CN104818436B

CN104818436B - 屈服620MPa级水电工程用热轧钢板及其生产方法

Info

Publication number: CN104818436B
Application number: CN201510188306.9A
Authority: CN
Inventors: 张志军; 韦明; 叶建军; 李�杰; 刘生; 张海军; 高雅; 徐腾飞; 王晓书
Original assignee: Wuyang Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Wuyang Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2015-04-21
Filing date: 2015-04-21
Publication date: 2016-09-28
Anticipated expiration: 2035-04-21
Also published as: CN104818436A

Abstract

本发明公开了一种屈服620MPa级水电工程用热轧钢板及其生产方法，其包括冶炼、连铸、加热、轧制和热处理工序；所述冶炼工序所得钢水成分的重量百分含量为：C 0.03%～0.05%，Si 0.20%～0.40%，Mn 1.52%～1.60%，P≤0.015%，S≤0.010%，Ni 0.28%～0.35%，Cr 0.50%～0.60%，Nb 0.04%～0.05%，V 0.045%～0.055%，Ti 0.015%～0.025%，Al 0.020%～0.040%，B 0.0015～0.0025，余量为Fe和微量不可避免的杂质。本方法采用碳、锰固溶强化，通过调整优化钢板中其它合金元素的配比，采用两阶段控轧控冷工艺，解决了轧机轧制压力不足而造成的晶粒粗大不均的问题，使产品具有优良的综合性能；采用控轧控冷+回火工艺，得到贝氏体、铁素体的复合组织，钢板具有良好的力学性能；本方法产品的低温韧性有相当大的富裕量，可广泛用于水电工程，应用前景广阔。

Description

屈服620MPa级水电工程用热轧钢板及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种水电工程用钢板及其生产方法，尤其是一种屈服620MPa级水电工程用热轧钢板及其生产方法。

背景技术

随着煤炭等资源的日益紧缺和环保要求的不断提高，对于利用核能、水能、风能、太阳能等多种高效清洁能源改善全球环境和气候已达成共识。水电做为成本低廉、高效环保的能源被广泛应用。水力发电的基本原理是利用水位落差，配合水轮发电机产生电力，即利用水的位能转化为水的机械能。水电工程装备由于服役环境比较恶劣，其对用钢的各项技术指标要求极高，不仅要有高的耐大气腐蚀和耐海水腐蚀性能，还要求高强度、高韧性、易焊接等。从目前情况看，屈服强度490MPa以下的水电工程用钢基本实现了国产化，并且占据了水电工程用钢量的90%，而490MPa及以上钢板的推广是未来发展趋势，该厚度、强度级别钢板的成功研制，对于该级别钢板的国产化及进一步推广应用都具有重要意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种具有良好综合性能的屈服620MPa级水电工程用热轧钢板；本发明还提供了一种屈服620MPa级水电工程用热轧钢板的生产方法。

为解决上述技术问题，本发明成分的重量百分含量为：C 0.03%～0.05%，Si 0.20%～0.40%，Mn 1.52%～1.60%，P≤0.015%，S≤0.010%，Ni 0.28%～0.35%，Cr 0.50%～0.60%，Nb 0.04%～0.05%，V 0.045%～0.055%，Ti 0.015%～0.025%，Al 0.020%～0.040%，B 0.0015～0.0025%，余量为Fe和微量不可避免的杂质。

本发明所述钢板的最大厚度为40mm。

本发明采用上述化学成分设计后，其中的碳、锰固溶强化；少量加入的Nb、Ni、Ti细化晶粒，其碳氮化物起到弥散强化作用；使钢板具有良好的力学性能。其中，各组分及含量在本发明中的作用是：

C：碳对钢的屈服、抗拉强度、焊接性能产生显著影响；碳通过间隙固溶能显著提高钢板强度，但碳含量过高，又会影响钢的焊接性能及韧性。

Si：在炼钢过程中作为还原剂和脱氧剂，同时Si也能起到固溶强化作用，但超过0.5%时，会造成钢的韧性下降，降低钢的焊接性能。

Mn：锰成本低廉，能增加钢的韧性、强度和硬度，提高钢的淬透性，改善钢的热加工性能；锰量过高，对于大厚度钢板易出现中心偏析。

P、S：在一般情况下，磷和硫都是钢中有害元素，增加钢的脆性。磷使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏；硫降低钢的延展性和韧性，在轧制时造成裂纹；因此应尽量减少磷和硫在钢中的含量。

Al：铝是钢中常用的脱氧剂。钢中加入少量的铝，可细化晶粒，提高冲击韧性；铝还具有抗氧化性和抗腐蚀性能，过高则影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能。

Nb：铌的加入是为了促进钢轧制显微组织的晶粒细化，可同时提高强度和韧性，铌可在控轧过程中通过抑制奥氏体再结晶，有效的细化显微组织，并通过析出强化基体。焊接过程中，铌原子的偏聚及析出可以阻碍加热时奥氏体晶粒的粗化，并保证焊接后得到比较细小的热影响区组织，改善焊接性能。

Ti：钛是良好的脱氧剂。钢种加Ti可与C、N元素形成Ti的碳化物、氮化物或碳氮化物，这些化合物具有好的晶粒细化效果。

Ni：镍溶于奥氏体，抑制奥氏体再结晶，细化细化奥氏体晶粒，提高钢板低温韧性。

Cr、B：提高钢板淬透性。

本发明方法包括冶炼、连铸、加热、轧制和热处理工序；所述冶炼工序所得钢水成分的重量百分含量如上所述；

所述轧制工序：采用TMCP工艺轧制；第一阶段轧制温度为950℃～1100℃，此阶段单道次压下量为8%～10%，累计压下率为50%～66%；第二阶段轧制温度为850～780℃，累计压下率为50%～60%；轧后钢板进ACC水冷，入水温度750℃～780℃，返红温度410℃～430℃；

所述热处理工序：回火590±10℃，保温120min～130min。

本发明所述冶炼工序：钢水先经电炉冶炼，再送入LF精炼炉精炼，钢水温度1530～1550℃后转入VD炉真空脱气处理，VD前加入CaSi块100～120kg/120吨钢或Fe-Ca线400～450m/120吨钢以改变夹杂物形态，精炼时喂入Al线；所述VD炉真空脱气处理的真空度≤66.6Pa，真空保持时间15min～25min。

本发明所述连铸工序：采用300mm厚度连铸坯。

本发明所述加热工序：钢坯加热温度最高1230℃～1250℃，均热温度1210℃～1230℃，均热段在炉时间1h～1.5h；钢坯总加热时间按照0.9～1.1min/mm钢坯厚度进行加热。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明的化学成分设计采用价格低廉的碳、锰固溶强化，通过调整优化钢板中其它合金元素的配比，能在低贵重合金使用量条件下确保钢板力学性能良好，使钢板具有良好的组织、综合性能和焊接性能，增强了市场竞争力。

本发明方法采用碳、锰固溶强化，通过调整优化钢板中其它合金元素的配比，采用两阶段控轧控冷工艺，解决了轧机轧制压力不足而造成的晶粒粗大不均的问题，使产品具有优良的综合性能；采用控轧控冷工艺，得到贝氏体、铁素体的复合组织，钢板具有良好的力学性能；本发明方法产品的低温韧性有相当大的富裕量，可广泛用于水电工程，应用前景广阔。

本发明尤其是采用TMCP+回火工艺，TMCP主要是再结晶区的大单道次压下和未再结晶区大的累积压下，确保形成位错、滑移等亚结构，以便在轧后强水冷过程中为贝氏体形核提供有效形核位置，从而确保钢板组织类型以贝氏体和铁素体为主，轧后钢板进行离线回火，使贝氏体和铁素体组织更细更均匀。

本发明方法所得钢板中贵重合金含量较低，成本低廉；屈服强度在630MPa～710MPa，抗拉强度在770MPa～810MPa之间；板厚1/4处-40℃冲击功≥80J；钢板最大厚度可达到40mm；具有回火贝氏体、铁素体的复合组织。试验结果表明：采用本发明方法所生产的钢板具有纯净度较高、-40℃冲击功及Z向断面收缩率较高、焊接性能好的特点；具有低的碳当量和裂纹敏感型指数、成本低、屈强比低、低温冲击韧性优良、厚度方向性能及焊接性良好的特点。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明实施例1热轧钢板（板厚1/4；50微米）的组织照片；

图2是本发明实施例2热轧钢板（板厚1/4；50微米）的组织照片；

图3是本发明实施例3热轧钢板（板厚1/4；50微米）的组织照片；

图4是本发明实施例4热轧钢板（板厚1/4；50微米）的组织照片。

具体实施方式

实施例1：本屈服620MPa级水电工程用热轧钢板采用下述工艺制备而成。

（1）冶炼工序：钢水先经电炉冶炼，再送入LF精炼炉精炼，精炼时喂入Al线；钢水温度达到1530℃后转入VD炉真空脱气处理，VD前加入CaSi块100kg/120吨钢（按120吨钢加入100kg的CaSi块计算），以改变夹杂物形态；所述VD炉真空脱气处理的真空度65Pa，真空保持21分钟。所得钢水成分的重量百分比为：C 0.05%，Si 0.20%，Mn 1.55%，P 0.015%，S 0.010%，Ni 0.35%，Cr 0.55%，Nb 0.045%，V 0.050%，Ti 0.018%，Al 0.025%，B 0.0015%，余量为Fe和不可避免的杂质。

（2）连铸工序：采用300mm厚度连铸坯成材。

（3）加热工序：钢坯总加热时间按照0.9min/mm厚度（按每毫米铸坯厚度加热0.9分钟计算）进行加热；钢坯加热温度最高1230℃，均热温度1222℃，均热段在炉时间1.5h。

（4）轧制工序：采用再结晶区+未再结晶区两阶段控轧工艺进行轧制；第一阶段轧制温度为1000℃，此阶段单道次压下率为10%，累计压下率为55%；第二阶段轧制温度为850℃，累计压下率为60%；轧后进行ACC水冷，入水温度780℃，返红温度421℃；冷却后即可得到厚度为40mm的热轧钢板。

（5）热处理工序：钢板轧后进行回火，回火温度590℃，保温时间120min。

本实施例所得热轧钢板的力学性能为：屈服强度649MPa，抗拉强度7715MPa，板厚1/4处-40℃冲击功平均为89J。组织照片见图1，由图1可见，本实施例所得热轧钢板具有回火贝氏体、铁素体的复合组织。

实施例2：本屈服620MPa级水电工程用热轧钢板采用下述工艺制备而成。

（1）冶炼工序：钢水先经电炉冶炼，再送入LF精炼炉精炼，精炼时喂入Al线；钢水温度达到1550℃后转入VD炉真空脱气处理，VD前加入CaSi块110kg/120吨钢（按120吨钢加入110kg的CaSi块计算），以改变夹杂物形态；所述VD炉真空脱气处理的真空度60Pa，真空保持25分钟。所得钢水成分的重量百分比为：C 0.03%，Si 0.38%，Mn 1.60%，P 0.011%，S 0.010%，Ni 0.35%，Cr 0.60%，Nb 0.05%，V 0.055%，Ti 0.022%，Al 0.040%，B 0.0022%，余量为Fe和不可避免的杂质。

（2）连铸工序：采用300mm厚度连铸坯成材。

（3）加热工序：钢坯总加热时间按照1.1min/mm厚度（按每毫米铸坯厚度加热1.1分钟计算）进行加热，钢坯加热温度最高1250℃，均热温度1230℃，均热段在炉时间1.2h。

（4）轧制工序：采用再结晶区+未再结晶区两阶段控轧工艺进行轧制；第一阶段轧制温度为1100℃，此阶段单道次压下率为8～10%，累计压下率为60%；第二阶段轧制温度为820℃，累计压下率为55%；轧后进行ACC水冷，入水温度770℃，返红温度430℃；冷却后即可得到厚度为40mm的热轧钢板。

（5）热处理工序：钢板轧后进行回火，回火温度600℃，保温时间125min。

本实施例所得热轧钢板的力学性能为：屈服强度649MPa，抗拉强度715MPa，板厚1/4 -40℃冲击功平均89J。组织照片见图2，由图2可见，本实施例所得热轧钢板具有回火贝氏体、铁素体的复合组织。

实施例3：本屈服620MPa级水电工程用热轧钢板采用下述工艺制备而成。

（1）冶炼工序：钢水先经电炉冶炼，再送入LF精炼炉精炼，精炼时喂入Al线；钢水温度达到1545℃后转入VD炉真空脱气处理，VD前加入CaSi块105kg/120吨钢（按120吨钢加入105kg的CaSi块计算），以改变夹杂物形态；所述VD炉真空脱气处理的真空度66.6Pa，真空保持20分钟。所得钢水成分的重量百分比为：C 0.04%，Si 0.30%，Mn 1.52%，P 0.011%，S 0.008%，Ni 0.30%，Cr 0.50%，Nb 0.045%，V 0.045%，Ti 0.015%，Al 0.030%，B 0.0025%，余量为Fe和不可避免的杂质。

（2）连铸工序：采用300mm厚度连铸坯成材。

（3）加热工序：钢坯总加热时间按照1.0min/mm厚度（按每毫米铸坯厚度加热1.0分钟计算）进行加热。钢坯加热温度最高1234℃，均热温度1210℃，均热段在炉时间1.3h。

（4）轧制工序：采用再结晶区+未再结晶区两阶段控轧工艺进行轧制；第一阶段轧制温度为950℃，此阶段单道次压下率为8～10%，累计压下率为66%；第二阶段轧制温度为801℃，累计压下率为50%；轧后进行ACC水冷，入水温度760℃，返红温度410℃；冷却后即可得到厚度为40mm的热轧钢板。

（5）热处理工序：钢板轧后进行回火，回火温度600℃，保温时间130min。

本实施例所得热轧钢板的力学性能为：屈服强度689MPa，抗拉强度775MPa，板厚1/4 -40℃冲击功平均69J。组织照片见图3，由图3可见，本实施例所得热轧钢板具有回火贝氏体、铁素体的复合组织。

实施例4：本屈服620MPa级水电工程用热轧钢板采用下述工艺制备而成。

（1）冶炼工序：钢水先经电炉冶炼，再送入LF精炼炉精炼，精炼时喂入Al线；钢水温度达到1550℃后转入VD炉真空脱气处理，VD前加入CaSi块120kg/120吨钢（按120吨钢加入120kg的CaSi块计算），以改变夹杂物形态；所述VD炉真空脱气处理的真空度66Pa，真空保持15分钟。所得钢水成分的重量百分比为：C 0.045%，Si 0.40%，Mn 1.55%，P 0.008%，S 0.006%，Ni 0.28%，Cr 0.53%，Nb 0.040%，V 0.048%，Ti 0.025%，Al 0.020%，B 0.0020%，余量为Fe和不可避免的杂质。

（2）连铸工序：采用300mm厚度连铸坯成材。

（3）加热工序：钢坯加热温度最高1240℃，均热温度1215℃均热段在炉时间1.0h；钢坯总加热时间按照0.95min/mm厚度（按每毫米铸坯厚度加热0.95分钟计算）进行加热。

（4）轧制工序：采用再结晶区+未再结晶区两阶段控轧工艺进行轧制；第一阶段轧制温度为1000℃，此阶段单道次压下率为8～10%，累计压下率为50%；第二阶段轧制温度为780℃，累计压下率为58%；轧后进行ACC水冷，入水温度750℃，返红温度418℃；冷却后即可得到厚度为40mm的热轧钢板。

（5）热处理工序：钢板轧后进行回火，回火温度580℃，保温时间125min。

本实施例所得热轧钢板的力学性能为：屈服强度689MPa，抗拉强度775MPa，板厚1/4 -40℃冲击功平均69J。组织照片见图4，由图4可见，本实施例所得热轧钢板具有回火贝氏体、铁素体的复合组织。

实施例5－7：除下述不同之处，其余同实施例1。

步骤（1）中：VD前加入Fe-Ca线以改变夹杂物形态；其中，实施例5加入量为400/120吨钢，实施例6为450/120吨钢，实施例7为420m/120吨钢。

经检测，实施例5－7所得热轧钢板的力学性能与实施例1所得热轧钢板的力学性能基本相同。

Claims

1.一种屈服620MPa级水电工程用热轧钢板的生产方法，其特征在于：其包括冶炼、连铸、加热、轧制和热处理工序；

所述冶炼工序所得钢水成分的重量百分含量为：C 0.03%～0.05%，Si 0.20%～0.40%，Mn 1.52%～1.60%，P≤0.015%，S≤0.010%，Ni 0.28%～0.35%，Cr 0.50%～0.60%，Nb 0.04%～0.05%，V 0.045%～0.055%，Ti 0.015%～0.025%，Al 0.020%～0.040%，B 0.0015～0.0025%，余量为Fe和微量不可避免的杂质；

所述热处理工序：回火590±10℃，保温120min～130min。

2.根据权利要求1所述的屈服620MPa级水电工程用热轧钢板的生产方法，其特征在于，所述冶炼工序：钢水先经电炉冶炼，再送入LF精炼炉精炼，钢水温度1530～1550℃后转入VD炉真空脱气处理，VD前加入CaSi块100～120kg/120吨钢或Fe-Ca线400～450m/120吨钢以改变夹杂物形态，精炼时喂入Al线；所述VD炉真空脱气处理的真空度≤66.6Pa，真空保持时间15min～25min。

3.根据权利要求1所述的屈服620MPa级水电工程用热轧钢板的生产方法，其特征在于，所述连铸工序：采用300mm厚度连铸坯。

4.根据权利要求1－3任意一项所述的屈服620MPa级水电工程用热轧钢板的生产方法，其特征在于，所述加热工序：钢坯加热温度最高1230℃～1250℃，均热温度1210℃～1230℃，均热段在炉时间1h～1.5h；钢坯总加热时间按照0.9～1.1min/mm钢坯厚度进行加热。

5. 根据权利要求1－3任意一项所述的屈服620MPa级水电工程用热轧钢板的生产方法，其特征在于，所述钢板的最大厚度为40mm。