CN112359274A - 一种高强度风电锚栓用圆钢及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高强度风电锚栓用圆钢及其制造方法,圆钢中含有如下重量百分比的化学组分:C:0.36~0.46%、Mn:0.70~1.10%、Si:≤0.25%、Mo:0.15~0.35%、Cr:0.90~1.45%、Ni:≤0.30%、Al:0.015~0.030%、P:≤0.015%、S:≤0.015%,其余含量为Fe及不可避免的杂质。本发明通过化学成分配比优化以及制造工艺的合理设计,经冶炼连铸、堆冷、加热、除鳞轧制以及超声波、漏磁探伤,提高风电锚栓用圆钢的钢材纯净度及热处理后力学性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种高强度风电锚栓用圆钢及其制造方法,属于风电紧固件技术领域。
背景技术
在风电迅猛发展的今天,在电力新能源中,风电是发展速度最快的,风电用的高强度紧固件由于长期在野外服役,环境恶劣,维修条件差,在正常连续工作情况下,风电紧固件要求必须保证15年以上的使用寿命。高强度螺栓用钢在风电机组中应用广泛,随着风电的发展,对高强度螺栓用钢的安全可靠性提出了越来越高的要求。对于钢铁制造企业来说,对于风电用紧固件用钢的开发至关重要。
高强度风电用紧固件合结钢棒材,主要钢种为42CrMoA和42CrMo(Ni)等,需求量每年大约10万吨左右,随着国内外普通紧固件市场竞争的日益激烈,高强度风电紧固件用钢是紧固件用钢中的高端品种,它体现了一个钢厂的紧固件用钢生产稳定性以及控制的水平,提高风电紧固件用钢的产品质量及档次成为了最好的突破口。该类钢调质后具有很好的高温和低温综合机械性能,可用来制做重要用途的锚栓、螺栓、螺帽等零件。因此,本发明决定对提升风电锚栓用圆钢进行研究开发,提升产品的质量,满足用户使用要求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足,提供一种高强度风电锚栓用圆钢及其制造方法,提升风电锚栓用圆钢的强度和韧度。
为达到上述目的,本发明所采用的技术方案是:
第一方面,本发明提供一种高强度风电锚栓用圆钢,包括如下重量百分比的化学组分:C:0.36~0.46%
Mn:0.70~1.10%
Si:≤0.25%
Mo:0.15~0.35%
Cr:0.90~1.45%
Ni:≤0.30%
Al:0.015~0.030%
P:≤0.015%
S:≤0.015%
其余含量为Fe及不可避免的杂质。
结合第一方面,进一步的,以重量百分比计,所述化学组分还含有选自以下元素中的1种或2种以上:
Cu:0.02~0.10%
V:0.01~0.12%
Nb:0.03~0.15%
Ti:0.02~0.35%
N:0.003~0.05%。
进一步的,所述高强度风电锚栓用圆钢的直径为20~ 50mm。
第二方面,本发明还提供一种高强度风电锚栓用圆钢制造方法,包括如下制备步骤:
冶炼连铸:将权利要求1或2所述的化学组分依次经过转炉和炉外精炼、真空脱气以及连铸;
堆冷:将连铸坯避风堆冷,36h以上;
加热:连铸坯经过1150~1250℃加热保温3小时以上轧制成圆钢;
除鳞轧制:对圆钢进行除鳞,粗轧阶段1050~1220℃,精轧阶段900~1050℃,入冷床温度800~950℃,轧制后自然冷却;
超声波、漏磁探伤:使用仪器探测圆钢质量。
结合第二方面,进一步的,所述炉外精炼后吹氩不小于20分钟,进行吊包浇铸。
进一步的,所述冶炼连铸过程中的结晶器采用电磁搅拌。
进一步的,所述电磁搅拌采用首搅I=400A,f =2Hz,末搅I=400A,f=10Hz的工艺,能够打碎柱状晶,增加等轴晶,有效控制柱状晶生长,增加等轴晶率。
进一步的,所述冶炼连铸过程中,热轧圆钢的中心疏松不大于1.0级,缩孔不大于0.5级。
进一步的,所述冶炼连铸过程中,C成分偏差在0.02%以内,合金元素偏差在0.05%以内。
进一步的,所述超声波、漏磁探伤的圆钢表面裂纹不大于0.2mm。
与现有技术相比,本发明所达到的有益效果:
本发明提供的一种高强度风电锚栓用圆钢及其制造方法,在现有制造装备的基础上,利用本发明提供的制造方法,有效提升了风电锚栓用圆钢的强度及韧度,
(1)通过本发明各组分质量百分比调整控制,达到最佳强韧度的配合;
(2)采用炉外精炼和真空脱气操作,降低钢种S、P元素及非金属夹杂物含量的,提高钢水纯净度和均匀性;
(3)连铸结晶器采用首搅和末搅的电磁搅拌工艺,较少铸坯的偏析程度;
(4) 除鳞轧制,避免奥氏体晶粒过分长大,严格控制出钢节奏,均衡出钢,降低棒材的热轧态组织及性能波动。
具体实施方式
下面对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的 技术方案,而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明提供的一种高强度风电锚栓用圆钢,按照C、Mn、Si、Cr、Mo等合金化合元素之间的配比范围调整控制,以达到最佳强韧度的配合。保证该钢种良好的综合力学性能指标。
一种高强度风电锚栓用圆钢,包括如下重量百分比的化学组分:C:0.36~0.46%、Mn:0.70~1.10%、Si:≤0.25%、Mo:0.15~0.35%、Cr:0.90~1.45%、Ni:≤0.30%、Al:0.015~0.030%、P:≤0.015%、S:≤0.015%,其余含量为Fe及不可避免的杂质。
一种高强度风电锚栓用圆钢制造方法,采用冶炼连铸、堆冷、加热、除鳞轧制和超声波、漏磁探伤进行生产;
冶炼采用双联法或双渣法进行生产,依次经过转炉和炉外精炼、真空脱气以及连铸,其中,炉外精炼后吹氩不小于20分钟,进行吊包浇铸,确保C成分偏差在0.02%以内,合金元素偏差在0.05%以内。采用立弯式连铸机进行生产,连铸结晶器采用电磁搅拌,首搅(I=400A,f =2Hz), 末搅(I=400A,f=10Hz),目的在于打碎柱状晶,增加等轴晶,控制柱状晶生长,增加等轴晶率。中间包过热度控制在20-35℃范围内,冷却制度采用弱冷,比水量为0.45L/kg。
之后将连铸坯进行避风堆冷,36h以上;
将连铸坯经过1150~1250℃加热保温3小时以上进行轧制成圆钢;
对圆钢进行除鳞,粗轧阶段1050~1220℃,精轧阶段900~1050℃,入冷床温度800~950℃,轧制后自然冷却,制得的热轧圆钢的中心疏松不大于1.0级,缩孔不大于0.5级。
使用仪器探测圆钢质量,圆钢表面裂纹不大于0.2mm。
圆钢轧后采用调质处理工艺,得到细致、均匀的回火索体组织,并使圆钢具有良好的综合力学性能,与正火相比,圆钢综合力学性能更为优良,与TMCP+回火工艺相比,性能更为均匀。为充分发挥钢中Ni、Cr、Mo等合金元素作用,同时结合其他元素及轧制工艺特点,通过淬火使轧制后的组织充分奥氏体化后迅速冷却获得淬火马氏体组织,再通过高温回火,钢中合金碳化物析出充分、均匀,以保证钢板性能。
实施例1
本发明提供一种高强度风电锚栓用圆钢,化学组分及质量百分比如下:
C:0.41%
Mn:0.80%
Si:0.25%
Mo:0.15%
Cr:1.17%
Ni:0.08%
Al:0.026%
P:0.015%
S:0.002%
Cu:0.10%
N:0.003%
其余含量为Fe及不可避免的杂质,成品圆钢的直径为37mm。
上述圆钢的制备方法如下:
本实施例的制备方法,按照以上重量百分比的化学组分,将钢水经冶炼连铸、堆冷、加热、除鳞轧制成圆钢以及超声波、漏磁探伤。其制备处理工艺见表1中实施例1,力学性能见表2中实施例1。
经制备的直径37mm圆钢,各项性能指标完全满足要求,同时圆钢具有很好抗拉和屈服强度,面缩和低温冲击韧性,也符合GB/T 4162的A级标准的超声波探伤要求。
实施例2
本发明提供一种高强度风电锚栓用圆钢,化学组分及质量百分比如下:
C:0.43%
Mn:0.70%
Si:0.20%
Mo:0.25%
Cr:1.20%
Ni:0.10%
Al:0.021%
P:0.012%
S:0.009%
Cu:0.02%
V:0.12%
其余含量为Fe及不可避免的杂质,成品圆钢的直径为40mm。
上述圆钢的制备方法如下:
本实施例的制备方法,按照以上重量百分比的化学组分,将钢水经冶炼连铸、堆冷、加热、除鳞轧制成圆钢,以及超声波、漏磁探伤。其制备处理工艺见表1中实施例2,力学性能见表2中实施例2。
经制备的直径40mm圆钢,各项性能指标完全满足要求,同时圆钢具有很好抗拉和屈服强度,面缩和低温冲击韧性,也符合GB/T 4162的A级标准的超声波探伤要求。
实施例3
本发明提供一种高强度风电锚栓用圆钢,化学组分及质量百分比如下:
C:0.40%
Mn:0.95%
Si:0.15%
Mo:0.20%
Cr:0.98%
Ni:0.15%
Al:0.018%
P:0.011%
S:0.005%
V:0.01%
Nb:0.15%
其余含量为Fe及不可避免的杂质,成品圆钢的直径为38mm。
上述圆钢的制备方法如下:
本实施例的制备方法,按照以上重量百分比的化学组分,将钢水经冶炼连铸、堆冷、加热、除鳞轧制成圆钢,以及超声波、漏磁探伤。其制备处理工艺见表1中实施例3,力学性能见表2中实施例3。
经制备的直径38mm圆钢,各项性能指标完全满足要求,同时圆钢具有很好抗拉和屈服强度,面缩和低温冲击韧性,也符合GB/T 4162的A级标准的超声波探伤要求。
实施例4
本发明提供一种高强度风电锚栓用圆钢,化学组分及质量百分比如下:
C:0.39%
Mn:0.90%
Si:0.10%
Mo:0.25%
Cr:1.25%
Ni:0.25%
Al:0.030%
P:0.005%
S:0.011%
Nb:0.03%
Ti:0.035%
其余含量为Fe及不可避免的杂质,成品圆钢的厚度为45mm。
上述圆钢的制备方法如下:
本实施例的制备方法,按照以上重量百分比的化学组分,将钢水经冶炼连铸、堆冷、加热、除鳞轧制成圆钢,以及超声波、漏磁探伤。其制备处理工艺见表1中实施例4,力学性能见表2中实施例4。
经制备的直径45mm圆钢,各项性能指标完全满足要求,同时圆钢具有很好抗拉和屈服强度,面缩和低温冲击韧性,也符合GB/T 4162的A级标准的超声波探伤要求。
实施例5
本发明提供一种高强度风电锚栓用圆钢,化学组分及质量百分比如下:
C:0.42%
Mn:0.80%
Si:0.15%
Mo:0.23%
Cr:0.90%
Ni:0.30%
Al:0.015%
P:0.003%
S:0.015%
Ti:0.02%
N:0.05%。
其余含量为Fe及不可避免的杂质,成品圆钢的厚度为50mm。
上述圆钢的制备方法如下:
本实施例的制备方法,按照以上重量百分比的化学组分,将钢水经冶炼连铸、堆冷、加热、除鳞轧制以及超声波、漏磁探伤,轧制成品圆钢。其制备处理工艺见表1中实施例5,力学性能见表2中实施例5。
经制备的直径50mm圆钢,各项性能指标完全满足要求,同时圆钢具有很好抗拉和屈服强度,面缩和低温冲击韧性,也符合GB/T 4162的A级标准的超声波探伤要求。
实施例1-5的制造过程中的处理工艺见表1。
表1:各实施例制造过程的工艺参数
本发明根据一种高强度风电锚栓用圆钢各合金化合元素之间的配比,利用提供的制造方法,进行实施例1~5的试验,制得的圆钢,力学性能见表2。
表2:各实施例制得圆钢力学性能
本发明在化学成分设计方面,对各合金化元素有较好的配合,按已设计的目标成分来调整控制,达到最佳强韧度的配合。Ni的加入,可以具有良好的韧性和较小的缺口敏感性,本发明提高Mn的含量,降低Si含量,提高Mo含量,保证回火稳定性;同时为了提高低温冲击性能,需要保证钢的纯洁度,控制残余元素,使P、S含量尽量在0.015%以下,同时控制Al含量为 0.015%~0.030%,起到细化晶粒的作用。
本发明提供的一种高强度风电锚栓用圆钢制造方法,与现有制造装备对比,没有新增装备。采用炉外精炼和真空脱气操作,降低钢种S、P元素及非金属夹杂物含量的,提高钢水纯净度和均匀性;采用首搅和末搅工艺,较少铸坯的偏析程度;优化冷却工艺,提高铸坯的内部质量;采用合适的加热工艺,使棒材的热轧态组织及性能波动较小。实验制得的该钢种与GB /T 3077-2015中42CrMoA钢化学范围相近,其塑性指标要明显高于国标42CrMoA钢。本发明制造技术性能满足技术协议要求,产品合格率能够达到95%以上,制得的钢材纯净度高,非金属夹杂物A类≤2.0级、B类≤2.0级、C类≤1.5级、D类≤2.0级、DS≤2.0级,均超过国标特级优质钢水平。同时整体热处理力学性能Rm≥1040MPa、Rel≥940MPa、A≥9%、Z≥48%、-40℃进行冲击功检测≥27J,各项指标优于现有技术制造的钢板性能指标。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变形,这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种高强度风电锚栓用圆钢,其特征在于,包括如下重量百分比的化学组分:C:0.36~0.46%
Mn:0.70~1.10%
Si:≤0.25%
Mo:0.15~0.35%
Cr:0.90~1.45%
Ni:≤0.30%
Al:0.015~0.030%
P:≤0.015%
S:≤0.015%
其余含量为Fe及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种高强度风电锚栓用圆钢,其特征在于,以重量百分比计,所述化学组分还含有选自以下元素中的1种或2种以上:
Cu:0.02~0.10%
V:0.01~0.12%
Nb:0.03~0.15%
Ti:0.02~0.35%
N:0.003~0.05%。
3.根据权利要求1或2所述的一种高强度风电锚栓用圆钢,其特征在于,所述高强度风电锚栓用圆钢的直径为20~ 50mm。
4.一种高强度风电锚栓用圆钢制造方法,其特征在于,包括如下制备步骤:
冶炼连铸:将权利要求1或2所述的化学组分依次经过转炉和炉外精炼、真空脱气以及连铸;
堆冷:将连铸坯避风堆冷,36h以上;
加热:连铸坯经过1150~1250℃加热保温3小时以上进行轧制成圆钢;
除鳞轧制:对圆钢进行除鳞,粗轧阶段1050~1220℃,精轧阶段900~1050℃,入冷床温度800~950℃,轧制后自然冷却;
超声波、漏磁探伤:使用仪器探测圆钢质量。
5.根据权利要求4所述的一种高强度风电锚栓用圆钢制造方法,其特征在于,所述炉外精炼后吹氩不小于20分钟,进行吊包浇铸。
6.根据权利要求4所述的一种高强度风电锚栓用圆钢制造方法,其特征在于,所述冶炼连铸过程中的结晶器采用电磁搅拌。
7.根据权利要求6所述的一种高强度风电锚栓用圆钢制造方法,其特征在于,所述电磁搅拌采用首搅I=400A,f =2Hz,末搅I=400A,f=10Hz的工艺。
8.根据权利要求4所述的一种高强度风电锚栓用圆钢制造方法,其特征在于,所述冶炼连铸过程中,热轧圆钢的中心疏松不大于1.0级,缩孔不大于0.5级。
9.根据权利要求4所述的一种高强度风电锚栓用圆钢制造方法,其特征在于,所述冶炼连铸过程中,C成分偏差在0.02%以内,合金元素偏差在0.05%以内。
10.根据权利要求4所述的一种高强度风电锚栓用圆钢制造方法,其特征在于,所述超声波、漏磁探伤的圆钢表面裂纹不大于0.2mm。
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