电力铁塔专用角钢性能研究

论文摘要

本文通过微合金化、控制轧制等工艺来研究Q420、Q460铁塔用角钢的组织与性能,使Q420、Q460角钢在具有较高的强度同时,还具有良好的低温韧性。这将有利于提高电力铁塔的负载强度,延长电力铁塔的使用寿命,对电力铁塔的建设有重大的意义。本文根据国内外经验与合金元素机理分析,初步设定铁塔用角钢试样的化学成分。在实验过程中,根据实验结果不断调整角钢的化学成分,从而达到最佳的成分范围。控制轧制工艺,根据实验结果不断优化轧制工艺,得到最佳的轧制工艺参数。同时还研究了热处理工艺对Q420角钢的性能影响。研究表明,合金元素对角钢的性能影响很大,增加碳的含量可以提高角钢的强度,但是降低了角钢的低温韧性。通过实验表明碳应该控制在一定的范围,∠8～12.5规格的Q460角钢含碳量应该控制在0.15%～0.18%；∠5～7.5规格的Q460角钢含碳量应该控制在0.15%～0.18%；∠8～12.5规格的Q420角钢含碳量应该控制在0.15%～0.18%；∠5～7.5规格的Q420角钢含碳量应该控制在0.12%～0.18%。合金元素钒的加入有利于提高角钢的强韧性,根据试验结果,∠8～12.5规格的Q460角钢含钒量应该控制在0.09%～0.13%；∠5～7.5规格的Q460角钢含钒量应该控制在0.05%～0.08%；∠8～12.5规格的Q420角钢含钒量应该控制在0.05%～0.08%；∠5～7.5规格的Q420角钢含钒量范围应该控制在0.04%～0.07%。由于钢中的铝可以作为强烈的脱氧剂,且起到了细化晶粒的作用,故Q420、Q460角钢的含铝量略大于0.03%最佳。在不同温度下的角钢冲击实验结果表明,随着温度的降低,冲击功逐渐降低。除了合金元素的成分对低温韧性的影响外,轧制工艺对低温韧性的影响也很大。本文采用了常规轧制与试制轧制工艺进行了实验对比,系统研究了终轧温度对不同成分,不同规格角钢试样组织与性能的影响。通过金相组织与力学实验结果可知,晶粒细化可以有效的提高角钢的强韧性。通过对角钢试样轧制工艺的控制,结合拉伸实验与冲击试验结果：使钢坯的加热温度控制在1050～1100℃之间,开轧温度控制在1000～1050℃之间,同时在奥氏体未再结晶区进行多道次轧制,使钢材的累积变形量达到45%以上,控制钢材的终轧温度,使其在850～900℃之间,轧制后采用空冷,可以充分细化钢材的基体组织,从而得到最佳的力学性能。热处理工艺对角钢的性能影响很大,本文研究了不同的热处理工艺对Q420角钢性能和组织的影响,从而分析热处理后Q420角钢低温性能变化。在910℃温度下对Q420角钢试样正火处理可以使组织晶粒细化,从而提高角钢的强韧性。通过热处理实验结果表明,对Q420角钢试样先采用在900～920℃温度下保温40分钟的淬火工艺、然后在550℃左右保温50分钟进行回火的工艺,最终可以使Q420角钢试样达到较好的综合力学性能。当对Q420角钢试样采用在900-920℃淬火热处理工艺时,可以有效地阻碍奥氏体晶粒长大,此时试样的硬度值达到了最大。同时对经过淬火热处理后的Q420角钢在550℃下保温50分钟进行回火处理后,可以得到回火索氏体组织,而且角钢试样组织转变较充分,试样具有较强的强韧性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 角钢概况
• 1.1.1 Q420与Q460角钢的定义
• 1.1.2 Q420与Q460角钢性能特点
• 1.2 低合金高强钢强韧性理论研究
• 1.3 低合金高强钢的冷脆性
• 1.4 铁塔用角钢应用现状与发展趋势
• 1.4.1 国内外铁塔用角钢应用现状
• 1.4.2 低合金高强钢的发展趋势
• 1.5 本文研究意义
• 1.6 本文的研究内容
• 第2章 实验方案和试样制备
• 2.1 实验方案
• 2.1.1 技术路线
• 2.1.2 实验设备
• 2.2 试样制备
• 2.2.1 铁塔用角钢成分设计
• 2.2.2 铁塔用角钢的实验方案及冶炼工艺
• 2.2.3 铁塔用角钢的轧制工艺
• 2.3 分析测试方法
• 2.3.1 拉伸实验
• 2.3.2 冲击实验
• 2.3.3 显微金相分析
• 2.3.4 X射线衍射分析
• 2.3.5 扫描电镜分析
• 2.4 热处理工艺对Q420角钢性能的影响
• 2.4.1 不同淬火温度对Q420角钢硬度的影响
• 2.4.2 不同回火温度对Q420角钢硬度的影响
• 2.4.3 不同回火保温时间对Q420角钢硬度的影响
• 第3章 微合金化对角钢组织与性能的影响
• 3.1 化学成分的影响
• 3.2 微合金的影响
• 第4章 工艺对角钢组织与性能影响
• 4.1 轧制工艺的影响
• 4.2 轧后冷却速度（方式）的影响
• 第5章 热处理工艺对Q420角钢性能影响
• 5.1 不同热处理工艺下角钢组织与性能对比
• 5.2 淬火温度对Q420角钢性能的影响
• 5.3 回火温度对Q420角钢性能的影响
• 5.4 回火保温时间对Q420角钢性能的影响
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 课题特色
• 6.3 进一步工作的方向
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果