CN103103455A - 一种600MPa级水电压力钢管用钢板及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种600MPa级水电压力钢管用钢板及其制造方法,钢板的化学成分按重量百分比为C:0.06~0.09%、Si:0.20~0.40%、Mn:1.4~1.6%、P:≤0.015%、S:≤0.005%、Nb:0.02~0.04%、Ni:0.20~0.40%、Cr:0.10~0.30%、Mo:0.10~0.30%、V:0.03~0.05%、Ti:0.01~0.02%,余量为Fe和不可避免的杂质。制造方法是:采用经过脱硫预处理的铁水和废钢作为原料,经过转炉冶炼、LF精炼、RH真空处理、连铸、加热、轧制和冷却、调质热处理等工序得到600MPa级水电压力钢管用钢板。其优点是:抗拉强度大于600MPa,具有良好的塑性、优良的低温冲击韧性和焊接性能,并且具有优良的抗层状撕裂性能,可广泛用于制造水电站厂坝内的引水压力管道、一级肋板、岔管、蜗壳等辅助设施。
Description
技术领域
本发明属于低合金钢领域,特别涉及一种600MPa级水电压力钢管用钢板及其制造方法。
背景技术
水电用钢主要用于厂坝内的引水压力管道、一级肋板、岔管、蜗壳等辅助设施的制造,要求钢板具有足够的强度,良好的塑性,优良的韧性和焊接性能。国内水电站压力钢管用钢主要采用3个强度级别的钢,即500MPa级、600MPa级和800MPa。早期的水电站建设一般应用500MPa级别的钢板,主要有国内牌号16MnR 和美国牌号 ATSM A537CL1这两种。随着水电站的装机容量和水头等数值越来越大,对钢板提出了更高的要求—使用具有更高强度、更好的低温韧性、更好的焊接性能的钢板,目前国内水电站的压力钢管主要使用600MPa级的产品,如舞阳 WDB620, 首钢SG610CF,鞍钢ADB610D等。
目前国内同级别压力容器用钢及其制造方法如下:
中国专利申请号200510019165.4公开了一种《大线能量焊接水电站压力管用钢及其生产方法》其化学成分质量分数为:C :0.04~0.12%,Si: 0.10~1.00%,Mn:1.10~2.00%,Cr:≤2.00%,Ni:0.26~0.50%,Cu≤0.50%,Ti:0.01~0.04%,Nb≤0.05%,B:0.0005~0.003%,N:0.0003~O.005%,O:0.003~0.007%,P≤0.02%,S≤0.015%,采用离线调质工艺生产,优点是未添加Mo、V等合金元素,降低了制造成本,且钢板可承受大线能量焊接等先进的焊接工艺。不足之处是钢板的抗拉强度为500MPa级,已不符合目前水电站压力钢管的使用要求。
中国专利公开号CN1932063A公开了一种《高强度低焊接裂纹敏感性厚钢板及其生产方法》,其化学成分质量分数为:C:0.04~0.09%,Si:0.15~0.55%,Mn:1.00~1.60%,P≤0.015%,S≤0.006%,Cr:≤0.30%,Ni:0.15~0.40%,Mo≤0.30%,Cu≤0.30%,V:0.02~0.06%,Nb:0.005~0.05%,Als:0.010~0.04%,Pcm≤0.20%,Ceq≤0.42%,采用在线直接淬火+离线回火工艺生产出抗拉强度≥610MPa的钢板,具有生产工艺简单,成本低等特点,不足之处是采用了Cu微合金化,容易导致铸坯产生裂纹。
中国专利公开号CN101096738A公开了《低焊接裂纹敏感性钢板及其生产方法》,其化学成分质量分数为:C≤0.07%,Si: 0.15~0.40%,Mn:1.00~1.60%,P≤0.015%,S≤0.010%,Cr:≤0.30%,Ni: ≤0.50%,Mo≤0.30%,Cu≤0.30%,V: ≤0.08%,Nb:≤0.08%,Ti:0.010~0.020%,B≤0.003%,采用TMCP+回火工艺生产出抗拉强度≥610MPa的钢板,不足之处是采用了三阶段控制轧制工艺,加大了轧制负荷,要求轧机具有较大的扭矩和轧制力。
发明内容
本发明的目的是提供一种抗拉强度大于600MPa,具有良好的塑性、优良的低温冲击韧性和焊接性能的水电压力钢管用钢板,该钢板主要用于水电站压力管道的制造。
本发明的技术方案如下:
本发明的钢板的化学成分按重量百分比为C:0.06~0.09%、Si:0.20~0.40%、Mn:1.4~1.6%、P:≤0.015%、S:≤0.005%、Nb:0.02~0.04%、Ni:0.20~0.40%、Cr:0.10~0.30%、Mo:0.10~0.30%、V:0.03~0.05%、Ti:0.01~0.02%,余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明主要采用的工艺路线为:铁水预处理—转炉冶炼—LF精炼—RH真空处理—板坯连铸—板坯加热—除磷—控制轧制—ACC冷却—调质热处理。
本发明的制造方法、主要步骤及工艺参数如下:
1、冶炼
转炉冶炼采用经过脱硫预处理的铁水和废钢作为原料。采用单渣工艺冶炼,高碳锰铁和硅铝合金脱氧合金化,出钢挡渣,保证一次拉碳成功,转炉出钢温度控制在1620~1640℃。RH工序采用循环深脱气工艺,在保证钢水温度稳定的前提下大幅降低氢、氧、氮等气体含量,减小有害气体对钢质的不利影响,最终得到的钢水的化学成分重量百分比为C:0.06~0.09%、Si:0.20~0.40%、Mn:1.4~1.6%、P:≤0.015%、S:≤0.005%、Nb:0.02~0.04%、Ni:0.20~0.40%、Cr:0.10~0.30%、Mo:0.10~0.30%、V:0.03~0.05%、Ti:0.01~0.02%,余量为Fe和不可避免的杂质。
2、连铸
连铸机为直弧形连铸机,详细工艺及参数控制如下:使用低碳低合金钢保护渣,渣子要保持干燥,液渣层厚度控制在10~15mm;使用无碳中包覆盖剂,未装长水口或长水口未浸入钢液面时严禁向中包冲击区加入覆盖剂;保持恒速浇注,浇注速度控制在0.9~1.0m/min。正常工艺情况下,同一炉次拉速波动不允许超过±0.1m/min;采用电磁搅拌,电流280A;结晶器进水温度控制在38±1℃,二冷水温度控制在22~25℃;铸坯矫直温度控制在950~1000℃,且铸坯沿宽度方向的温差不得超过50℃;做好保护浇注,谨防钢水二次氧化和吸气增氮;铸坯低倍检验结果应满足B类中心偏析≤1.5级,中间裂纹≤1.5级,中心疏松≤1.0级。
3、加热
充分保证钢坯加热温度和均热时间。加热温度控制在1210℃~1250℃,总在炉时间≥270min,其中均热时间≥50min,保证合金元素充分固溶,板坯温度均匀。炉气气氛采用弱氧化或还原气氛烧钢,微正压操作,避免铸坯表面生成过量氧化铁皮和难去除氧化铁皮。
4、轧制和冷却
轧制采用两阶段控制轧制,即奥氏体再结晶区控制轧制(通常称粗轧阶段)和奥氏体非再结晶区控制轧制(通常称精轧阶段)。粗轧时加大道次变形量,开轧温度为1200~1240℃,单道次相对压下率至少有两道次以上控制在25~40%。精轧时严格控制各道次变形量,精轧开轧温度≤950 ℃,至少有两道压下率>20%以上,末道次压下率>10%。轧后钢板采用控制冷却,冷却速度≤5℃/s,终冷温度≤600℃。
5、调质热处理
根据经验公式并结合现场生产实际,确定淬火温度为880℃~920℃,在炉时间:t×1.4min/mm+10min。回火温度600℃~630℃,保温时间t×2.4~3.2min/mm +20min,其中t为钢板厚度,单位为mm。
本发明的有益效果为:
通过合理的化学成分设计,得到一种抗拉强度大于600MPa,具有良好的塑性、优良的低温冲击韧性和焊接性能的水电站压力钢管用钢板。
附图说明
图1为本发明实施例3钢板的金相组织图。
具体实施方式
以下用实施例对本发明作更详细的描述。这些实施例仅仅是对本发明最佳实施方式的描述,并不对本发明的范围有任何限制。
实施例1
转炉冶炼采用经过脱硫预处理的铁水和废钢作为原料。采用单渣工艺冶炼,高碳锰铁和硅铝合金脱氧合金化,出钢挡渣,保证一次拉碳成功,转炉出钢温度控制在1620~1640℃。RH工序采用循环深脱气工艺,在保证钢水温度稳定的前提下大幅降低氢、氧、氮等气体含量,减小有害气体对钢质的不利影响,最终得到的钢水的化学成分重量百分比为表1所示化学成分重量百分比的250mm厚板坯。
板坯加热温度1240℃,总在炉时间385min,第一阶段开轧温度1220℃,单道次相对压下率至少有两道次以上控制在25~40%,当轧件厚度为38mm时,在辊道上待温至1020℃,随后进行第二阶段轧制,终轧温度不控制,成品钢板厚度为12mm。轧制结束后,钢板空冷进入热矫机,热矫后冷床冷却。钢板抛丸后送入淬火炉进行处理,淬火温度880℃,在炉时间:t×1.4min/mm+10min。回火温度610℃,保温时间t×2.4min/mm+20min,其中t为钢板厚度,单位为mm。最后即可得到所述钢板。
实施例2
实施方式同实施例1,其中加热温度为1232℃,总在炉时间383min,第一阶段轧制的开轧温度为1214℃,第二阶段轧制的开轧温度为892℃,中间坯待温厚度为96mm,终轧温度为831℃,成品钢板厚度为38mm。轧制结束后,钢板进入加速冷却(ACC)装置,冷却速度3℃/s,终冷温度589℃,热矫后冷床冷却。钢板抛丸后送入淬火炉进行处理,淬火温度920℃,在炉时间:t×1.4min/mm+10min。回火温度610℃,保温时间t×3.2min/mm+20min,其中t为钢板厚度,单位为mm。最后即可得到所述钢板。
实施例3
实施方式同实施例1,其中加热温度为1233℃,总在炉时间383min,第一阶段轧制的开轧温度为1214℃,第二阶段轧制的开轧温度为892℃,中间坯待温厚度为100mm,终轧温度为821℃,成品钢板厚度为50mm。轧制结束后,钢板进入加速冷却(ACC)装置,冷却速度2℃/s,终冷温度 558℃,热矫后冷床冷却。钢板抛丸后送入淬火炉进行处理,淬火温度920℃,在炉时间:t×1.4min/mm+10min。回火温度610℃,保温时间t×2.4min/mm+20min,其中t为钢板厚度,单位为mm。最后即可得到所述钢板。
表1本发明实施例1~3的化学成分(wt%)
实施例 | C | Si | Mn | P | S | Nb | V | Ti | Ni | Cr | Mo |
1 | 0.07 | 0.24 | 1.45 | 0.009 | 0.003 | 0.038 | 0.038 | 0.015 | 0.23 | 0.17 | 0.17 |
2 | 0.08 | 0.25 | 1.45 | 0.008 | 0.002 | 0.035 | 0.040 | 0.014 | 0.25 | 0.18 | 0.17 |
3 | 0.08 | 0.25 | 1.46 | 0.008 | 0.003 | 0.034 | 0.040 | 0.013 | 0.25 | 0.18 | 0.17 |
对本发明实施例1~3的钢板进行拉伸性能,-20℃横向冲击性能检验,冷弯性能全部合格。结果见表2和表3。
表2本发明实施例1~3的钢板的力学性能
表3本发明实施例2-3钢板Z向拉伸性能
Claims (2)
1.一种600MPa级水电压力钢管用钢板,其特征是:钢板的化学成分按重量百分比为C:0.06~0.09%、Si:0.20~0.40%、Mn:1.4~1.6%、P:≤0.015%、S:≤0.005%、Nb:0.02~0.04%、Ni:0.20~0.40%、Cr:0.10~0.30%、Mo:0.10~0.30%、V:0.03~0.05%、Ti:0.01~0.02%,余量为Fe和不可避免的杂质。
2.一种根据权利要求1所述的600MPa级水电压力钢管用钢板的制造方法,其特征是:采用经过脱硫预处理的铁水和废钢作为原料,经转炉冶炼、LF精炼、RH真空处理、得到化学成分重量百分比为C:0.06~0.09%、Si:0.20~0.40%、Mn:1.4~1.6%、P:≤0.015%、S:≤0.005%、Nb:0.02~0.04%、Ni:0.20~0.40%、Cr:0.10~0.30%、Mo:0.10~0.30%、V:0.03~0.05%、Ti:0.01~0.02%,余量为Fe和不可避免的杂质的钢水,在连铸机上铸成钢板坯;在加热炉中对钢板坯加热,加热温度控制在1210℃~1250℃,总在炉时间大于270min;然后进行轧制,轧制时加大粗轧道次变形量,开轧温度为1200~1240℃,单道次相对压下率至少有两道次以上控制在25~40%,精轧开轧温度≤950℃,至少有两道次压下率>20%以上,末道次压下率>10%,轧后钢板采用控制冷却,终冷温度≤600℃,冷却速度≤5℃/s;最后进行调质处理,其中淬火温度为880℃~920℃,在炉时间:t×1.4min/mm+10min。回火温度600℃~630℃,保温时间t×2.4~3.2min/mm +20min,其中t为钢板厚度,单位为mm。
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