CN115896623A - 一种厚规格高韧性屈服强度420MPa级风力发电塔用结构钢板生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种厚规格高韧性屈服强度420MPa级风力发电塔用结构钢板生产方法，采用低成分设计，只采用廉价的Si、Mn、Nb、V、Ti等合金，通过合适的冶炼、连铸、加热、控轧、控冷工艺就生产除了综合性能良好的屈服强度420MPa级的风电用钢，通过回火热处理工艺，工艺稳定，工序制造成本低；钢板的强度、塑性、韧性良好,组织为细小的铁素体+珠光体+贝氏体。钢板的屈服强度在415～463MPa之间，抗拉强度在542～584MPa之间，延伸率在28～33.5％之间，‑40℃冲击功在239～267之间。
Description
技术领域
本发明涉及热轧领域，尤其涉及一种厚规格高韧性屈服强度420MPa级风力发电塔用结构钢板生产方法。
背景技术
随着我国电网建设的迅速发展，以Q420钢为代表的新型高强度结构钢在电网铁塔的生产建设中大量应用。Q420钢不同于普通的低合金钢，它是在普通低合金钢的冶炼工艺基础上，通过Nb、V、Ti等强烈碳化物形成元素的应用，以晶粒细化和析出强化为主要内容的钢的强韧化机理的建立为依据，生产出的新一代低合金高强钢。Q420钢是以低碳、高纯净度为主要特征的微合金化钢，它具有优良的力学性能，在具有较高强度的同时又保持着较好的韧性，用于电网铁塔结构时能大大提高铁塔的稳定性。
在兼顾钢板的冲击韧性、板形、焊接性能的情况下，60-80mm厚规格风电钢在宽厚板生产线生产难度较大，需要较高的技术控制水平。
公开号CN 112126847 A的专利“大厚度Q420FTE高强度风塔结构用钢板及其生产方法”提供了一种厚规格风电钢及其制备方法。该方法采用控轧控冷生产方法，设计出符合标准要求的风塔结构用钢板，钢板厚度方向性能及焊接性能较好。但该方法采用了控轧控冷生产工艺，性能稳定性波动较大，本专利采用TMCP+回火热处理方式，既保证了钢板性能的均匀性，同时工艺稳定的情况下，可以提升生产效率。
公开号CN 106591718 A的专利“屈服420MPa级高韧性抗酸调质型管件钢板及生产方法”提供了一种控轧工艺+调质工艺生产的板厚100mm屈服420MPa级钢板的生产方法。该方法生产的钢板低屈强比、低温冲击韧性及焊接性能优良。本专利采用TMCP+回火热处理方式，节省淬火过程，节约工艺成本，同时本专利采用低碳成分设计，填加少量合金成分，成本较低。
公开号CN 102776443 A的专利“一种420MPa级别低合金高强度特厚钢板及其制造方法”提供了一种100-160mm厚度屈服420MPa级的低合金高强度钢生产方法，冲击功为-20℃，本专利冲击功温度为-40℃，本专利低温冲击韧性优于检索专利。
发明内容
本发明的目的是提供一种厚规格高韧性屈服强度420MPa级风力发电塔用结构钢板生产方法，生产稳定、韧性优良、焊接性能良好的屈服强度420MPa级风力发电塔用厚度60-80mm的结构钢板。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明一种厚规格高韧性屈服强度420MPa级风力发电塔用结构钢板生产方法，所述结构钢板的化学成分按重量百分比为：C：0.13～0.15％；Si：0.25～0.35％；Mn：1.50～1.60％；Nb:0.030～0.040％；V:0.030～0.040％；Ti:0.006～0.016％；P≤0.015％；S≤0.005％；Ca：0.0008～0.0025％；Als：0.017～0.027％；O:≤0.0035％；N：≤0.0052％；其余为铁和不可避免杂质；其生产方法具体包括：
1)为保证一定的压缩比和板坯质量，选用250mm厚的连铸坯,铸坯中心偏析不大于B1.0；
2)钢水进行RH炉处理，在真空度不超过112Pa下处理时间不低于17分钟；
3)连铸坯的厚度为250mm，钢水浇铸时过热度控制在15～28℃，拉速0.9～1.1m/min，连铸时采用电磁搅拌和轻压下，轻压下位置为凝固终端前三、四段，总压下量为8.0mm；连铸时采用电磁搅拌，电磁搅拌位置为4段、5段，电磁搅拌频率为5Hz，电流为380A；结晶器宽侧水量4500L/min,窄侧水量370L/min，结晶器进水温度控制在36±2℃，结晶器进水温度控制在38±1℃，二冷水温度控制在22～25℃，水质指标要符合工艺要求；采用保护浇注，长水口密封氩气压力控制在≥0.3MPa，流量控制在130～160L/min；中间包浸入水口密封氩气压力0.2Mpa，流量15～20L/min；。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；
4)加热工艺：采用250mm厚的连铸坯进行生产，板坯入炉表面温度不大于120℃，板坯加热时采用步进式加热炉，连铸坯出炉温度1150～1250℃，加热时间220～260分钟，板坯在均热段的加热时间不低于30分钟。板坯在加热炉中加热时活动梁托起板坯的移动速度为1.10m/min；
5)60mm～80mm厚钢板轧制成型工艺：板坯加热好之后进行控制轧制，第一阶段开轧厚度为板坯厚度，第一阶段开轧温度1130～1220℃，第一阶段终轧温度≥980℃，第一阶段高温延伸轧制时单道次压下率≥11.5％，第一阶段轧制速度为1.7～3.1m/s，第一阶段轧制时设定扭矩为2150kN·m；第二阶段钢板的开轧厚度为2倍成品钢板厚度，第二阶段钢板开轧温度为855～905℃，第二阶段终轧温度为790～860℃；第二阶段轧制速度为3.5～4.5m/s，第二阶段轧制时设定扭矩为2280kN·m，第二阶段末次压下率≥5.5％。钢板轧完后进行层流冷却，ACC水温为17～19℃，冷却速度为8～12℃/s，终冷温度为599～645℃，ACC辊道速度为1.70～1.90m/s，ACC下喷梁与上喷梁的冷却水流量比为2.00；
6)采用回火热处理工艺，回火保温温度380-420℃，保温时间＞20分钟，在炉时间160～200min。出炉空冷，平铺冷却到200℃后采用堆垛缓冷，缓冷时间大于6小时。
进一步的，钢板的组织为细小的铁素体+珠光体+贝氏体；钢板的屈服强度在415～463MPa之间，抗拉强度在542～584MPa之间，延伸率在28～33.5％之间，-40℃冲击功在239～267之间。
进一步的，所述结构钢板的化学成分按重量百分比为：C 0.14％、Si 0.31％、Mn1.49％、P 0.016％、S 0.002％、Als 0.024％、Nb 0.035％、V 0.032％、Ti 0.010％，Ca0.0016％、H 0.6ppm；O:0.0032％；N：0.0040％；其余为铁和不可避免杂质。
进一步的，所述结构钢板的化学成分按重量百分比为：C 0.15％、Si 0.30％、Mn1.53％、P 0.012％、S 0.004％、Als 0.026％、Nb 0.032％、V 0.034％、Ti 0.012％，Ca0.0021％、H 0.5ppm；O:0.0027％；N：0.0035％；其余为铁和不可避免杂质。
进一步的，所述结构钢板的化学成分按重量百分比为：C 0.14％、Si 0.28％、Mn1.58％、P 0.011％、S 0.003％、Als 0.027％、Nb 0.032％、V 0.036％、Ti 0.013％，Ca0.0020％、H 0.4ppm；O:0.0028％；N：0.0031％；其余为铁和不可避免杂质。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果：
1)本发明采用低成分设计，只采用廉价的Si、Mn、Nb、V、Ti等合金，通过合适的冶炼、连铸、加热、控轧、控冷工艺就生产除了综合性能良好的屈服强度420MPa级的风电用钢，通过回火热处理工艺，工艺稳定，工序制造成本低。
2)钢板的强度、塑性、韧性良好,组织为细小的铁素体+珠光体+贝氏体。钢板的屈服强度在415～463MPa之间，抗拉强度在542～584MPa之间，延伸率在28～33.5％之间，-40℃冲击功在239～267之间。
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2TMCP+回火态的金相照片，1/4位置组织为F+P+B；
图2为本发明实施例2TMCP+回火态的金相照片，1/2位置组织为F+P+B。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1
将冶炼、连铸后的拟轧制的板坯放入加热炉，加热时间为240分钟，均热时间为35分钟。板坯的化学成分的质量百分含量为：C 0.14％、Si 0.31％、Mn1.49％、P 0.016％、S0.002％、Als 0.024％、Nb 0.035％、V 0.032％、Ti 0.010％，Ca 0.0016％、H 0.6ppm；O:0.0032％；N：0.0040％；余量为Fe和不可避免的杂质。轧制成厚度为60mm的钢板，详细的轧制及热处理工艺见表1，其力学性能见表2。
实施例2
将冶炼、连铸后的拟轧制的板坯放入加热炉，加热时间为230分钟，均热时间为33分钟。板坯的化学成分的质量百分含量为：C 0.15％、Si 0.30％、Mn 1.53％、P 0.012％、S0.004％、Als 0.026％、Nb 0.032％、V 0.034％、Ti 0.012％，Ca 0.0021％、H 0.5ppm；O:0.0027％；N：0.0035％；余量为Fe和不可避免的杂质。轧制成厚度为70mm的钢板，详细的轧制及热处理工艺见表1，其力学性能见表2。
实施例3
将冶炼、连铸后的拟轧制的板坯放入加热炉，加热时间为260分钟，均热时间为40分钟。板坯的化学成分的质量百分含量为：C 0.14％、Si 0.28％、Mn 1.58％、P 0.011％、S0.003％、Als 0.027％、Nb 0.032％、V 0.036％、Ti 0.013％，Ca 0.0020％、H 0.4ppm；O:0.0028％；N：0.0031％；余量为Fe和不可避免的杂质。轧制成厚度为80mm的钢板，详细的轧制及热处理工艺见表1，其力学性能见表2。
表1实施例1～3的工艺参数
表2实施例1～3的力学性能
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 (5)
1.一种厚规格高韧性屈服强度420MPa级风力发电塔用结构钢板生产方法，其特征在于，所述结构钢板的化学成分按重量百分比为：C：0.13～0.15％；Si：0.25～0.35％；Mn：1.50～1.60％；Nb:0.030～0.040％；V:0.030～0.040％；Ti:0.006～0.016％；P≤0.015％；S≤0.005％；Ca：0.0008～0.0025％；Als：0.017～0.027％；O:≤0.0035％；N：≤0.0052％；其余为铁和不可避免杂质；其生产方法具体包括：
1)为保证一定的压缩比和板坯质量，选用250mm厚的连铸坯,铸坯中心偏析不大于B1.0；
2)钢水进行RH炉处理，在真空度不超过112Pa下处理时间不低于17分钟；
3)连铸坯的厚度为250mm，钢水浇铸时过热度控制在15～28℃，拉速0.9～1.1m/min，连铸时采用电磁搅拌和轻压下，轻压下位置为凝固终端前三、四段，总压下量为8.0mm；连铸时采用电磁搅拌，电磁搅拌位置为4段、5段，电磁搅拌频率为5Hz，电流为380A；结晶器宽侧水量4500L/min,窄侧水量370L/min，结晶器进水温度控制在36±2℃，结晶器进水温度控制在38±1℃，二冷水温度控制在22～25℃，水质指标要符合工艺要求；采用保护浇注，长水口密封氩气压力控制在≥0.3MPa，流量控制在130～160L/min；中间包浸入水口密封氩气压力0.2Mpa，流量15～20L/min；。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；
4)加热工艺：采用250mm厚的连铸坯进行生产，板坯入炉表面温度不大于120℃，板坯加热时采用步进式加热炉，连铸坯出炉温度1150～1250℃，加热时间220～260分钟，板坯在均热段的加热时间不低于30分钟。板坯在加热炉中加热时活动梁托起板坯的移动速度为1.10m/min；
5)60mm～80mm厚钢板轧制成型工艺：板坯加热好之后进行控制轧制，第一阶段开轧厚度为板坯厚度，第一阶段开轧温度1130～1220℃，第一阶段终轧温度≥980℃，第一阶段高温延伸轧制时单道次压下率≥11.5％，第一阶段轧制速度为1.7～3.1m/s，第一阶段轧制时设定扭矩为2150kN·m；第二阶段钢板的开轧厚度为2倍成品钢板厚度，第二阶段钢板开轧温度为855～905℃，第二阶段终轧温度为790～860℃；第二阶段轧制速度为3.5～4.5m/s，第二阶段轧制时设定扭矩为2280kN·m，第二阶段末次压下率≥5.5％。钢板轧完后进行层流冷却，ACC水温为17～19℃，冷却速度为8～12℃/s，终冷温度为599～645℃，ACC辊道速度为1.70～1.90m/s，ACC下喷梁与上喷梁的冷却水流量比为2.00；
6)采用回火热处理工艺，回火保温温度380-420℃，保温时间＞20分钟，在炉时间160～200min。出炉空冷，平铺冷却到200℃后采用堆垛缓冷，缓冷时间大于6小时。
2.根据权利要求1所述的厚规格高韧性屈服强度420MPa级风力发电塔用结构钢板生产方法，其特征在于，钢板的组织为细小的铁素体+珠光体+贝氏体；钢板的屈服强度在415～463MPa之间，抗拉强度在542～584MPa之间，延伸率在28～33.5％之间，-40℃冲击功在239～267之间。
3.根据权利要求1所述的厚规格高韧性屈服强度420MPa级风力发电塔用结构钢板生产方法，其特征在于，所述结构钢板的化学成分按重量百分比为：C0.14％、Si 0.31％、Mn1.49％、P 0.016％、S 0.002％、Als 0.024％、Nb 0.035％、V 0.032％、Ti 0.010％，Ca0.0016％、H 0.6ppm；O:0.0032％；N：0.0040％；其余为铁和不可避免杂质。
4.根据权利要求1所述的厚规格高韧性屈服强度420MPa级风力发电塔用结构钢板生产方法，其特征在于，所述结构钢板的化学成分按重量百分比为：C0.15％、Si 0.30％、Mn1.53％、P 0.012％、S 0.004％、Als 0.026％、Nb 0.032％、V 0.034％、Ti 0.012％，Ca0.0021％、H 0.5ppm；O:0.0027％；N：0.0035％；其余为铁和不可避免杂质。
5.根据权利要求1所述的厚规格高韧性屈服强度420MPa级风力发电塔用结构钢板生产方法，其特征在于，所述结构钢板的化学成分按重量百分比为：C0.14％、Si 0.28％、Mn1.58％、P 0.011％、S 0.003％、Als 0.027％、Nb 0.032％、V 0.036％、Ti 0.013％，Ca0.0020％、H 0.4ppm；O:0.0028％；N：0.0031％；其余为铁和不可避免杂质。
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