CN114891947A - 一种提高风电法兰用钢低温冲击性能的方法 - Google Patents

一种提高风电法兰用钢低温冲击性能的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种提高风电法兰用钢低温冲击性能的方法，属于冶金技术领域。本发明方法包括转炉冶炼、LF精炼、VD真空处理、连铸、热处理工序；转炉冶炼工序，采用BOF转炉，转炉铁水与废钢比例为：铁水量85～90%，废钢量10～15%；所述转炉铁水成分含量控制：P≤0.110%、S≤0.030%、Si：0.30～0.70%，转炉铁水温度1350～1450℃，出炉钢水P含量≤0.012%。本发明通过转炉操作，合金及物料成分控制，精炼时间，精炼渣系，VD操作工序合理控制，可生产成品Ti含量≤0.0030%、高低温冲击功的风电法兰用钢，达到国能领先水平。

Description

一种提高风电法兰用钢低温冲击性能的方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种提高风电法兰用钢低温冲击性能的方法。
背景技术
风电法兰是连接风电塔筒各段或风电塔筒与轮毂、轮毂与叶片之间的结构件,使用的材料为低合金高强度钢Q345E/S355NL。行业内目前普遍要求风电法兰用钢-40℃低温冲击功≥27J，屈服强度≥345MPa，抗拉强度450-600MPa，断后伸长率≥17%，非金属夹杂物未做要求。
但随着行业发展，风电法兰用钢的工作环境恶劣，极端温度可接近-40℃〜-50℃，承受最大风力可达12级，因此客户对风电法兰用钢的低温冲击性能要求也逐渐提高，目前行业内的标准已经不能满足市场需求。
目前生产高质量风电法兰用钢存在的限制因素，主要有如下几点：
1.钢材中P含量偏高。P元素可固溶于铁素体中，含量过高时将大幅降低钢材的塑性和韧性，并升高脆性转变温度，导致材料变脆，低温时冷脆现象更为显著，严重影响风电法兰的低温冲击性能。
行业内目前使用转炉为初炼炉，生产成品P≤0.012%的风电法兰用钢。受操作水平、钢种特性、生产成本、物料配比等因素影响，使用转炉生产P≤0.015%的钢种存在一定难度。适用于极寒地区，对低温冲击功要求较高的，优质风电法兰用钢Q345E/S355NL，通常要求成品P含量≤0.012%。
若使用电炉为初炼炉，选用优质废钢，虽然可以生产成品P含量≤0.012%的风电法兰用钢，但生产周期长、环境污染大、消耗能源多、工序生产成本翻倍，在碳达峰碳中和的大环境下，电炉生产工艺相对落后，不利于节能降耗。
2.Ti含量过高。Ti元素以固溶、沉淀等形式强化基体，但可降低材料的塑性和韧性，形成大块TiN夹杂时，将严重恶化钢的冲击韧性，尤其是低温冲击韧性。Ti含量对风电法兰用钢低温冲击影响较大，高质量风电法兰用钢，必须严格控制成品Ti含量。行业内受到操作水平，物料控制，生产经验，质量稳定性等方面影响，风电法兰用钢Ti含量普遍偏高。
3.钢水纯净度差，夹杂物含量高。D类夹杂物达到2.0级以上，夹杂物较多，将严重影响材料的低温冲击性能。受操作水平，产品质量，控制细节，工艺流程等方面影响，更由于国家标准对夹杂物等级不做要求，因此行业内企业普遍难以保证风电法兰钢水纯净度。
4.热处理工艺不合理。正火工艺可细化晶粒，均匀组织，改善缺陷，成本相对较低，因此大部分厂家生产风电法兰用钢时热处理仅采用正火工艺。但正火后的材料存在内应力，影响材料低温冲击的稳定性，需对正火后的材料进行回火处理，以消除内应力，提高材料韧性。
因此，行业内亟需开发一种成本低、可操作性强的风电法兰用钢生产工艺，进一步提高风电法兰用钢的低温冲击韧性，满足市场需求。
发明内容
本发明提供一种提高风电法兰用钢低温冲击性能的方法，本发明采用“BOF（100t）-LF（120t）-VD（120t）-CC”工艺流程，生产风电法兰用低合金高强度钢连铸圆坯，锻后产品-50冲击功≥70J，保证风电法兰用钢良好的低温冲击性能。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种提高风电法兰用钢低温冲击性能的方法，所述方法包括转炉冶炼、LF精炼、VD真空处理、连铸、热处理工序；所述转炉冶炼工序，采用BOF转炉，转炉铁水与废钢比例为：铁水量85～90%，废钢量10～15%；所述转炉铁水成分含量控制：P≤0.110%、S≤0.030%、Si：0.30～0.70%，转炉铁水温度1350～1450℃，出炉钢水P含量≤0.012%；所述LF精炼工序，保证LF精炼时间≥55min，白渣保持时间≥25min，控制脱氧剂中Ti含量≤0.25%、精炼渣Ti含量≤0.10%；所述热处理工序，锻后产品正火温度910～930℃，正火时间12～16小时，回火温度450-470℃，回火时间15～20小时。可均匀细化铁素体和珠光体组织，显著提高风电法兰用钢的低温冲击性能。
本发明所述风电法兰用钢P含量≤0.012%，Ti≤0.0030%。
本发明所述风电法兰用钢-50℃低温冲击功≥70J，屈服强度≥370MPa，抗拉强度500-600MPa，断后伸长率≥25%。
本发明所述风电法兰用钢夹杂物控制如下：A细≤1.0级，A粗≤0.5级，B细≤1.0级，B粗≤0.5级，C细≤0.5级，C粗≤0.5级，D细≤1.0级，D粗≤0.5级，Ds≤1.0级。
本发明所述转炉冶炼工序，BOF转炉前一炉冶炼结束后，转炉炉内留钢渣2～5t，底吹氮气进行溅渣护炉，溅渣时间3～5min。
本发明所述转炉冶炼工序，转炉吹炼3～5分钟需倒出前期渣，加入渣料进行二次造渣冶炼，出钢过程严格禁止下渣。冶炼前将转炉炉口、炉帽附近的转炉渣清理干净，如吹炼过程发生喷溅，必须对炉帽残留的转炉渣进行二次清理，保证炉帽清理干净无残渣才能出钢；保证精炼到位P含量≤0.012%，必须严格控制成品P含量≤0.015%。
本发明所述LF精炼工序，精炼渣系控制范围：CaO≥54%，SiO2≤7%，碱度R≥8，Al2O3：29～31%，TFe+MnO≤0.5%，MgO≤6%，保证良好的脱氧脱硫效果，以及良好的吸附夹杂物效果，控制较高的钢水纯净度。
本发明所述LF精炼工序，LF到位后钢包开双透气砖，保证精炼渣良好的流动性，LF精炼过程中不添加含Ti合金、不喂入钛线，控制成品Ti含量≤0.0030%。
本发明所述VD真空处理工序，VD真空处理过程≤67Pa，高真空保持时间≥15min，保证钢包良好的透气性及氩气搅拌效果，VD真空处理后软吹时间≥15min，软吹时氩气流量≤17L/min，促进夹杂物充分上浮。VD真空处理后钢水中O≤10ppm，N：60～80ppm，H≤1.2ppm。
本发明所述连铸工序，所述连铸工序，过热度20～30℃，拉速0.26～0.28m/min。连铸过程做好氩气保护，避免钢水二次氧化，保证钢包自开不烧氧，控制钢水纯净度。
本发明所述风电法兰用钢化学成分及质量百分含量如下：C：0.13～0.15%，Si：0.22～0.26%，Mn：1.34～1.39%，P≤0.015%，S≤0.002%，Cu：0.02%，Cr：0.07～0.08%，Mo：0.01～0.02%，V：0.03～0.04%，Ti≤0.003%，Alt：0.025～0.035%，Nb：0.02～0.03%，其余为Fe和不可避免的杂质。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：1、本发明通过转炉操作，合金及物料成分控制，精炼时间，精炼渣系，VD操作工序合理控制，可生产成品Ti含量≤0.0030%、高低温冲击功的风电法兰用钢，达到国能领先水平。2、本发明涉及的热处理工艺可保证锻后产品得到均匀细化的铁素体和珠光体组织，显著提高风电法兰用钢低温冲击性能。3、本发明通过控制精炼时间、精炼渣系、VD操作等，可有效提高钢水纯净度，保证成品钢中夹杂物A细≤1.0级，A粗≤0.5级，B细≤1.0级，B粗≤0.5级，C细≤0.5级，C粗≤0.5级，D细≤1.0级，D粗≤0.5级，Ds≤1.0级。4、本发明产品质量好，环境污染小，能源消耗少，工序成本低。
附图说明
图1为实施例1中风电法兰用钢的500倍金相组织图；
图2为实施例2中风电法兰用钢的500倍金相组织图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细地说明。
实施例1-8
本发明采用“BOF（100t）-LF（120t）-VD（120t）-CC”工艺流程，生产风电法兰用低合金高强度钢连铸圆坯，最终获得成品风电法兰用钢。实施例1-8风电法兰用钢化学成分及质量百分含量见表1。
表1 实施例1-8风电法兰用钢化学成分及质量百分含量（%）
Figure DEST_PATH_IMAGE002
生产方法包括转炉冶炼、LF精炼、VD真空处理、连铸、热处理工序；具体操作步骤如下：
（1）转炉冶炼工序：BOF转炉使用优质低P铁水，要求P≤0.110%、S≤0.030%、Si0.30～0.70%、温度1350～1450℃。前一炉冶炼结束后转炉炉内留钢渣2～5t，底吹氮气进行溅渣护炉，溅渣时间3～5min。转炉铁水废钢比例为：铁水量85～90%，废钢量10～15%，使用优质废钢。冶炼前将转炉炉口、炉帽附近的转炉渣清理干净，如吹炼过程发生喷溅，必须对炉帽残留的转炉渣进行二次清理，保证炉帽清理干净无残渣才能出钢。转炉吹炼3～5分钟需倒出前期渣，加入渣料进行二次造渣冶炼，出钢过程严格禁止下渣，保证精炼到位P含量≤0.012%，必须严格控制成品P含量≤0.015%。实施例1-8转炉冶炼工序控制参数见表2。
表2 实施例1-8转炉冶炼工序控制参数
Figure DEST_PATH_IMAGE004
（2）LF精炼工序：LF到位后钢包开双透气砖，保证精炼渣良好的流动性，保证LF精炼时间≥55min，白渣保持时间≥25min，不得添加含Ti合金、不得喂入钛线，控制脱氧剂SiC的Ti含量≤0.25%、精炼渣Ti含量≤0.10%，可控制成品Ti含量≤0.0030%。
精炼渣系控制范围：CaO≥54%，SiO2≤7%，碱度R≥8，Al2O3 29-31%，TFe+MnO≤0.5%，MgO≤6%，可保证良好的脱氧脱硫效果，以及良好的吸附夹杂物效果，控制较高的钢水纯净度。实施例1-8的LF精炼工序控制参数见表3。
表3 实施例1-8LF精炼工序控制参数
Figure DEST_PATH_IMAGE006
（3）VD真空处理工序：VD真空处理过程≤67Pa，高真空保持时间≥15min，保证钢包良好的透气性及氩气搅拌效果，保证VD后软吹时间≥15min，软吹时氩气流量≤17L/min，促进夹杂物充分上浮。实施例1-8 VD真空处理工序控制参数见表4。VD真空处理后，实施例1-8钢水中O、N、H含量见表5。
表4 实施例1-8 VD真空处理工序控制参数
Figure DEST_PATH_IMAGE008
表5 实施例1-8风电法兰用钢中气体情况
Figure DEST_PATH_IMAGE010
（4）连铸工序：过热度20～30℃，拉速0.26～0.28m/min。过程做好氩气保护，避免钢水二次氧化，保证钢包自开不烧氧，控制钢水纯净度。
（5）热处理工序：锻后产品正火温度910～930℃，正火时间12～16小时，回火温度450-470℃，回火时间15～20小时。实施例1-8连铸及热处理工序控制参数见表6。
实施例1-8所得风电法兰用钢的性能、夹杂物检测结果见表7、8。图1、2分别是实施例1、2金相组织图，通过图1、2可看出，本发明方法所得风电法兰用钢纯净度较高，其余实施例附图相同省略。
表6 实施例1-8 连铸及热处理工序控制参数
Figure DEST_PATH_IMAGE012
表7 实施例1-8风电法兰用钢夹杂物检测结果
Figure DEST_PATH_IMAGE014
表8 实施例1-8风电法兰用钢性能测结果
Figure DEST_PATH_IMAGE016
以上所述仅为本发明较佳实例，不能以此限定本发明权利范围，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细说明，本领域技术人员依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作任何修改、等同替换、改进等，均属于本发明所涵盖范围。

Claims (10)

1.一种提高风电法兰用钢低温冲击性能的方法，其特征在于，所述方法包括转炉冶炼、LF精炼、VD真空处理、连铸、热处理工序；所述转炉冶炼工序，采用BOF转炉，转炉铁水与废钢比例为：铁水量85～90%，废钢量10～15%；所述转炉铁水成分含量控制：P≤0.110%、S≤0.030%、Si：0.30～0.70%，转炉铁水温度1350～1450℃，出炉钢水P含量≤0.012%；
所述LF精炼工序，保证LF精炼时间≥55min，白渣保持时间≥25min，控制脱氧剂中Ti含量≤0.25%、精炼渣Ti含量≤0.10%；
所述热处理工序，锻后产品正火温度910～930℃，正火时间12～16小时，回火温度450-470℃，回火时间15～20小时。
2.根据权利要求1所述的一种提高风电法兰用钢低温冲击性能的方法，其特征在于，所述风电法兰用钢P含量≤0.012%，Ti≤0.0030%。
3.根据权利要求1所述的一种提高风电法兰用钢低温冲击性能的方法，其特征在于，所述风电法兰用钢-50℃低温冲击功≥70J，屈服强度≥370MPa，抗拉强度500-600MPa，断后伸长率≥25%。
4.根据权利要求1所述的一种提高风电法兰用钢低温冲击性能的方法，其特征在于，所述风电法兰用钢夹杂物控制如下：A细≤1.0级，A粗≤0.5级，B细≤1.0级，B粗≤0.5级，C细≤0.5级，C粗≤0.5级，D细≤1.0级，D粗≤0.5级，Ds≤1.0级。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种提高风电法兰用钢低温冲击性能的方法，其特征在于，所述转炉冶炼工序，BOF转炉前一炉冶炼结束后，转炉炉内留钢渣2～5t，底吹氮气进行溅渣护炉，溅渣时间3～5min。
6.根据权利要求1-4任意一项所述的一种提高风电法兰用钢低温冲击性能的方法，其特征在于，所述转炉冶炼工序，转炉吹炼3～5分钟需倒出前期渣，加入渣料进行二次造渣冶炼，出钢过程严格禁止下渣。
7.根据权利要求1-4任意一项所述的一种提高风电法兰用钢低温冲击性能的方法，其特征在于，所述LF精炼工序，精炼渣系控制范围：CaO≥54%，SiO2≤7%，碱度R≥8，Al2O3：29～31%，TFe+MnO≤0.5%，MgO≤6%。
8.根据权利要求1-4任意一项所述的一种提高风电法兰用钢低温冲击性能的方法，其特征在于，所述LF精炼工序，LF到位后钢包开双透气砖，不添加含Ti合金、不喂入钛线，控制成品Ti含量≤0.0030%。
9.根据权利要求1-4任意一项所述的一种提高风电法兰用钢低温冲击性能的方法，其特征在于，所述VD真空处理工序，VD真空处理过程≤67Pa，高真空保持时间≥15min，VD真空处理后软吹时间≥15min，软吹时氩气流量≤17L/min，VD真空处理后钢水中O≤10ppm，N：60～80ppm，H≤1.2ppm。
10.根据权利要求1-4任意一项所述的一种提高风电法兰用钢低温冲击性能的方法，其特征在于，所述连铸工序，过热度20～30℃，拉速0.26～0.28m/min。
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