CN101948984B

CN101948984B - 一种大型发电机用钢板及其生产方法

Info

Publication number: CN101948984B
Application number: CN 201010274561
Authority: CN
Inventors: 韦明; 刘利香; 李红文; 赵文忠; 吕建会; 王全胜; 侯彩霞; 桑德广; 刘丹; 王飞; 何广霞
Original assignee: Wuyang Iron and Steel Co Ltd; Hebei Iron and Steel Group Co Ltd
Current assignee: Wuyang Iron and Steel Co Ltd; Hebei Iron and Steel Group Co Ltd
Priority date: 2010-09-07
Filing date: 2010-09-07
Publication date: 2012-07-18
Anticipated expiration: 2030-09-07
Also published as: CN101948984A

Abstract

本发明公开了一种大型发电机用钢板，是由以下重量百分比的组分熔炼而成：C：0.18-0.21%，Si：0.10-0.30%，Mn：1.10-1.25%，P≤0.018%，S≤0.005%，N≤0.008%，TAl（总铝）：0.020-0.050%，Nb：0.020-0.035%，Ceq≤0.44%，余量为Fe及不可避免的杂质。本发明的交货状态为正火，采用正火工艺生产的274-280mm厚大型发电机用大厚度以轧代锻钢板经过充分的堆垛和晶粒细化后，钢板的强韧性指标明显较好。由于采用II型控轧工艺，分为两个阶段分别进行轧制，解决了轧机轧制压力不足而造成的晶粒粗大不均、冲击韧性减低现象，且增大了可生产钢板的厚度规格。

Description

一种大型发电机用钢板及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种大型发电机钢板，同时涉及一种该钢板的制备方法。

背景技术

大型发电机用钢板厚度在274-280mm，主要用于水电机组发电机构件制造，要求其内部质量高、抗层状撕裂性能好，而且还要求此类钢板具有较好的焊接性能，才能满足大型工程需求。目前常用的大型发电机用钢板采用S355J0/Z35，这种大型发电机用大厚度钢板目前国内主要依赖锻造生产，成本高、工期长，已不能满足快节奏的需要。

发明内容

本发明的目的是提供一种厚度大、致密性及抗层状撕裂性能好、冷加工性能优异的大型发电机用钢板。

为了实现以上目的，本发明大型发电机用钢板所采用的技术方案是：一种大型发电机用钢板，是由以下重量百分比的组分熔炼而成：C：0.18-0.21%，Si：0.10-0.30%，Mn：1.10-1.25%，P≤0.018%，S≤0.005%，N≤0.008%，TAl（总铝）：0.020-0.050%，Nb：0.020-0.035%，Ceq≤0.44%，余量为Fe及不可避免的杂质。

所述钢板的碳当量为0.37-0.44%。

所述钢板的厚度为274-280毫米。

本发明的目的还在于提供一种以轧制替代锻造的大型发电机用钢板的生产方法，以降低生产周期及成本，得到具有冷加工性能优异、抗层状撕裂性能、致密性及耐磨性好、强度高的大型发电机用大厚度钢板。

本发明的大型发电机用的生产方法所采用的技术方案是：一种大型发电机用钢板的生产方法，所述钢板的厚度为274-280毫米，该方法的步骤如下：

（1）冶炼：将钢水先经电炉冶炼，送入LF炉精炼并调整成分，各元素包含以下重量百分比：C：0.18-0.21%，Si：0.10-0.30%，Mn：1.10-1.25%，P≤0.018%，S≤0.005%，N≤0.008%，TAl（总铝）：0.020-0.050%，Nb：0.020-0.035%，钢水温度达到或超过1570±5℃时，转入真空脱气炉（VD炉）真空处理；

（2）浇铸：将冶炼后的钢水进行浇铸，得到铸坯；

（3）电渣重熔：将浇铸好的铸坯按照设定尺寸制成重熔电极采用电渣炉进行电渣重熔，重熔之前去除铸坯表面氧化铁皮，重熔时加入Al粒；电渣重熔后得到电渣锭；

（4）电渣锭清理：将电渣重熔后的电渣锭带温清理，清理温度不低于150℃；清理后及时装炉或堆垛缓冷处理；

（5）加热：将步骤4）处理后的电渣锭装炉焖钢60±30min，然后采用低速烧钢，1000℃以下升温速度100-120℃/h，最高加热温度1240±10℃，然后保温300-500min；

（6）轧制：将加热后的电渣锭进行轧制，第一阶段为奥氏体再结晶阶段，轧制温度为950-1150℃，轧制至厚于钢板厚度80-100mm；第二阶段为奥氏体非再结晶阶段，轧制温度为840-900℃，轧制至目标厚度，得到半成品钢板；

（7）堆垛缓冷：将半成品钢板及时下线堆垛冷却，钢板表面温度不大于450℃，堆垛总时间76±5小时；

（8）正火处理：对冷却后的半成品钢板进行正火，正火温度910±10℃、保温时间1.8min/mm+（110-130min），正火后水冷加速冷却，得到大型发电机用钢板。

步骤1）所述真空处理之前加入Al线和CaSi块。

步骤1）所述的真空处理的真空度不大于66Pa，真空保持时间不低于15分钟。

步骤2）所述的浇铸采用连铸生产，过热度为15-30℃，拉坯速率为1.15±0.25m/min。

步骤3）所述电渣重熔中，采用五元渣系（CaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂-CaF₂）进行电渣重熔，平均熔速控制在25±5kg/min，每分钟加入AL粒25~30g，采用风冷加速冷却，电渣炉的结晶器包括640mm、760mm、960mm三种断面规格。

步骤6）所述轧制中，第一阶段的开轧温度1050-1150℃，终轧温度950-980℃；第二阶段的开轧温度860-900℃，终轧温度840-850℃。

步骤6）所述第二阶段轧制中单道次的压下率为8-15%。

本发明的大型发电机用钢板的组分中：C主要与其它金属元素形成碳化物，起组织强化和析出强化的作用，增加钢板强度；Si在炼钢过程中作为还原剂和脱氧剂，对钢板的强度和耐磨性有一定的贡献；Mn主要起固溶强化和降低相变温度，提高钢板强度的作用；Al在炼钢过程中作为脱氧剂，同时可以细化晶粒、提高钢板的强度和硬度；Nb的加入，可通过控轧工艺实现钢板结晶强化，以达到提高钢板再结晶温度，加热固溶Nb阻止奥氏体晶粒长大，冷却时高温析出Nb的C、N化物；杂质元素P、S等含量下线不做限制，在工艺设备能力下尽可能降低，以达到钢质纯净、力学性能均匀目的。

本发明大型发电机用钢板的化学成分设计采用低碳当量铁素体钢，是通过低碳当量成分设计及控轧控冷+正火生产工艺，生产出符合274-280mm厚大型发电机用以轧代锻钢板，将其应用于大型发电机构件制造，具有高强度、抗层状撕裂性能、冷加工及焊接性能好、致密性高等特点，满足大型发电机关键受力处的焊接等要求，其生产制造周期短、可实现批量生产。应用的强化机理为组织强化、细晶强化、析出强化和固溶强化。

本发明的交货状态为正火，采用正火工艺生产的274-280mm厚大型发电机用大厚度以轧代锻钢板经过充分的堆垛和晶粒细化后，钢板的强韧性指标明显较好。由于采用II型控轧工艺，分为两个阶段分别进行轧制，解决了轧机轧制压力不足而造成的晶粒粗大不均、冲击韧性减低现象，且增大了可生产钢板的厚度规格。

本发明具有以下优点：（1）强韧性匹配良好，屈服强度Re≥260Mpa，Rm≥ 515Mpa，0℃纵向冲击功≥24J，A≥21%，ψ≥30%，HB≥150；（2）抗层状撕裂性能好，Z≥35%；（3）本发明的钢质更纯净，P≤0.018%，S≤0.003%；（4）内部质量致密，可以满足JB/T4730-2005 I级探伤标准的要求；（5）钢板最大厚度可达到280mm。采用本发明的方法所生产的钢板具有纯净度较高、成分均匀、内部致密的特点，钢的冶金水平较高，力学性能完全满足大型球磨机对274-280mm厚S355J0/Z35的标准要求，适合于制造大型发电机结构件。

具体实施方式

实施例1

本实施例的大型发电机用钢板是由以下重量百分比的组分熔炼而成：C：0.18%，Si：0.28%，Mn：1.15%，P：0.012%，S：0.003 %，N：0.005%，TAl（总铝）：0.030%，Nb：0.025%，其余为Fe和不可避免的杂质。本实施例的钢板厚度为274mm。

本发明的大型发电机用钢板的生产方法的步骤如下：

（1）冶炼：将钢水先经电炉冶炼，钢水重量为100-110吨，送入LF炉精炼并调整成分，各元素包含以下重量百分比：C：0.18%，Si：0.28%，Mn：1.15%，P：0.012%，S：0.003 %，N：0.005%，TAl：0.030%，Nb：0.025%，钢水温度达到或超过1565℃时，转入真空脱气炉（VD炉）真空处理，真空处理前加入Al线240m、CaSi块100kg，真空度不大于66Pa，真空保持时间15分钟时破坏真空；

（2）浇铸：将冶炼后的钢水进行浇铸，采用连铸生产，过热度为25℃，拉坯速率为1.15m/min，并确保合适的二冷水匹配，得到铸坯；

（3）电渣重熔：将浇铸好的铸坯按照设定尺寸制成重熔电极于电渣炉中，重熔之前去除铸坯表面氧化铁皮，采用五元渣系（CaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂-CaF₂）；重熔时加入Al粒，加入速率为每分钟25-30g，选择640mm水冷结晶器进行电渣重熔，平均熔速控制在20kg/min，采用风冷加速冷却；电渣重熔后得到电渣锭；

（4）电渣锭清理：将电渣重熔后的电渣锭带温清理，清理时表面温度455℃；

（5）加热：将清理后的电渣锭及时装炉焖钢60min，若不能及时装炉，应堆垛缓冷，防止炸裂，然后采用低速烧钢，1000℃以下升温速度100℃/h，最高加热温度1240℃，然后保温300min；

（6）轧制：将加热后的电渣锭进行轧制，第一阶段为奥氏体再结晶阶段，开轧温度为1150℃，终轧温度960℃，轧制至钢板厚度为374mm；第二阶段为奥氏体非再结晶阶段，开轧温度900℃，终轧温度840℃，轧制至目标厚度，单道次压下率为8-12%，轧制后得到半成品钢板；

（7）堆垛缓冷：将半成品钢板及时下线堆垛冷却，钢板表面温度480℃，堆垛总时间76小时；

（8）正火处理：对冷却后的钢板进行正火，正火温度910℃、保温时间根据钢板厚度确定：1.8min/mm（钢板厚度）+120min，正火后水冷加速冷却，得到大型发电机用钢板。

本实施例的大型发电机用以轧代锻钢板的性能如下：Ceq（碳当量）为0.37%，轧制成274mm钢板。其力学性能：屈服强度315MPa，抗拉强度540MPa，延伸率A=24%，0℃冲击功AKV（纵向）167J、159J、170J，Z抗层状撕裂性能Z=50%，面缩ψ=65%，硬度HB=190。钢板超声波探伤满足JB/T4730.3-2005 I级的规定。

实施例2

本实施例的大型发电机用钢板是由以下重量百分比的组分熔炼而成：C：0.21%，Si：0.35%，Mn：1.10%，P：0.010%，S：0.003 %，N：0.006%，TAl（总铝）：0.050%，Nb：0.020%，其余为Fe和不可避免的杂质。本实施例的钢板厚度为280mm。

本发明的大型发电机用钢板的生产方法的步骤如下：

（1）冶炼：将钢水先经电炉冶炼，钢水重量为100-110吨，送入LF炉精炼并调整成分，各元素包含以下重量百分比：C：0.21%，Si：0.35%，Mn：1.10%，P：0.010%，S：0.003 %，N：0.006%，TAl：0.050%，Nb：0.020%，钢水温度达到或超过1575℃时，转入真空脱气炉（VD炉）真空处理，真空处理前加入Al线240m、CaSi块100kg，真空度不大于66Pa，真空保持时间15分钟时破坏真空；

（2）浇铸：将冶炼后的钢水进行浇铸，采用连铸生产，过热度为15℃，拉坯速率为1.40m/min，并确保合适的二冷水匹配，得到铸坯；

（3）电渣重熔：将浇铸好的铸坯按照设定尺寸制成重熔电极于电渣炉中，重熔之前去除铸坯表面氧化铁皮，采用五元渣系（CaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂-CaF₂）；重熔时加入Al粒，加入速率为每分钟25-30g，选择960mm水冷结晶器进行电渣重熔，平均熔速控制在30kg/min，采用风冷加速冷却；电渣重熔后得到电渣锭；

（4）电渣锭清理：将电渣重熔后的电渣锭带温清理，清理时表面温度460℃；

（5）加热：将清理后的电渣锭及时装炉焖钢90min，若不能及时装炉，应堆垛缓冷，防止炸裂，然后采用低速烧钢，1000℃以下升温速度110℃/h，最高加热温度1250℃，然后保温400min；

（6）轧制：将加热后的电渣锭进行轧制，第一阶段为奥氏体再结晶阶段，开轧温度为1100℃，终轧温度970℃，轧制至钢板厚度为360mm；第二阶段为奥氏体非再结晶阶段，开轧温度890℃，终轧温度850℃，轧制至目标厚度，单道次压下率为11-13%；轧制后得到半成品钢板；

（7）堆垛缓冷：将半成品钢板及时下线堆垛冷却，钢板表面温度540℃，堆垛总时间71小时；

（8）正火处理：对冷却后的钢板进行正火，正火温度920℃、保温时间根据钢板厚度确定：1.8min/mm（钢板厚度）+130min，正火后水冷加速冷却，得到大型发电机用钢板。

本实施例的大型发电机用大厚度以轧代锻钢板的性能如下：Ceq（碳当量）为0.41%，轧成280mm钢板。其力学性能：屈服强度355MPa，抗拉强度540MPa，延伸率A=25%，0℃冲击功AKV（纵向）232J、216J、228J，抗层状撕裂性能Z=58%，面缩ψ=72%，HB=208。钢板超声波探伤满足JB/T4730.3-2005 I级的要求。

实施例3

本实施例的大型发电机用钢板是由以下重量百分比的组分熔炼而成：C：0.16%，Si：0.10%，Mn：1.30%，P：0.010%，S：0.003 %，N：0.007%，TAl（总铝）：0.020%，Nb：0.035%，其余为Fe和不可避免的杂质。本实施例的钢板厚度为278mm。

本发明的大型发电机用钢板的生产方法的步骤如下：

（1）冶炼：将钢水先经电炉冶炼，钢水重量为100-110吨，送入LF炉精炼并调整成分，各元素包含以下重量百分比：C：0.16%，Si：0.10%，Mn：1.30%，P：0.010%，S：0.003 %，N：0.007%，TAl：0.020%，Nb：0.035%，钢水温度达到或超过1555℃时，转入真空脱气炉（VD炉）真空处理，真空处理前加入Al线240m、CaSi块100kg，真空度不大于66Pa，真空保持时间15分钟时破坏真空；

（2）浇铸：将冶炼后的钢水进行浇铸，采用连铸生产，过热度为25℃，拉坯速率为0.90m/min，并确保合适的二冷水匹配，得到铸坯；

（3）电渣重熔：将浇铸好的铸坯按照设定尺寸制成重熔电极于电渣炉中，重熔之前去除铸坯表面氧化铁皮，采用五元渣系（CaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂-CaF₂）；重熔时加入Al粒，加入速率为每分钟25-30g，选择760mm水冷结晶器进行电渣重熔，平均熔速控制在25kg/min，采用风冷加速冷却；电渣重熔后得到电渣锭；

（5）加热：将清理后的电渣锭及时装炉焖钢30min，若不能及时装炉，应堆垛缓冷，防止炸裂，然后采用低速烧钢，1000℃以下升温速度120℃/h，最高加热温度1230℃，然后保温500min；

（6）轧制：将加热后的电渣锭进行轧制，第一阶段为奥氏体再结晶阶段，开轧温度为1050℃，终轧温度950℃，轧制至钢板厚度为368mm；第二阶段为奥氏体非再结晶阶段，开轧温度880℃，终轧温度860℃，轧制至目标厚度，单道次压下率为13-15%；轧制后得到半成品钢板；

（7）堆垛缓冷：将半成品钢板及时下线堆垛冷却，钢板表面温度530℃，堆垛总时间81小时；

（8）正火处理：对冷却后的钢板进行正火，正火温度900℃、保温时间根据钢板厚度确定：1.8min/mm（钢板厚度）+110min，正火后水冷加速冷却得到大型发电机用钢板。

本实施例的大型发电机用大厚度以轧代锻钢板的性能如下：Ceq（碳当量）为0.44%，轧成278mm钢板。其力学性能：屈服强度380MPa，抗拉强度598MPa，延伸率A=28%，0℃冲击功AKV（纵向）238J、222J、242J，抗层状撕裂性能Z=55%，面缩ψ=62%，HB=190。钢板超声波探伤满足JB/T4730.3-2005 I级的要求。

Claims

1.一种大型发电机用钢板，其特征在于：是由以下重量百分比的组分熔炼而成：C：0.18-0.21%，Si：0.10-0.30%，Mn：1.10-1.25%，P≤0.018%，S≤0.005%，N≤0.008%，TAl（总铝）：0.020-0.050%，Nb：0.020-0.035%，Ceq≤0.44%，余量为Fe及不可避免的杂质；具体制备方法如下：

（1）冶炼：将钢水先经电炉冶炼，送入LF炉精炼并调整成分，各元素包含以下重量百分比：C：0.18-0.21%，Si：0.10-0.30%，Mn：1.10-1.25%，P≤0.018%，S≤0.005%，N≤0.008%，TAl（总铝）：0.020-0.050%，Nb：0.020-0.035%，钢水温度达到或超过1570±5℃时，转入真空脱气炉真空处理；

（2）浇铸：将冶炼后的钢水进行浇铸，得到铸坯；

（8）正火处理：对冷却后的半成品钢板进行正火，正火温度910±10℃、保温时间1.8min/mm×厚度mm+（110-130min），正火后水冷加速冷却，得到大型发电机用钢板。

2.根据权利要求1所述的大型发电机用钢板，其特征在于：所述钢板的碳当量为0.37-0.44%。

3.根据权利要求1或2所述的大型发电机用钢板，其特征在于：所述钢板的厚度为274-280毫米。

4.一种大型发电机用钢板的生产方法，其特征在于：所述钢板的厚度为274-280毫米，该方法的步骤如下：

（2）浇铸：将冶炼后的钢水进行浇铸，得到铸坯；

5.根据权利要求4所述的大型发电机用钢板的生产方法，其特征在于：步骤1）所述真空处理之前加入Al线和CaSi块。

6.根据权利要求4所述的大型发电机用钢板的生产方法，其特征在于：步骤1）所述的真空处理的真空度不大于66Pa，真空保持时间不低于15分钟。

7.根据权利要求4所述的大型发电机用钢板的生产方法，其特征在于：步骤2）所述的浇铸采用连铸生产，过热度为15-30℃，拉坯速率为1.15±0.25m/min。

8.根据权利要求4所述的大型发电机用钢板的生产方法，其特征在于：步骤3）所述电渣重熔中，采用五元渣系CaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂-CaF₂进行电渣重熔，平均熔速控制在25±5kg/min，每分钟加入Al粒25～30g，采用风冷加速冷却，电渣炉的结晶器包括640mm、760mm、960mm三种断面规格。

9.根据权利要求4所述的大型发电机用钢板的生产方法，其特征在于：步骤6）所述轧制中，第一阶段的开轧温度1050-1150℃，终轧温度950-980℃；第二阶段的开轧温度860-900℃，终轧温度840-850℃。

10.根据权利要求4或9所述的大型发电机用钢板的生产方法，其特征在于：步骤6）所述第二阶段轧制中单道次的压下率为8-15%。