一种光伏支架用免喷砂处理耐候钢及其制备方法和应用与流程

本发明属于耐候钢，具体涉及一种光伏支架用免喷砂处理耐候钢及其制备方法和应用。

背景技术：

1、目前在建的光伏支架普遍采用传统的热浸镀锌钢支架，但采用传统的热浸镀锌钢支架由于环境污染大、工艺效率低、消耗大、质量水平低等问题已无法满足项目对工程造价的控制要求。同时光伏支架长期暴露在大气环境中，不同程度的腐蚀会对支架结构件产生不同程度的腐蚀损伤，从而影响其安全可靠性和耐久性。

2、耐候钢支架由于其高耐蚀、成本低、更环保等优势正越来越多受到关注。由于耐候钢一般是免涂装使用，因此在进行后续加工时必须将其表面的氧化铁皮去除，否则会影响产品的表面质量出现大面积脱落的现象，严重的会影响光伏支架结构安全。

3、目前普遍采用的去除氧化铁皮的工艺是酸洗或喷砂，但是这些处理工艺会造成污染环境、钢材表面塑性变形、增加成本等问题。

4、因此，开发一种光伏支架用免喷砂处理的耐候钢是光伏行业的迫切需求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种光伏支架用免喷砂处理耐候钢及其制备方法和应用，降低了耐候钢表面氧化铁皮厚度，提高其可除磷性，后期可以免喷砂使用，加工简便，成本更低。

2、针对现有技术的不足，本发明采用以下技术方案：

3、提供一种光伏支架用免喷砂处理的耐候钢，所述耐候钢化学成分及其质量百分含量为：c≤0.10％，si：0.05～0.20％，mn：0.50～0.80％，p≤0.10％，s≤0.005％，cr：0.20～0.80％，cu：0.20～0.80％，ni：0.10～0.20％，余量为fe及不可避免的杂质。

4、按上述方案，c的含量为：0.03～0.06％。

5、按上述方案，cr的含量为：0.50～0.60％。

6、按上述方案，cu的含量为：0.20～0.40％。

7、按上述方案，所述光伏支架用免喷砂处理的耐候钢屈服强度≥450mpa，抗拉强度为570～720mpa，延伸率为≥18％。

8、按上述方案，所述耐候钢根据tb/t 2375《铁路用耐候钢周期浸润腐蚀试验方法》标准进行耐蚀性测试，耐候钢相对普碳钢(q345b)耐蚀性能提高50％以上。

9、按上述方案，所述耐候钢的氧化皮厚度＜12μm；优选地，氧化皮厚度为4～10μm；更优选地，氧化皮厚度为4～8μm。

10、本发明还提供了上述光伏支架用免喷砂处理耐候钢的制备方法，包括以下步骤：

11、1)对铸坯加热，控制铸坯加热温度在1150～1280℃；

12、2)高压除磷；

13、3)粗轧开始温度为1050～1100℃，粗轧终了温度为900～950℃，压下率≥80％；

14、4)精轧开始温度为870～900℃，精轧终了温度为850～880℃，压下率≥80％，经过7～12道次轧制成钢板；

15、5)进行层流冷却，在冷却速度为20～35℃/s下冷却至550～650℃，卷曲待用。

16、按上述方案，所述步骤1)，铸坯加热温度在1210～1280℃；优选为1230～1280℃；更优选为1230～1280℃。

17、按上述方案，所述步骤3)中，粗轧终了温度为920～940℃。

18、按上述方案，所述步骤3)中，粗轧压下率为80～90％。

19、按上述方案，所述步骤4)中，精轧压下率为80～90％。

20、按上述方案，所述步骤5)中，冷却至580～630℃。

21、本发明还提供了一种上述光伏支架用免喷砂处理的耐候钢在光伏建筑施工领域中的应用。

22、按上述方案，所述耐候钢在环境腐蚀等级c1-c3的大气环境下裸露且无需喷砂处理使用。

23、本发明耐候钢中各元素的作用：

24、本发明的c含量选择在≤0.10％。c是提高钢的强度的有效元素，当碳含量较高时，如超过0.12％时，极易形成马氏体而恶化钢的低温韧性，抗拉强度也容易超出上限，对焊接性的影响更大。当钢中碳含量在0.10％(wt)以下时，钢的碳当量对焊接冷裂纹的敏感性不大，降低碳含量，还可有效提高钢的低温韧性。但是当碳含量太低时，如小于0.03％，会使钢板强度不足，钢中的硬相偏少，屈强比控制较为困难。c含量的优选在0.03～0.06％。

25、本发明的mn含量在0.50～0.80％，mn是重要的强韧化元素，是奥氏体稳定化元素，能扩大铁碳相图中的奥氏体区，促进中温组织转变。较高含量的mn极易在钢中产生严重的中心偏析，恶化钢的低温韧性，焊接时钢板haz容易产生裂纹，对于得到本发明钢的力学性能来讲，也是不必要的，而太低的mn则容易降低钢的强度。

26、本发明的p≤0.10％，较高含量的p会显著提高钢的耐候性，但也会降低钢的焊接性，增加钢的冷脆倾向，产生比较严重的中心偏析。

27、本发明的s≤0.005％，较高含量的s会降低钢的耐蚀性、低温韧性、z向性能。

28、本发明的si含量在0.05～0.20％，si元素在加热时在氧化铁皮和钢材基体之间形成fe2sio4化合物，使氧化皮黏附性增强，导致后续氧化铁皮不能完全清除，si含量越高，生长深度越大，氧化皮黏附性越强。此外，si的添加能提高钢铁材料的耐蚀性能，但在工业大气环境中，si元素过高会导致锈层保护能力减小，使钢材出现耐蚀性恶化的现象，降低表面质量。

29、本发明的cu含量为0.20～0.80％，cu能改善钢的淬透性，可以明显提高厚钢板的心部强度，也是重要的提高耐候性的元素，cu元素通过在锈层的缝隙和孔洞等缺陷处富集改善锈层质量，但cu的加入量大于0.50％时，高温轧制时cu会发生晶界偏聚，发生晶界氧化，形成开裂，严重影响表面质量，同时钢板焊接热影响区韧性会降低。cu含量的最佳优选为0.20～0.40％。

30、本发明中cr的含量为0.20～0.80％，适宜的cr可以提高钢的强度，显著改善钢的耐候性，但是含量过高，如超过0.80％则易增加焊接难度，而cr单独添加或者小于0.30％则不会形成钝化膜，不能降低钢基体的腐蚀诱发敏感性，且与传统的ni、cu元素相比，cr的成本更低，耐蚀性提高更明显。cr含量的优选在0.50～0.60％。

31、本发明中ni的含量为0.10～0.20％。ni元素可以提高耐蚀性能，但一般其添加量要达到3％才能达到较好的耐蚀性能，制造成分太高。此外，ni元素过多会时氧化铁皮与基体界面平整度大大减小，降低氧化铁皮的除磷性，当钢中ni含量达到0.20％以上时，钢板表面凹凸严重，氧化铁皮剥离更难。

32、本发明提供一种光伏支架用免喷砂处理的耐候钢，通过优化控制si、mn、cr、ni元素的含量，在保证材料组织和力学性能的前提下，显著减少了钢基体表面的氧化层；具体机理为：氧化的实质是高温下，热轧带钢表面生成的氧化铁皮发生分解反应，分解产生的氧可沿奥氏体晶粒边界扩散，并和钢基板中与氧有较大亲和力的元素(如si、mn、cr)发生氧化反应，形成金属氧化物。其中si是决定氧化深度的元素，si含量大于0.20％时会促进氧化皮的生成，导致破碎后进入基体中，降低表面质量及后续涂装性能，通过降低钢种si含量可以有效控制氧化皮；而mn是决定氧化强烈程度的元素，同时mn和si会与铁氧化物相结合形成连续相，可以抑制氧化皮的生成；ni元素过多会时氧化铁皮与基体界面平整度大大减小，降低氧化铁皮的除磷性。因此本发明对si、mn、ni的含量进行了优化控制。

33、本发明耐候钢制备工艺过程中，首先严格控制轧制温度，以降低氧化铁皮厚度，且保证了氧化皮表面的完整性，提高氧化铁皮的可除鳞性；配合较快的冷却速度20～35℃/s，此阶段带钢表面温度迅速下降，带钢中心与表面的温差迅速减小，氧化层内fe2+和o2-扩散速率急剧下降，氧化反应速率随之下降，因此氧化皮生长缓慢，也减少钢板表面的氧化铁皮残留；同时控制卷曲温度在550-650℃，卷取温度会显著影响氧化铁皮的厚度和结构。在此卷取温度下配合快速冷却方式可以有效地改善热轧带钢表面氧化铁皮的结构，使氧化铁皮的厚度下降25％以上。

34、本发明的有益效果如下：

35、1.本发明提供了一种光伏支架用免喷砂处理的耐候钢，通过对si、mn、ni的含量进行了优化控制，在保证材料组织和力学性能的前提下，有效减少了钢基体表面氧化层的产生，降低了表面氧化铁皮厚度，提高其可除磷性，提升了耐候钢表面质量及后续涂装性能，后期可以免喷砂使用，加工简便，成本更低，具有广泛的应用前景。

36、2.本发明所得耐候钢，屈服强度≥450mpa，抗拉强度在570～720mpa，提高强度的同时能够降低支架厚度，大大降低了单位支架的用钢量；此外相对普碳钢(q345b)耐蚀性能提高50％，可在环境腐蚀等级c1-c3的西北地区裸露且无需喷砂处理使用，与传统热镀锌光伏支架相比，大大降低了支架全寿命周期的成本，环境污染小，资源消耗少，具有良好的应用价值。

37、3.本发明提供了一种光伏支架用免喷砂处理的耐候钢的制备工艺，在优化耐候钢组分的基础上，通过严格控制轧制温度，配合较快的冷却速度和合适的卷曲温度，在保证材料组织和力学性能的前提下，显著降低了氧化铁皮厚度，工艺简单，无需额外投入设备技改费用，便于工业化应用。