3)本发明材料具有优良的焊接性能，通过合理的成分设计和焊接材料推荐，有效提高焊接效率，获得优异的焊接接头性能。
4)本发明材料采用控轧控冷工艺生产，以热轧状态交货，无需进行热处理，制造工艺简单，生产成本较低，使用该材料可降低电力通信杆主材的重量，还可减小横担材料的规格，生产出高度12米～60米的电力杆、通信杆和灯杆，能够抵抗多台风的冲击，产生了良好的经济效益和社会效应，值得广泛推广应用。
需要理解到的是：上述说明并非是对本发明的限制，在本发明构思范围内，所进行的添加、变换、替换等，也应属于本发明的保护范围。