CN111286668A - 一种低成本高低温韧性稀土风电法兰用钢及其生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低成本高低温韧性稀土风电法兰用钢，包括如下质量百分比的化学成分：C：0.17‑0.20％、Si：0.15‑0.35％、Mn：1.20‑1.40％、P≤0.015％、S≤0.005％、Nb：0.020‑0.040％、Ce≤0.0010％、H≤2ppm、O≤30ppm、N≤60ppm。本发明通过加稀土微合金化的成分设计，减少合金加入量，降低成本，同时有效改善铸坯组织和夹杂物形态，铸坯组织晶粒边缘圆滑均匀，夹杂物为球形的稀土复合夹杂物，大大提高钢的低温韧性，改善钢的综合性能，并采取合适的加工成型工艺，细化试验钢组织，可以得到一种低成本、高低温冲击韧性、综合性能优良的稀土法兰。

Description

一种低成本高低温韧性稀土风电法兰用钢及其生产工艺

技术领域

本发明涉及钢铁冶金领域，尤其涉及一种低成本高低温韧性稀土风电法兰用钢及其生产工艺。

背景技术

法兰是一种连接件，是轴与轴之间相互连接的零件，用于管端之间的连接，通常是盘状，主要用来连接管路。由于法兰具有良好的综合性能，法兰作为大型成套装置中重要组成部分，被广泛用于电站、化工、石油、长输管线、造船、核工业、各种低温工程等。

我国风能资源丰富，可开发利用的风能储量约10亿KW，风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到各个国家的重视，风能是通过空气流动做功，其蕴含着巨大的能量，因此风力发电越来越受关注，而风电法兰就是用于连接塔筒与轮毂，轮毂与叶片之间的结构件。风电法兰是风电机组的重要零部件之一，随着风力发电的快速增长，风力发电工作坏境越来越苛刻，由于风力发电要经受高寒、高湿度、风沙和盐腐蚀等恶劣的运行环境，最低温度为-60℃，对风电法兰的要求也越来越严格，法兰质量直接影响着风电机组是否可靠运行。要严格控制风电法兰的原料、加工生产过程，提高法兰的综合性能，保证风电法兰的质量。

稀土元素因其独特的外层电子结构而具有极强的化学活性、价态可变和大原子尺寸等特性，成为钢的深度净化剂、夹杂物的变质剂和高附加值钢铁材料重要的微合金元素。稀土的加入可深度降低钢中氧和硫的含量，降低磷、硫、氢等低熔点元素的有害作用，改变夹杂物的性质、形态和分布，改善铸坯质量，有效改善钢的低温韧性，提高钢的综合性能。

专利公开号CN 101643879 A公布了一种风电法兰用钢及其生产工艺，其化学成分为C：0.14-0.17％，Si：0.25-0.40％，Mn：1.35-1.50％，P：≤0.015％，S：≤0.0030％，V：0.015-0.030％，Nb：0.025-0.040％，Al：0.030-0.045％，N：≤0.004％，H≤0.0001％，O≤0.002％。该专利研究连铸方法生产风电法兰用钢，形成了一套完整的风电法兰用钢的连铸生产工艺，保证法兰具有高强度、高韧性和良好的焊接性。但该发明添加元素V，导致合金成本较高；-50℃冲击功较低，不满足标准要求，对于更低环境温度下的要求更高的低温冲击韧性，则更无法满足要求。

专利公开号CN 107058877 A公布了一种低温环境用风电法兰制作方法，其化学成分：C：0.08-0.16％，Si：0.15-0.30％，Mn：1.00-1.60％，P：≤0.020％，S：≤0.015％，V：≤0.12％，Nb：≤0.05％，Ni：≤0.50％，Cr：≤0.20％，Cu：≤0.25％，Als：≥0.015％，Mo≤0.10％，Ti：≤0.010％。该发明通过优化化学成分，优化锻造成型工艺和热处理工艺，制造出的法兰性能满足-60℃低温冲击性能要求。该发明不足之处为了保证法兰低温冲击性能，添加了大量的合金元素Nb、V，增加合金成本，大大的提高了法兰的成本。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种低成本高低温韧性稀土风电法兰用钢及其生产工艺。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种低成本高低温韧性稀土风电法兰用钢，包括如下质量百分比的化学成分：C：0.17-0.20％、Si：0.15-0.35％、Mn：1.20-1.40％、P：≤0.015％、S：≤0.005％、Nb：0.020-0.040％、Ce：≤0.0010％、H：≤2ppm、O：≤30ppm、N：≤60ppm，余量为Fe和不可避免的杂质。

进一步的，包括如下质量百分比的化学成分：C：0.18％、Si：0.25％、Mn：1.32％、P：0.010％、S：0.001％、Nb：0.030％、Ce：0.0006％、H：0.00008％、O：0.0022％、N：0.0042％，余量为Fe和不可避免的杂质。

进一步的，包括如下质量百分比的化学成分：C：0.19％、Si：0.22％、Mn：1.25％、P：0.008％、S：0.002％、Nb：0.035％、Ce：0.0008％、H：0.00012％、O：0.0024％、N：0.0038％，余量为Fe和不可避免的杂质。

进一步的，包括如下质量百分比的化学成分：C：0.17％、Si：0.32％、Mn：1.28％、P：0.009％、S：0.001％、Nb：0.026％、Ce：0.0005％、H：0.00010％、O：0.0019％、N：0.0035％，余量为Fe和不可避免的杂质。

一种低成本高低温韧性稀土风电法兰用钢的生产工艺，包括：

1)、冶炼和浇铸

冶炼过程采用KR法脱硫铁水，入转炉铁水硫含量≤0.003％；转炉冶炼时，采用自产低硫废钢，出钢温度≥1620℃。LF精炼和RH真空处理保证钢水洁净度，LF精炼采用大渣量进行造渣，保证S含量≤0.005％，精炼过程中加入铌铁；RH真空处理时间大于20min，真空处理15min时添加稀土铈铁合金，加入量≤25ppm；RH真空处理保证钢水深真空循环时间，真空处理后进行钙处理，喂丝后钢水Ca含量为0.0010-0.0030％，氩气软吹时间大于10min，使夹杂物充分变性和上浮；板坯连铸时全程保护浇注，过热度控制在15-25℃，拉速为0.70-0.90m/min，并采用动态轻压下等技术，减少连铸坯中心偏析，中心偏析控制在C3.0以内；

2)、加工成型

料坯通过锯切下料，重量满足法兰的制作要求；法兰的成型采用自由锻+辗环的方式进行，热处理采用正火或正火+回火，正火温度为900±20℃，回火温度为600±20℃，法兰经热处理之后，采用数控车床进行粗加工，经无损检验后进行精加工，最后采用数控钻床进行螺栓孔加工，得到产品。

进一步的，所述稀土铈铁合金的Ce含量10％-30％。

与现有技术相比，本发明的有益技术效果：

本发明通过加稀土微合金化的成分设计，减少合金加入量，降低成本。添加微量的稀土合金，有效改善铸坯组织和夹杂物形态，铸坯组织晶粒边缘圆滑均匀，夹杂物为球形的稀土复合夹杂物，大大提高钢的低温韧性，改善钢的综合性能，并采取合适的加工成型工艺，细化试验钢组织，可以得到一种低成本、高低温冲击韧性、综合性能优良的稀土法兰。

附图说明

下面结合附图说明对本发明作进一步说明。

图1为本发明实施例中试验钢的金相组织；

图2为本发明实施例中试验钢的-60℃冲击断口形貌示意图。

具体实施方式

铸坯的化学成分重量百分比见表1。

铁水预处理工艺：采用KR法铁水预处理，铁水脱硫后保证足够的扒渣率，入转炉铁水硫含量≤0.003％。

转炉冶炼工艺：转炉冶炼时，采用自产低硫废钢，要求铁水温度＞1300℃，转炉终点一次命中或补吹次数不超过一次，出钢温度≥1620℃，出钢过程加入优质硅铁、锰铁，采用自动下渣检测。

LF精炼工艺：精炼过程中全程吹氩，根据钢水中氧含量加入适量造渣剂进行造渣，LF精炼处理时加入铌铁进行成分调整，根据实际情况调节加热电流和吹氩量。

RH真空处理工艺：RH真空处理时间保证＞20min，真空处理15min时添加稀土Fe-Ce合金，元素Ce含量为10％-30％之间，加入量≤25ppm。RH真空处理保证钢水深真空循环时间，真空处理后进行钙处理，调整气体流量使钢水处于软吹状态，喂入Si-Ca线进行钙处理，喂丝后钢水Ca为0.0010～0.0030％，喂丝后保证软吹时间不小于15min，使夹杂物充分变性和上浮。RH真空处理测H，取O、N样，其中[H]≤2ppm、[O]≤30ppm、[N]≤50ppm。

连铸工艺：板坯连铸时全程保护浇注，过热度控制为20±5℃，保持稳定的拉速，拉速为0.70-0.90m/min，并采用动态轻压下等技术，以减少连铸坯中心偏析，中心偏析不大于C 3.0级。铸坯气体含量要求[H]≤2ppm、[O]≤30ppm、[N]≤60ppm。稀土Ce收得率为40％左右，稀土Ce含量≤10ppm。

铸坯经过锻造、热处理(正火或正火+回火)，正火温度为900±20℃，回火温度为600±20℃，最后加工即可得到所述法兰。

表1 本发明实施例化学成分 (wt％)

实施例	C	Si	Mn	P	S	Nb	H	O	N	Ce
											1	0.18	0.25	1.32	0.010	0.001	0.030	0.00008	0.0022	0.0042	0.0006
2	0.19	0.22	1.25	0.008	0.002	0.035	0.00012	0.0024	0.0038	0.0008
											3	0.17	0.32	1.28	0.009	0.001	0.026	0.00010	0.0019	0.0035	0.0005

对本发明实施例试验钢经锻造热处理后进行力学性能检验，检验结果见表2。

表2本发明实施例试验钢的力学性能

如图1所示，为本发明实施例中试验钢的金相组织，组织为铁素体和珠光体，添加稀土后试验钢组织明显得到细化。如图2所示，为本发明实施例中试验钢的-60℃冲击断口形貌，断口形貌为韧窝型。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种低成本高低温韧性稀土风电法兰用钢，其特征在于，包括如下质量百分比的化学成分：C：0.17-0.20％、Si：0.15-0.35％、Mn：1.20-1.40％、P：≤0.015％、S：≤0.005％、Nb：0.020-0.040％、Ce：≤0.0010％、H：≤2ppm、O：≤30ppm、N：≤60ppm，余量为Fe和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的低成本高低温韧性稀土风电法兰用钢，其特征在于，包括如下质量百分比的化学成分：C：0.18％、Si：0.25％、Mn：1.32％、P：0.010％、S：0.001％、Nb：0.030％、Ce：0.0006％、H：0.00008％、O：0.0022％、N：0.0042％，余量为Fe和不可避免的杂质。

3.根据权利要求1所述的低成本高低温韧性稀土风电法兰用钢，其特征在于，包括如下质量百分比的化学成分：C：0.19％、Si：0.22％、Mn：1.25％、P：0.008％、S：0.002％、Nb：0.035％、Ce：0.0008％、H：0.00012％、O：0.0024％、N：0.0038％，余量为Fe和不可避免的杂质。

4.根据权利要求1所述的低成本高低温韧性稀土风电法兰用钢，其特征在于，包括如下质量百分比的化学成分：C：0.17％、Si：0.32％、Mn：1.28％、P：0.009％、S：0.001％、Nb：0.026％、Ce：0.0005％、H：0.00010％、O：0.0019％、N：0.0035％，余量为Fe和不可避免的杂质。

5.根据权利要求1所述的低成本高低温韧性稀土风电法兰用钢的生产工艺，其特征在于，包括：

1)、冶炼和浇铸

冶炼过程采用KR法脱硫铁水，入转炉铁水硫含量≤0.003％；转炉冶炼时，采用自产低硫废钢，出钢温度≥1620℃。LF精炼和RH真空处理保证钢水洁净度，LF精炼采用大渣量进行造渣，保证S含量≤0.005％，精炼过程中加入铌铁；RH真空处理时间大于20min，真空处理15min时添加稀土铈铁合金，加入量≤25ppm；RH真空处理保证钢水深真空循环时间，真空处理后进行钙处理，喂丝后钢水Ca含量为0.0010-0.0030％，氩气软吹时间大于10min，使夹杂物充分变性和上浮；板坯连铸时全程保护浇注，过热度控制在15-25℃，拉速为0.70-0.90m/min，并采用动态轻压下等技术，减少连铸坯中心偏析，中心偏析控制在C3.0以内；

2)、加工成型

料坯通过锯切下料，重量满足法兰的制作要求；法兰的成型采用自由锻+辗环的方式进行，热处理采用正火或正火+回火，正火温度为900±20℃，回火温度为600±20℃，法兰经热处理之后，采用数控车床进行粗加工，经无损检验后进行精加工，最后采用数控钻床进行螺栓孔加工，得到产品。

6.根据权利要求5所述的生产工艺，其特征在于，所述稀土铈铁合金的Ce含量10％-30％。

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