CN103014501A

CN103014501A - 一种稀土处理的高强度耐冲击风电用钢板

Info

Publication number: CN103014501A
Application number: CN2012105894317A
Authority: CN
Inventors: 袁晓鸣; 靳燕
Original assignee: Baotou Iron and Steel Group Co Ltd
Current assignee: Baotou Iron and Steel Group Co Ltd; Inner Mongolia Baotou Steel Union Co Ltd
Priority date: 2012-12-29
Filing date: 2012-12-29
Publication date: 2013-04-03

Abstract

本发明涉及一种稀土处理的高强度耐冲击风电用钢板，其特征是：所述钢板的化学成分按重量百分比为C：0.12～0.16%、Si：0.20～0.50%、Mn：1.20～1.60%、P：≤0.020%、S：≤0.010%、Nb:0.03～0.06%、Ti:0.006～0.012%、RE(Ce)：0.01～0.03%，余量为Fe和不可避免的杂质。其优点是：化学成分设计，并经过稀土处理后，屈服强度大于420MPa，-40℃时低温冲击韧性大于200J，可广泛用于制造风电塔筒领域。

Description

一种稀土处理的高强度耐冲击风电用钢板

技术领域

本发明属于低合金高强度钢领域，特别涉及一种稀土处理的高强度耐冲击风电用钢板。

背景技术

风力发电是技术最成熟、最具规模开发条件和商业化前景的清洁能源发电方式，近年来，在各国大力开发清洁能源的政策下，风力发电行业迅速发展。基于风能产业的广阔前景，其发展速度越来越快，风力发电机组的单台设计容量也越来越大，塔架高度越来越高。风力发电塔的结构是由钢板卷制而成的圆锥形简体，发电塔不但要承受机舱、风轮重达二三十吨的重量，还要受到各种风况下的动态风载荷作用，使用环境恶劣，不仅受到温度、温度差的影响，而且还受到风沙的侵蚀，因此对风塔用钢钢材品质、强度级别和质量等级都提出了越来越高的要求。

目前国内公开的同级别钢板制造方法如下：

中国专利CN102345056A公开了“ 一种结构钢S420ML中厚板及生产方法”，该热轧钢板化学成分重量百分比为C：0.12～0.15％，Si：0.25 ～0.40％，Mn：1.45～1.55％，P：≤0.017％，S：≤0.003％，Nb:0.03～0.04%，Ti:0.010～0.020%，Ni:0.010～0.020%，余量为Fe和不可避免杂质元素组成。用常规连铸方法将其浇铸成250mm厚的连铸板坯，加热至1200℃～1260℃进行粗轧，开轧温度1050℃～1150℃，一阶段终轧温度980℃～1000℃，待温厚度为成品厚度的2.5～3.5倍，二阶段开轧温度≤900℃，二阶段保证单道次压下率≥12%，累积压下率≥60%，终轧温度范围为800℃～880℃，精轧后以5～10℃/s的冷速冷却到640～680℃，然后送往矫直机矫直。采用本方法生产的S420ML低合金高强度热轧钢板性能达到标准要求。

中国专利CN101397265A公开了“ 一种屈服强度 420MPa级超细晶钢板及其制造方法” 该热轧钢板化学成分重量百分比为C：0.06～0.09％，Si：0.30 ～0.60％，Mn：1.00～1.30％，P：≤0.015％，S：≤0.010％，Ti:0.010～0.020%，余量为Fe和不可避免杂质元素组成。该超细晶钢板制造方法的主要技术特征为：连铸坯或钢锭加热至970℃～1050℃，钢坯轧后冷却至780～820℃，在辊道上待温至720～780℃开始第二阶段轧制，终轧温度为700～760℃，轧后钢板冷却至440～480℃，钢板出水后空冷。本发明钢屈服强度大于420MPa、具有较高的强度、良好的韧性和焊接性。

上述公开专利均获得了力学性能稳定、强韧性匹配良好的Q420钢板，不足之处是钢板强度余量不足，低温冲击韧性较低。

发明内容

基于上述不足，本发明的目的是提供一种稀土处理的屈服强度大于420MPa，-40℃时低温冲击韧性大于200J的风电用钢板。本发明的突出优势在于通过加入稀土改变夹杂物形态，细化组织晶粒。显著改善钢板的低温冲击性能。

本发明的技术方案：

本发明的化学成分按重量百分比为C：0.12～0.16%、Si：0.20～0.50%、Mn：1.20～1.60%、P：≤0.020%、S：≤0.010%、Nb:0.03～0.06%、Ti:0.006～0.012%、RE(Ce)：0.01～0.03%，余量为Fe和不可避免的杂质；采用以下方法制作而成：

1、加热和轧制：

加热温度1200～1240℃，保温时间为120～180min。采用两阶段控制轧制工艺，在奥氏体再结晶区轧制时，开轧温度1100～1150℃，至少有1～2道次压下率控制在25%以上，在奥氏体未再结晶区轧制时，开轧温度920～950℃，至少有2道次压下率大于15%，累积压下率大于60%，目的是为了保证其在未再结晶区有足够的变形量，在变形的奥氏体内有更高密度的位错累计，为铁素体相变提供更有利的形核条件。较大的变形也有利于Nb的碳氮化合物的析出，由于变形诱导析出的作用，较大的道次变形率将有利于析出物的形成并且使其更加细小和弥散，同时，细小和弥散的析出物及其钉扎作用为铁素体提供高密度的形核地点并且阻止其长大和粗化，这对于钢的强度与韧性都起到有利的作用。将终轧温度控制在未再结晶区的低温段，即终轧温度为840～870℃。

2、冷却

轧制结束后，钢板进入加速冷却装置，终冷温度630～660℃，出水后冷床空冷。由于钢板在轧制过程中积累了密度很高的位错和极高的应变能，高密度的位错将与Nb的析出物Nb(CN)粒子相互作用，在轧制完成至加速冷却的空冷(驰豫)过程中，这种相互作用促使在奥氏体晶粒内部形成大量细小的多边形位错胞结构，Nb原子在位错墙上的偏聚以及大量微细Nb(CN)在位错胞壁上的析出，稳定了这种具有一定取向差的多边形胞状结构，最终得到晶粒细小且均匀的铁素体+珠光体组织。

本发明选择的主要合金元素及其含量在本发明钢中的作用：

碳(C):碳对钢的强度、低温冲击韧性、焊接性能产生显著影响。碳含量过低会使NbC生成量降低，影响控轧效果，也会增大冶炼控制难度，碳含量过高，又会增加碳当量，显著影响钢板的焊接性能，因此，本发明设定的最佳碳含量为0.12～0.16%。

硅(Si):本发明中硅含量控制在0.20～0.50%，硅主要以固溶强化形式提高钢的强度，超过0.5%时，会造成钢的韧性下降。

锰(Mn):本发明中锰含量控制在1.20～1.60%，锰的成本低廉，并且锰能促使贝氏体的转变，其固溶强化作用会使钢的抗拉强度大幅度上升，因此本发明中把锰作为主要合金元素。

磷和硫(P、S)：由于钢中的P、S含量必须控制在较低的范围，只有冶炼纯净钢，才能保证本发明钢的性能。本发明钢P含量控制在0.020%以下，S含量控制在0.010%以下。.

铌(Nb):Nb在钢中可形成细小的碳化物和氮化物，抑制奥氏体晶粒的长大，在轧制过程中可提高再结晶温度，抑制奥氏体的再结晶，保持形变效果以细化铁素体晶粒。Nb在铁素体中沉淀析出，提高钢的强度以及在焊接过程中阻止热影响区晶粒的粗化等，但塑性和韧性有所下降。大量研究结果表明，Nb、V、Ti在钢中是通过晶粒细化影响强度和塑性，Nb的作用最为显著。本发明钢Nb含量控制在0.03～0.06%。

钛（Ti）：本发明加入0.006～0.012%的Ti，其目的是避免焊接热影响区组织粗化，改善HAZ韧性。较少的合金元素含量使得本发明所得产品成本较低，同时具有优良的机械及焊接性能。

稀土(RE): 稀土铈(Ce)对夹杂物的变性作用。钢中一般都存在着一些长条状或具有尖角的夹杂物，这些夹杂物破坏了钢基体的连续性，同时由于夹杂物与基体的热膨胀系数及塑变能力不同，在夹杂物影响区存在复杂的应力场，当承受冲击载荷时，夹杂物周围应力集中，在带状夹杂物与基体界面处产生显微裂纹，降低钢的韧性。稀土铈(Ce)在钢中有净化钢液，变质夹杂物的作用。钢中加入稀土，可以置换原先钢中存在的硅酸盐、氧化物、铝酸盐以及硫化锰等夹杂物中的氧和硫，生成了球状复合的稀土夹杂物。这些球化、颗粒小的夹杂物有利于韧窝的形成，从而提高了钢的冲击韧性。本发明钢Ce含量控制在0.01～0.03%。

本发明的有益效果为：

通过合理的化学成分设计，并经过稀土处理后，采取上述工艺可以得到一种屈服强度大于420MPa，-40℃时低温冲击韧性大于200J的风电用钢板，可广泛用于制造风电塔筒领域。

具体实施方式

以下用实施例对本发明作更详细的描述。这些实施例仅仅是对本发明最佳实施方式的描述，并不对本发明的范围有任何限制。

实施例1

按表1所示的化学成分冶炼，并浇铸成钢锭，将钢锭加热至1240℃，保温150分钟，在实验轧机上进行第一阶段轧制，开轧温度为1150℃，至少有1～2道次压下率控制在25%以上，当中间坯厚度为42mm时，在辊道上待温至950℃，随后进行第二阶段轧制，终轧温度为870℃，成品钢板厚度为14mm。轧制结束后，钢板进入加速冷却(ACC)装置，终冷温度660℃，出水后冷床冷却。

实施例2

实施方式同实施例1，其中加热温度为1230℃，保温150分钟，第一阶段轧制的开轧温度为1140℃，中间坯待温厚度为54mm，第二阶段轧制的开轧温度为940℃，终轧温度为860℃，成品钢板厚度为18mm，轧制结束后，钢板进入加速冷却(ACC)装置，终冷温度650℃，出水后冷床冷却。

实施例3

实施方式同实施例1，其中加热温度为1220℃，保温150分钟；第一阶段轧制的开轧温度为1120℃，中间坯待温厚度为72mm;第二阶段轧制的开轧温度为930℃，终轧温度为850℃，成品钢板厚度为24mm；终冷温度为640℃。

实施例4

实施方式同实施例1，其中加热温度为1200℃，保温150分钟；第一阶段轧制的开轧温度为1100℃，中间坯待温厚度为80mm；第二阶段轧制的开轧温度为920℃，终轧温度为840℃，成品钢板厚度为28mm；终冷温度为630℃。

表1本发明实施例1～4的化学成分(wt%)

实施例	C	Si	Mn	P	S	Ti	Nb	RE(Ce)
									1	0.13	0.26	1.50	0.012	0.002	0.007	0.041	0.019
2	0.14	0.28	1.49	0.011	0.005	0.008	0.040	0.020
									3	0.13	0.24	1.52	0.013	0.002	0.007	0.043	0.023
4	0.13	0.23	1.47	0.014	0.003	0.009	0.039	0.021

对本发明实施例1～4的钢板试样进行力学性能检验，检验结果见表2。

表2本发明实施例1～4的钢板的力学性能

实施例	厚度(mm)	R_el(MPa)	Rm(MPa)	A(%)	－40℃纵向Akv(J)
						1	12	450	575	28.0	246、251、267
2	18	470	590	32.0	261、250、268
						3	24	475	595	28.5	248、256、232
4	28	480	600	25.5	236、230、228

由表1、表2所列的实施例可以看出，本发明钢的屈服强度大于420MPa、抗拉强度大于575MPa、夏氏冲击功Akv(-40℃) 大于232J、延伸率大于25.5%、板厚可达28mm，其与现有技术相比，具有高的强度和高的低温冲击韧性的特点。

Claims

1.一种稀土处理的高强度耐冲击风电用钢板，其特征是：所述钢板的化学成分按重量百分比为C：0.12～0.16%、Si：0.20～0.50%、Mn：1.20～1.60%、P：≤0.020%、S：≤0.010%、Nb:0.03～0.06%、Ti:0.006～0.012%、RE(Ce)：0.01～0.03%，余量为Fe和不可避免的杂质；采用以下方法制作而成：

1)、加热和轧制：

（a）、在加热过程中，加热温度为1200～1240℃，保温时间为120～180分；

（b）、轧制：轧制分为第一阶段和第二阶段轧制：

第一阶段在奥氏体再结晶区轧制，轧制过程中，开轧温度为1100～1150℃，至少有1～2道次压下率控制在25%以上；

第二阶段在奥氏体未再结晶区轧制，开轧温度920～950℃，至少有2道次压下率大于15%累积压下率大于60%，终轧温度为840～870℃；

2）、冷却：

在冷却过程中，钢板进入加速冷却装置，终冷温度630～660℃，出水后冷床空冷。