高寒地區鐵塔專用角鋼Q345D應用分析

摘 要：本論文主要對高寒地區鐵塔專用角鋼Q345D研究，主要分析了角鋼Q345D成分設計、冶煉工藝和軋制工藝。

關鍵詞：角鋼Q345D；應用現狀；化學分析；生產工藝

隨著我國電網建設的飛速發展，大容量、長距離、高電壓的輸電線路越來越多，桿塔的荷載越來越大，對輸電鐵塔用角鋼的韌性要求也越來越高。針對不同地理環境，應規范使用不同規格、等級的鐵塔用角鋼。Q345D開發后建議繼續提高角鋼的低溫韌性等級，開發高海拔、高緯度地區輸電鐵塔用低溫角鋼，制定相關技術規范、標準，劃定不同緯度地區應使用的角鋼種類，如Q420D和Q460C等低溫沖擊韌性好的高強度角鋼，使我國電網建設所用的塔材更加規范化，大大提高電網運行的穩定性。

1 我國鐵塔用鋼應用現狀

2002年我國500kV吳淞口黃浦江大跨越鋼管塔首次采用Q390鋼材。隨后美國獨資上海維蒙特公司，用ASTM標準中的A572GR65配方在上海寶鋼生產了屈服強度為450MPa的鋼材，在我國220kV鋼管桿和500kV變電構架得到應用。2005年投運的750kV官廳-蘭州東段輸電線路中，成功地采用了Q420高強鋼，并通過試驗驗證了我國研制的Q420高強鋼在鐵塔結構中使用的安全可靠性。

目前我國雖無Q460高強鋼在輸電線路鐵塔上應用的先例，但已完全具備相應的技術能力，并且已有相關研究分析其應用在1000kV桿塔上的受力情況，提供了理論依據。所以根據實際需要，我國后續建設的特高壓輸電鐵塔將可能采用Q460高強鋼材。

2 Q345D角鋼的化學成分設計及生產工藝

本次Q345D角鋼的設計坯型為165mm×225mm，角鋼軋制規格為L160mm×160mm×14mm的等邊角鋼。

2.1 Q345D化學成分設計

Q345D熔煉化學成分見表1。

2.2 生產工藝流程

鐵水預處理——120t轉爐冶煉——LF精煉——VD真空處理——連鑄機——加熱爐加熱——軋制成型。該鋼種質量等級為D級，用于型鋼廠生產高級別的角鋼。該鋼種要求-20℃的沖擊試驗，要求沖擊功≥34J。因此對化學成份、晶粒度、非金屬夾雜物等有嚴格的要求。

2.2.1冶煉工藝

入爐鐵水：S≤0.050%、P≤0.080%、Si≤0.85%。裝入量115±2噸，廢鋼比視鐵水Si含量與溫度調整。實行高拉補吹操作，降低終點鋼水氧化性。合金及增碳劑的回收率C、Si=85%～90%、Mn=90%～95%；使用鋁塊脫氧，其用量為0.2～0.4kg/t。終點壓槍時間不低于60s，終渣堿度控制在R=3.0～3.5。鋼水到LF爐精煉的溫度控制在1550～1580℃。

2.2.2連鑄工藝

澆鑄方式：全程保護澆鑄，使用鋁碳套管、使用中碳鋼保護渣。大包保護套管Ar氣使用壓力控制在0.2～0.3MPa。拉速范圍：165mm×225mm：1.1～1.5m/min。工作拉速：1.2～1.4m/min。澆注過程，穩定拉速，減少拉速短時間內有大的波動，穩定生產節奏。減少澆注過程中前期低拉速，后期高拉速的現象。連鑄鋼坯的冷卻控制，結晶器水量130m3/h，比水量0.9L/Kg。

2.2.3軋制工藝

型鋼廠將煉鋼廠冶煉的Q345D165mm×225mm規格連鑄鋼坯，在680車間軋制生產，連鑄鋼坯在加熱爐中加熱，軋制成L160×14mm規格的等邊角鋼。連鑄鋼坯加熱時間保證3小時以上但不應超過4小時，各段溫度按常規工藝要求執行，開軋時核查連鑄鋼坯溫，必須保證開軋溫度在1050℃（或1080℃），鋼坯坯陰陽面溫差應小于30℃。

3 軋制工藝的影響

控軋控冷工藝的合理應用，實現了Q345D角鋼的內部晶粒的細化，避免了終軋溫度過高和快速冷卻時，產生有害異常組織的程度，從而保證了Q345D角鋼的強度和低溫韌性。Q345D角鋼具有良好的低溫韌性。隨著近幾年來，大氣與自然環境的劇烈變化，極端天氣出現頻率增加，國家電網的安全運行面臨著嚴峻挑戰。我國幅員遼闊，在北方很多地區冬季氣溫在-20℃以下，極限氣溫達-40℃以下，尤其是東北地區，屬寒溫帶和寒帶氣候地區，具有氣溫低、溫差大、降雪量大等特點，且持續時間較長，低溫氣候時間一般在3～6個月。而鋼材隨著溫度的降低，鋼材的屈服強度和抗拉強度都升高，但屈服強度增長更快，無限趨近抗拉強度，致使脆性增大，塑性降低，負載力降低，鋼材容易產生低溫脆性斷裂的傾向。

4 結論

Q345D角鋼在我國氣溫較低的廣大北部地區使用，將具有更高的安全性，塔材發生脆斷的事故將大幅度減少；并且近年來由于極端氣象頻繁出現，在南方地區多次發生了冰災、雪災等現象，以致在氣溫較高的南方發生了鐵塔倒塌事件，故該角鋼亦可在南方冰災多發地區使用。

參考文獻：

[1] 張少軍，王艷波.輸電線路桿塔用Q420-Q460高強鋼低溫脆性試驗研究[J].內蒙古電力技術.2014，28（5）：5-8.

[2] 李長龍，陳言俊，梁如國，等.Q345鋼在低溫下的力學性能研究[J].山東建筑工程學院學報，2013，18（1）：82-84.

作者簡介：許可（1984-），男，河北石家莊人，助理工程師，金屬材料工程專業。