一种光伏支架用耐候钢及其生产方法与流程

1.本发明涉及钢铁冶炼技术领域，尤其涉及一种光伏支架用耐候钢及生产方法。


背景技术：

2.光伏发电是一种绿色环保产业。光伏支架是光伏发电装置的一个重要支撑保护结构。为了防止光伏支架的腐蚀，目前大多采用q235和q355材质钢板卷或轻质型材加工后镀锌使用。但热镀锌产品在生产时会造成污染，大幅度增加了治理成本。另外光伏发电装置多处在比较空旷的山坡、沙地或水塘地带，光伏面板面积较大，在受到风沙雨雪冲击的时候，传递给支架的往复冲击力较大，而q235和q355属于普通低合金材料，虽然具有易于成型的特点，但其对夹杂物的要求不高，韧性和抗疲劳性较差，在寒冷地带会出现脆断现象，同时复杂的应用环境也容易造成镀锌层的破坏，导致提前退出服役。而采用光伏支架用耐候钢则会完全避免这种问题。由于光伏支架加工式样较多同时要求全服役期正常服役，因此光伏支架用耐候钢应具备以下特性：耐蚀指数i在6.0以上；为了易于再加工材料屈服强度在450mpa以下；焊接冷裂纹敏感系数在0.2以下；较好的低温韧性；具有一定的抗疲劳性。
3.专利申请号200910180491.1的中国专利文献，其公开了“高强度低合金热轧铁素体贝氏体耐候钢及其生产方法”，阐述了一种具有低成本、高强度、低屈强比、高耐候以及好的低温韧性和可焊接性的耐候钢。但光伏支架用耐候钢因为所需结构样式较多，因此需要材料具有较好的可加工性和较好的抗疲劳性，较高的强度存在着加工难度大的问题，由于强度太高，很多加工厂缺乏再加工能力，另外为了获得高强度而需要得到较高比例的的贝氏体组织属于中温转变组织内应力较大对韧性和抗疲劳性有害。
4.专利申请号200410061112.4的中国专利文献，其公开了“针状组织高强度耐候钢及其生产方法”，阐述了一种通过降低c含量，控制轧制后进行20～100s的驰豫，再控制冷却到400～700℃，从而得到了一种针状组织高强度耐候钢。该方法通过针状组织控制实现了高强度控制并获得了较好的耐候性，但文献公布的方法控制轧制后需要驰豫，只能适用于可逆轧机机组的中厚板轧制。同时因为强度太高并不适用于光伏支架。
5.专利申请号200510045624.6的中国专利文献，其公开了“一种经济型耐候钢”，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，生产出具有良好的耐大气腐蚀性能和综合机械性能的经济型耐候钢。但很难满足工程对耐蚀指数的要求，同时低温韧性较差。
6.在耐候钢生产中为了提高耐蚀指数需要加入较多的cu、ni、si、cr等合金元素，但这些元素都是淬透性元素，很容易提高材料的强度，因此在保证高耐蚀指数的条件下获得较低的强度控制，必须具有相应的控制工艺才能实现。另外夏比冲击功和落锤试验都属于韧性的检验范畴，一般应用的耐候钢只要具有低温条件下较高的冲击功，既能说明材料的低温应用的安全性。但夏比冲击功由于冲击试样较小，裂纹缺乏长大空间，并不能反应材料的止裂能力。而光伏支架时常处于外力的反复冲击，因此材料的低温夏比冲击功非常重要，而表现止裂能力的落锤试验更重要，为此，本方案设计了一种综合性能和光伏支架应用要
求更为匹配的光伏支架用耐候钢及生产方法。


技术实现要素：

7.本发明提出的一种光伏支架用耐候钢及其生产方法，解决了现有技术中的耐候钢应用于光伏支架时综合性能与适用性不易匹配的问题，
8.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
9.一种光伏支架用耐候钢，其组成成分按质量百分比为：c：0.030～0.070％；si：0.20～0.50％；mn：0.3～1.20％；p：≤0.020％；s：≤0.005％；nb：0.01～0.05％；ti：0.010～0.030％；ni：0.05～0.30％；cu：0.20～0.50％；cr：0.4～0.8％；n：≤0.006％；ca：0.0010～0.0030％；其余为fe和不可避免的杂质元素。
10.进一步，焊接冷裂纹敏感系数：pcm＝c si/30 (mn cu cr)/20 mo/15 ni/60 v/10 5b≤0.18；
11.进一步，耐蚀指数：i＝26.01cu 3.88ni 1.2cr 1.49si 17.28p-7.92cuni-9.1nip-33.39cu2≥6.0。
12.进一步，其屈服强度：245～450mpa；抗拉强度：420～600mpa；伸长率：≥23％；-40℃夏比冲击功≥120j；-20℃落锤剪切面积≥85％；晶粒度≥9级；夹杂物≤1.5级。
13.一种光伏支架用耐候钢的生产方法，包括以下步骤：
14.步骤一、经铁水预处理、顶底复吹转炉、lf炉外精炼、rh真空脱气炉冶炼合格钢水，其中铁水预处理终点硫≤20ppm；顶底复吹转炉终点氧≤500ppm；lf炉外精炼造白渣，白渣保持时间≥15min，并进行ca处理改良并促进夹杂物上浮，采用氩气进行软搅拌，软搅拌时间≥8min；rh真空脱气炉真空度≤100pa，保持时间≥15min；
15.步骤二、钢水连铸成210mm板坯；
16.步骤三、将钢坯加热至1180～1250℃，加热时间为120～180min，保证合金元素的充分固溶；
17.步骤四、采用tmcp工艺进行轧制，再结晶区轧制温度为1050～1200℃，总变形率为70～80％，奥氏体未再结晶区开制温度为950～980℃，总变形量为70～85％，终轧温度控制区间为880～920℃，避免高温先共析铁素体析出；
18.步骤五、轧制完成后快速入水，冷却到570～650℃；
19.步骤六、热卷在450℃以上时进入缓冷坑进行缓冷，以充分释放由于轧制变形和相变产生的内应力，缓冷48小时后取出空冷至室温。
20.优选的，铁水预处理终点硫≤10ppm；
21.优选的，转炉终点氧控制≤400ppm；
22.优选的，lf炉外精炼造白渣，白渣保持时间≥20min，进行ca处理改良并促进夹杂物上浮，采用氩气进行软搅拌，软搅拌时间≥10min。
23.优选的，rh真空脱气炉真空度≤60pa，保持时间≥15min；
24.通过上述优选措施尽量减少对抗疲劳性影响较大的夹杂物，尤其是al2o3夹杂物对抗疲劳性能的影响，同时提高材料低温冲击韧性和耐候性。
25.本发明的主要特点：
26.(1)通过成分和工艺的有效结合，使其综合性能满足了光伏支架用钢所需的耐候
性、可焊接性、可加工性要求。通过落锤剪切面积的控制改善了光伏支架用钢的裂纹止裂能力，提高了光伏支架用钢的韧性和抗疲劳性。
27.(2)通过氮、氧、硫的控制有效减少了夹杂物数量并控制了夹杂物尺寸，改善了钢的耐候性、可焊接性、低温韧性和抗疲劳性。
28.(3)通过控制轧制使奥氏体晶粒充分拉长，在奥氏体区完成轧制后快速冷却获得较大过冷度的过冷奥氏体，在缩短碳的扩散行程的同时提高相变形核点，在随后的相变过程中得到一种均匀的铁素体和少量弥散分布较为细小的的珠光体或贝氏体组织。从而获得良好的低温韧性。
29.(4)由于在奥氏体区随着终轧温度的降低，轧制形成的位错越多，位错强化可较大幅度提高屈服强度和抗拉强度，但材料的可再加工性降低，采取提高终轧温度的措施可有效降低位错强化效应。进而使钢的强度性能满足光伏支架用钢的要求。
具体实施方式
30.下面将本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
31.实施例1
32.本实施例的一种光伏支架用耐候钢及其生产方法的具体实现步骤如下：
33.熔炼成分质量百分比为：c：0.061％；si：0.36％；mn：0.55％；p：0.011％；s：≤0.002％；nb：0.015％；ti：0.013％；ni：0.15％；cu：0.30％；cr：0.50％；n：0.0049％；ca：0.0015％；其余为fe和不可避免的杂质元素；
34.耐蚀指数计算方式为：i＝26.01cu 3.88ni 1.2cr 1.49si 17.28p-7.92cuni-9.1nip-33.39cu2＝6.37；
35.焊接冷裂纹敏感系数计算方式为：pcm＝c si/30 (mn cu cr)/20 mo/15 ni/60 v/10 5b＝0.15；
36.一种光伏支架用耐候钢的生产方法，包括以下步骤：
37.步骤一、经铁水预处理、顶底复吹转炉、lf炉外精炼、rh真空脱气炉冶炼合格钢水，其中铁水预处理终点硫9ppm；顶底复吹转炉终点氧310ppm；lf炉外精炼造白渣，白渣保持时间20min，并进行ca处理改良并促进夹杂物上浮，采用氩气进行软搅拌，软搅拌时间11min；rh真空脱气炉真空度60pa，保持时间18min；
38.步骤二、钢水连铸成210mm板坯；
39.步骤三、将钢坯加热至1210℃，加热时间为155min，保证合金元素的充分固溶；
40.步骤四、采用tmcp工艺进行轧制，再结晶区轧制温度为1085℃，总变形率为74％，奥氏体未再结晶区开制温度为970℃，总变形量为79.3％，终轧温度控制区间为910℃，避免高温先共析铁素体析出；
41.步骤五、轧制完成后快速入水，冷却速率为25℃/s，冷却到640℃；
42.步骤六、热卷590℃进入缓冷坑进行缓冷，以充分释放由于轧制变形和相变产生的内应力，48小时后出缓冷坑空冷至室温。
43.取样检验：组织为均匀的铁素体加少量弥散的珠光体组织；屈服强度：300mpa，抗拉强度：451mpa，伸长率：28.5％；-40℃冲击功为268j，-20℃落锤剪切面积：98％；晶粒度：
10.5级，夹杂物均在1级以下。
44.实施例2
45.本实施例的一种光伏支架用耐候钢及生产方法的具体实现步骤如下：
46.c：0.043％；si：0.35％；mn：0.86％；p；0.014％；s：≤0.001％；nb：0.028％；ti：0.012％；ni：0.15％；cu：0.37％；cr：0.52％；n：0.0051％；ca：0.0017％；其余为fe和不可避免的杂质元素；
47.耐蚀指数计算：i＝26.01cu 3.88ni 1.2cr 1.49si 17.28p-7.92cuni-9.1nip-33.39cu2＝6.6；
48.焊接冷裂纹敏感系数计算：pcm＝c si/30 (mn cu cr)/20 mo/15 ni/60 v/10 5b＝0.15；
49.一种光伏支架用耐候钢的生产方法，包括以下步骤：
50.步骤一、经铁水预处理、顶底复吹转炉、lf炉外精炼、rh真空脱气炉冶炼合格钢水。其中铁水预处理终点硫8ppm；顶底复吹转炉终点氧380ppm；lf炉外精炼造白渣，白渣保持时间21min，并进行ca处理改良并促进夹杂物上浮，采用氩气进行软搅拌，软搅拌时间12min；rh真空脱气炉真空度56pa，保持时间18min；
51.步骤二、钢水连铸成210mm板坯；
52.步骤三、将钢坯加热至1220℃，加热时间为160min，保证合金元素的充分固溶；
53.步骤四、采用tmcp工艺进行轧制，再结晶区轧制温度为1090℃，总变形率为74.7％，奥氏体未再结晶区开制温度为965℃，总变形量为79.3％，终轧温度控制区间为895℃，避免高温先共析铁素体析出；
54.步骤五、轧制完成后快速入水，冷却速率为26℃/s，冷却到620℃；
55.步骤六、热卷550℃进入缓冷坑进行缓冷，以充分释放由于轧制变形和相变产生的内应力，48小时后出缓冷坑空冷至室温。
56.取样检验：组织为均匀的铁素体加少量弥散的珠光体组织；屈服强度：406mpa，抗拉强度：539mpa，伸长率：26％；-40℃冲击功为273j，-20℃落锤剪切面积：98.5％；晶粒度：11.5级，夹杂物均在1级以下。
57.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。