CN103451562B - 水电用调质型大厚度易焊接z向高强度钢板及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水电用调质型大厚度易焊接Z向高强度钢板及其生产方法，属于钢铁冶炼工艺技术领域。技术方案是包含冶炼、连铸、电渣重熔、加热、轧制、轧后水冷、热堆垛、热处理工序，由以下质量百分比的组分熔炼而成，C≤0.18%，Si≤0.60%，Mn≤1.80%，P≤0.012%，S≤0.005%，Ni≤2.00%，Mo≤0.70%，Cr≤1.5%，Cu≤0.5%，Nb≤0.060%，Al≥0.020%，V≤0.12%，Ti≤0.05%，B≤0.004%，N≤0.015%，余量为Fe和不可避免的杂质。本发明具有以下优点：确保钢板具有良好的综合力学性能和焊接性能下，减低成本，增强市场竞争力；满足GB/T 2970的

Description

水电用调质型大厚度易焊接Z向高强度钢板及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种水电用调质型大厚度易焊接Z向高强度钢板及其生产方法，属于钢铁冶炼工艺技术领域。

背景技术

目前，国外额定功率最大的水轮发电机组为700MW，我国已经投运的700MW及以上水轮发电机组达到了近50台，预计还有35台额定功率为700MW及以上的水轮发电机组将在2015年前投产发电，其中最大额定功率的为向家坝水电站的8台800MW水轮发电机组和溪落渡水电站的18台770MW水轮发电机组。巨型水轮发电机组的应用涉及机组及配套设备制造。水电机座环上、下环板用265mm大厚度水电用钢S500级钢板对金属材料质量和性能要求较高，特别是钢材的力学性能、焊接性能及Z向性能等提出了更高的要求，而普通冶炼浇铸手段无法满足需要，尤其是在内部质量上达不到要求；如何能够生产组织致密、钢质洁净、性能均匀、能满足较高的探伤和性能要求的水电用大厚度易焊接高强度钢板，是本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明目的是提供一种水电用调质型大厚度易焊接Z向高强度钢板及其生产方法，提高钢板的厚度、内部质量、焊接性能、抗层状撕裂性能、强度以及低温冲击韧性，解决背景技术中存在的上述问题。

发明的技术方案是：一种水电用大厚度易焊接Z向高强度钢板，由以下质量百分比的组分熔炼而成，C≤0.18%，Si≤0.60%，Mn≤1.80%，P≤0.012%，S≤0.005%，Ni≤2.00%，Mo≤0.70%，Cr≤1.5%，Cu≤0.5%，Nb≤0.060%，Al≥0.020%，V≤0.12%，Ti≤0.05%，B≤0.004%，N≤0.015%，余量为Fe和不可避免的杂质。

所述水电用大厚度易焊接Z向高强度钢板的厚度为265mm。

一种水电用调质型大厚度易焊接Z向高强度钢板的生产方法，包含冶炼、连铸、电渣重熔、加热、轧制、轧后水冷、热堆垛、热处理工序，各工序参数如下：

①冶炼工序：将含有以下质量百分比C≤0.18%，Si≤0.60%，Mn≤1.80%，P≤0.012%，S≤0.005%，Ni≤2.00%，Mo≤0.70%，Cr≤1.5%，Cu≤0.5%，Nb≤0.060%，Al≥0.020%，V≤0.12%，Ti≤0.05%，B≤0.004%，N≤0.015%组分的钢水先经电炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，当钢水温度达到或超过1640±10℃时转入VD炉真空脱气处理，VD前加入CaSi块或Fe-Ca线改变夹杂物形态；

②连铸工序：采用低碳保护渣，铸坯下线堆垛24小时以上，带温清理、转电渣重熔炉制坯；

③电渣重熔工序：电渣炉采用低频供电、双极串联、抬结晶器工艺；为确保钢板表面质量，对电渣锭带温清理，清理温度＞150℃；如果清理后不能及时装炉，应堆垛缓冷；

④加热工序：最高加热温度为1240℃，均热温度为1100-1200℃，总加热时间为24-30h，均热时间≥5h；

⑤轧制工序：采用II型控轧，II阶段开轧温度≤920℃，终轧温度≤880℃；

⑥轧后水冷工序：轧后浇水至返红温度650-680℃；

⑦热堆垛工序：钢板堆垛不搭头、不歪斜，确保板型良好；

⑧热处理工序：淬火工艺 890℃保温，保温2.0min/mm；钢板出炉前提前打开冷却水，水温≤30℃，钢板入水时间≥2.0小时，钢板出水返红温度：≤50℃。

回火温度550～700℃。

所述冶炼工序，真空脱气处理的真空度≤66.6Pa，真空保持时间≥25min；CaSi块或Fe-Ca线的加入量为≥100kg/炉。

所述的连铸工序，浇铸温度为1540-1560℃。

所述电渣重熔工序，电渣炉结晶器厚度分别为640mm、760mm、960mm三种规格，采用与三种规格结晶器相匹配的渣系。

本发明采用碳、锰固溶强化；加入少量的Nb、V细化晶粒，其碳氮化物起到弥散强化作用；通过后续合理的热处理工艺，钢板具有大的厚度和良好的性能。其中，各组分及含量在本发明中的作用是：

C：碳对钢的屈服强度、抗拉强度、焊接性能产生显著影响。碳通过间隙固溶能显著提高强度，与其他元素形成碳化物可起到析出强化的作用，但含碳量过高又会影响钢的焊接性能及韧性，因此对于265mm厚的钢板，将碳含量控制范围设定为C≤0.18%。

Si：硅在炼钢过程中作为还原剂和脱氧剂，同时Si也能起到固溶强化作用，但硅过量时，会造成钢的韧性下降，导致焊缝熔合区脆性，故设定硅含量为Si≤0.60%。

Mn：锰成本低廉，能增加钢的韧性、强度和硬度，提高钢的淬透性，改善钢的热加工性能；锰量过高，容易在大钢锭中心产生偏析，且使钢的共析点碳含量降低，从而增加组织中珠光体的含量，对韧性不利，故设定控制范围为Mn≤1.80%。

P、S：在一般情况下，磷和硫都是钢中有害元素，增加钢的脆性。磷使焊接性能降低，降低塑性，使冷弯性能变差；硫降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。因此，应尽量减少磷和硫在钢中的含量(P≤0.012%，S≤0.005%)。

Al：铝是钢中常用的脱氧剂。钢中加入少量的铝(Al≥0.020%)，可细化晶粒，提高冲击韧性。铝还具有抗氧化性和抗腐蚀性能，过高则影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能。

Nb：含量为Nb≤0.060%，铌的加入是为了促进钢轧制显微组织的晶粒细化，可同时提高强度和韧性，铌可在控轧过程中通过抑制奥氏体再结晶有效的细化显微组织，并析出强化基体。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；铌可降低钢的过热敏感性及回火脆性。

V：Ｖ含量为V≤0.12%。钢中加钒可细化组织晶粒，提高强度和韧性。经过II型控轧后， V的C、N化物析出，强烈提高钢板得强度；钒与碳形成的碳化物，在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力。

Ti：含量为Ti≤0.05%，钛是良好的脱氧剂，钢中加Ti可与C、N元素形成Ti的碳化物、氮化物或碳氮化物，这些化合物具有好的晶粒细化效果。

Cr：铬是碳化物形成的主要元素，增加奥氏体的稳定性，降低临界冷却速度，提高淬透性、回火稳定性和冲击韧性，但加入量较多会降低焊接性，所以其含量控制在Cr≤1.5%。

Mo：钼的碳化物溶于奥氏体，提高钢的强度，提高淬透性，阻止奥氏体长大，提高回火稳定性，消除回火脆性。其含量控制在Mo≤0.70%。

B：硼元素增加淬透性，其效果比铬、锰要高100倍以上，但硼钢易在晶界析出硼化物造成热脆，而且对焊接性造成较大的损害，故将其控制在B≤0.004%。

Cu：铜在钢中能够起到一定的析出强化作用，同时，铜的加入可以明显提高钢的耐腐蚀性，铜含量控制在Cu≤0.5%。

本发明具有以下优点：①本发明的钢碳当量较低，通过调整优化钢板中元素的配比，能在低碳当量条件下确保钢板具有良好的综合力学性能和焊接性能，还能减低成本，增强市场竞争力；②进行超声波法探伤检查，电渣重熔生产大厚度水电用钢板100%满足GB/T 2970的                                                级要求；③钢板的具有良好的综合性能:钢板横向、纵向拉伸、冲击性能基本一致，具有较好的各向同性及Z向性能。④重熔后钢中主要成分变化不大，成分比较均匀。⑤重熔后实现高纯净度，钢板内在组织致密，低倍缺陷控制较低。钢板低倍组织无裂纹、气孔等危害缺陷，其疏松和偏析级别≤1.0级。⑥钢板最大厚度可达到265mm；

具体实施方式

以下通过实施例对本发明做进一步说明。

实施例1

本实施例的水电用调质型可焊接大厚度调质Z向高强度钢板生产方法的步骤如下：

(1) 冶炼：将含有以下重量百分比C：0.16%，Si：0.40%，Mn：1.50%，P：0.011%，S：0.002%，Ni：1.20%，Mo：0.50%，Cr：1.1%，Cu：0.3%，Nb：0.040%，Al：0.030%，V：0.06%，Ti：0.02%，B：0.002%，N≤0.015%组分的钢水先经电炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，当钢水温度达到一定温度时转入VD炉真空脱气处理，VD前加入CaSi块120kg/炉；VD炉的真空度66.0Pa，真空保持时间25min，确保夹杂物、气体的有效排除，保证钢水的纯净；

(2) 连铸：采用低碳保护渣，拉速按0.8m/min控制，铸坯下线堆垛24小时以上，带温清理、转电渣重熔炉制坯；

 (3) 加热：最高加热温度1230℃，均热温度1150℃，总加热时间29小时，均热时间6h；

(4) 轧制：采用II型控轧，II阶段开轧温度920℃，终轧温度870℃。

(5) 轧后水冷：轧后适当浇水至返红温度660℃；

(6) 热堆垛：水冷后及时避风堆垛，堆垛温度650℃，堆垛时间72h；

(7) 热处理：

淬火工艺： 890℃保温，保温2.0min/mm；钢板出炉前提前打开冷却水，水温20℃，钢板入水时间2.0小时，钢板出水返红温度：30℃。

回火：回火温度在680℃，得到成品钢板。

(8) 265mm实施例1成品钢板检验的力学性能结果如表1所示。

表1 实施例1实物性能水平

实施例2

本实施例的水电用调质型可焊接大厚度调质Z向高强度钢板生产方法的步骤如下：

(1) 冶炼：将含有以下重量百分比C：0.15%，Si：0.30%，Mn：1.60%，P：0.010%，S：0.003%，Ni：1.15%，Mo：0.60%，Cr：1.2%，Cu：0.25%，Nb：0.035%，Al：0.033%，V：0.05%，Ti：0.02%，B：0.002%，N≤0.015%组分的钢水先经电炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，当钢水温度达到一定温度时转入VD炉真空脱气处理，VD前加入Fe-Ca线450m ，VD炉的真空度66.4Pa，真空保持时间28min，确保夹杂物、气体的有效排除，保证钢水的纯净；

(2) 连铸：采用低碳保护渣，拉速按0.8m/min控制，铸坯下线堆垛24小时以上，带温清理、转电渣重熔炉制坯；

(3) 加热：最高加热温度1225℃，均热温度1150℃，总加热时间29小时，均热时间6h；

(4) 轧制：采用II型控轧，II阶段开轧温度930℃，终轧温度850℃。

(5) 轧后水冷：轧后适当浇水至返红温度660℃后；

(6) 热堆垛：水冷后及时避风堆垛，堆垛温度650℃，堆垛时间72h；

(7) 热处理：

淬火工艺： 890℃保温，保温2.0min/mm；钢板出炉前提前打开冷却水，水温20℃，钢板入水时间2.0小时，钢板出水返红温度：25℃。

回火：回火温度在680℃，得到成品钢板。

(8) 260mm实施例2成品钢板检验的力学性能结果如表2所示。

表2 实施例2实物性能水平

实施例3

本实施例的水电用调质型可焊接大厚度调质Z向高强度钢板生产方法的步骤如下：

(1) 冶炼：将含有以下重量百分比C：0.14%，Si：0.30%，Mn：1.70%，P：0.011%，S：0.003%，Ni：1.25%，Mo：0.50%，Cr：1.12%，Cu：0.25%，Nb：0.031%，Al：0.036%，V：0.04%，Ti：0.02%，B：0.0018%，N≤0.015%组分的钢水先经电炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，当钢水温度达到一定温度时转入VD炉真空脱气处理，VD前加入Fe-Ca线440m ，VD炉的真空度66.0Pa，真空保持时间27min，确保夹杂物、气体的有效排除，保证钢水的纯净；

(2) 连铸：采用低碳保护渣，拉速按0.8m/min控制，铸坯下线堆垛24小时以上，带温清理、转电渣重熔炉制坯；

(3) 加热：最高加热温度1240℃，均热温度1150℃，总加热时间30小时，均热时间6h；

(4) 轧制：采用II型控轧，II阶段开轧温度920℃，终轧温度860℃。

(5) 轧后水冷：轧后适当浇水至返红温度660℃后；

(6) 热堆垛：水冷后及时避风堆垛，堆垛温度650℃，堆垛时间72h；

(7) 热处理：

淬火工艺： 890℃保温，保温2.0min/mm；钢板出炉前提前打开冷却水，水温20℃，钢板入水时间2.0小时，钢板出水返红温度：25℃。

回火：回火温度在680℃，得到成品钢板。

 (8) 260mm实施例3成品钢板检验的力学性能结果如表3所示。

表3 实施例3实物性能水平

Claims (8)

1.一种水电用调质型大厚度易焊接Z向高强度钢板，其特征在于,厚度为265mm，由以下质量百分比的组分熔炼而成,C：0.16%，Si：0.40%，Mn：1.50%，P：0.011%，S：0.002%，Ni：1.20%，Mo：0.50%，Cr：1.1%，Cu：0.3%，Nb：0.040%，Al：0.030%，V：0.06%，Ti：0.02%，B：0.002%，N≤0.015%，余量为Fe和不可避免的杂质。

2.一种水电用调质型大厚度易焊接Z向高强度钢板，其特征在于,厚度为265mm，由以下质量百分比的组分熔炼而成, C：0.15%，Si：0.30%，Mn：1.60%，P：0.010%，S：0.003%，Ni：1.15%，Mo：0.60%，Cr：1.2%，Cu：0.25%，Nb：0.035%，Al：0.033%，V：0.05%，Ti：0.02%，B：0.002%，N≤0.015%，余量为Fe和不可避免的杂质。

3.一种水电用调质型大厚度易焊接Z向高强度钢板，其特征在于,厚度为265mm，由以下质量百分比的组分熔炼而成, C：0.14%，Si：0.30%，Mn：1.70%，P：0.011%，S：0.003%，Ni：1.25%，Mo：0.50%，Cr：1.12%，Cu：0.25%，Nb：0.031%，Al：0.036%，V：0.04%，Ti：0.02%，B：0.0018%，N≤0.015%，余量为Fe和不可避免的杂质。

4.一种水电用调质型大厚度易焊接Z向高强度钢板的生产方法,其特征在于包含冶炼、连铸、电渣重熔、加热、轧制、轧后水冷、热堆垛、热处理工序，各工序参数如下：

①冶炼工序：将含有以下质量百分比C≤0.18%，Si≤0.60%，Mn≤1.80%，P≤0.012%，S≤0.005%，Ni≤2.00%，Mo≤0.70%，Cr≤1.5%，Cu≤0.5%，Nb≤0.060%，Al≥0.020%，V≤0.12%，Ti≤0.05%，B≤0.004%，N≤0.015%组分的钢水先经电炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，当钢水温度达到或超过1640±10℃时转入VD炉真空脱气处理，VD前加入CaSi块或Fe-Ca线改变夹杂物形态；

②连铸工序：采用低碳保护渣，铸坯下线堆垛24小时以上，带温清理、转电渣重熔炉制坯；

③电渣重熔工序：电渣炉采用低频供电、双极串联、抬结晶器工艺；为确保钢板表面质量，对电渣锭带温清理，清理温度＞150℃；如果清理后不能及时装炉，应堆垛缓冷；

④加热工序：最高加热温度为1240℃，均热温度为1100-1200℃，总加热时间为24-30h，均热时间≥5h；

⑤轧制工序：采用II型控轧，II阶段开轧温度≤920℃，终轧温度≤880℃；

⑥轧后水冷工序：轧后浇水至返红温度650-680℃；

⑦热堆垛工序：钢板堆垛不搭头、不歪斜，确保板型良好；

⑧热处理工序：淬火工艺 890℃保温，保温2.0min/mm；钢板出炉前提前打开冷却水，水温≤30℃，钢板入水时间≥2.0小时，钢板出水返红温度：≤50℃；

回火温度550～700℃。

5.根据权利要求4所述的一种水电用大厚度易焊接Z向高强度钢板的生产方法,其特征在于：所述冶炼工序，真空脱气处理的真空度≤66.6Pa，真空保持时间≥25min；CaSi块或Fe-Ca线的加入量为≥100kg/炉；所述的连铸工序，浇铸温度为1540-1560℃；所述电渣重熔工序，电渣炉结晶器厚度分别为640mm、760mm、960mm三种规格，采用与三种规格结晶器相匹配的渣系。

6.根据权利要求1所述的一种水电用大厚度易焊接Z向高强度钢板的生产方法,其特征在于，按如下步骤进行：

(1) 冶炼：将含有以下重量百分比C：0.16%，Si：0.40%，Mn：1.50%，P：0.011%，S：0.002%，Ni：1.20%，Mo：0.50%，Cr：1.1%，Cu：0.3%，Nb：0.040%，Al：0.030%，V：0.06%，Ti：0.02%，B：0.002%，N≤0.015%组分的钢水先经电炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，当钢水温度达到一定温度时转入VD炉真空脱气处理，VD前加入CaSi块120kg/炉；VD炉的真空度66.0Pa，真空保持时间25min，确保夹杂物、气体的有效排除，保证钢水的纯净；

(2) 连铸：采用低碳保护渣，拉速按0.8m/min控制，铸坯下线堆垛24小时以上，带温清理、转电渣重熔炉制坯；

(3) 加热：最高加热温度1230℃，均热温度1150℃，总加热时间29小时，均热时间6h；

(4) 轧制：采用II型控轧，II阶段开轧温度920℃，终轧温度870℃；

(5) 轧后水冷：轧后适当浇水至返红温度660℃；

(6) 热堆垛：水冷后及时避风堆垛，堆垛温度650℃，堆垛时间72h；

(7) 热处理：淬火工艺： 890℃保温，保温2.0min/mm；钢板出炉前提前打开冷却水，水温20℃，钢板入水时间2.0小时，钢板出水返红温度：30℃；回火：回火温度在680℃，得到成品钢板。

7.根据权利要求5所述的一种水电用大厚度易焊接Z向高强度钢板的生产方法,其特征在于，按如下步骤进行：

(1) 冶炼：将含有以下重量百分比C：0.15%，Si：0.30%，Mn：1.60%，P：0.010%，S：0.003%，Ni：1.15%，Mo：0.60%，Cr：1.2%，Cu：0.25%，Nb：0.035%，Al：0.033%，V：0.05%，Ti：0.02%，B：0.002%，N≤0.015%组分的钢水先经电炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，当钢水温度达到一定温度时转入VD炉真空脱气处理，VD前加入Fe-Ca线450m ，VD炉的真空度66.4Pa，真空保持时间28min，确保夹杂物、气体的有效排除，保证钢水的纯净；

(2) 连铸：采用低碳保护渣，拉速按0.8m/min控制，铸坯下线堆垛24小时以上，带温清理、转电渣重熔炉制坯；

(3) 加热：最高加热温度1225℃，均热温度1150℃，总加热时间29小时，均热时间6h；

(4) 轧制：采用II型控轧，II阶段开轧温度930℃，终轧温度850℃；

(5) 轧后水冷：轧后适当浇水至返红温度660℃后；

(6) 热堆垛：水冷后及时避风堆垛，堆垛温度650℃，堆垛时间72h；

(7) 热处理：淬火工艺： 890℃保温，保温2.0min/mm；钢板出炉前提前打开冷却水，水温20℃，钢板入水时间2.0小时，钢板出水返红温度：25℃；回火：回火温度在680℃，得到成品钢板。

8.根据权利要求3所述的一种水电用大厚度易焊接Z向高强度钢板的生产方法,其特征在于，按如下步骤进行：

(1) 冶炼：将含有以下重量百分比C：0.14%，Si：0.30%，Mn：1.70%，P：0.011%，S：0.003%，Ni：1.25%，Mo：0.50%，Cr：1.12%，Cu：0.25%，Nb：0.031%，Al：0.036%，V：0.04%，Ti：0.02%，B：0.0018%，N≤0.015%组分的钢水先经电炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，当钢水温度达到一定温度时转入VD炉真空脱气处理，VD前加入Fe-Ca线440m ，VD炉的真空度66.0Pa，真空保持时间27min，确保夹杂物、气体的有效排除，保证钢水的纯净；

(2) 连铸：采用低碳保护渣，拉速按0.8m/min控制，铸坯下线堆垛24小时以上，带温清理、转电渣重熔炉制坯；

(3) 加热：最高加热温度1240℃，均热温度1150℃，总加热时间30小时，均热时间6h；

(4) 轧制：采用II型控轧，II阶段开轧温度920℃，终轧温度860℃；

(5) 轧后水冷：轧后适当浇水至返红温度660℃后；

(6) 热堆垛：水冷后及时避风堆垛，堆垛温度650℃，堆垛时间72h；

(7) 热处理：淬火工艺： 890℃保温，保温2.0min/mm；钢板出炉前提前打开冷却水，水温20℃，钢板入水时间2.0小时，钢板出水返红温度：25℃；回火：回火温度在680℃，得到成品钢板。