CN103484766A - 一种600MPa级水电工程用调质高强度低焊接裂纹敏感性钢板及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于钢板生产的技术领域，具体的涉及一种600MPa级水电工程用调质高强度低焊接裂纹敏感性钢板及其制备方法。该钢板由以下质量百分比的组分制备而成：C0.07～0.09%，Si0.20～0.40%，Mn1.50～1.60%，P≤0.015%，S≤0.005%，Mo0.12～0.25%，Nb0.027～0.050%，Ni0.15～0.30%，V0.035～0.060%，Ti0.010～0.020%，Alt0.020～0.050%，其余为Fe及不可避免的杂质，并控制碳当量CE≤0.42%，焊接裂纹敏感性指数Pcm≤0.20%；同时该发明还公开了该钢板的生产制备方法。该发明钢板具有强度高、焊接及低温韧性优良等特点，且其制备方法节能环保、成本低廉，是水电站承压钢管、岔管及水轮机蜗壳等的理想用材。

Description

一种600MPa级水电工程用调质高强度低焊接裂纹敏感性钢板及其制备方法

技术领域

本发明属于钢板生产的技术领域，具体涉及一种600MPa级水电工程用调质高强度低焊接裂纹敏感性钢板及其制备方法。

背景技术

水电用钢板主要用于引水压力钢管、岔管及蜗壳的制造，作为水电站作业的重要部件，其工作时承受着较大的水压头，压力钢管、岔管及蜗壳属中低温压力容器范畴，对材料、设计方法和焊接工艺等有不同于一般水工建筑物的特殊要求，钢板的性能一般要求符合压力容器用钢板的相关标准要求。国内水电站原先一般采用500MPa级别的Q345R（16MnR）和Q370R(15MnNbR)钢板，个别使用美标的A537CL1或日标的SPV355。随着水电站参数的提高和高水头抽水蓄能电站的建设，500MPa级别钢板已不能满足水电站的建设需求，抗拉强度为600MPa级的调质钢板开始投入应用。

600MPa级水电钢板主要采用低焊接裂纹敏感性钢板，以保证钢板优良的焊接性能。即钢板既要具有较高的强度、韧性指标，又要满足较低Pcm和CE的要求。

水电用600MPa级钢板一般要求调质状态交货。苛刻的Pcm和CE关系到钢中常用的所有主要元素的设计，因此为保证钢的力学性能和焊接性能，对钢中的C、Si、Mn和合金元素控制区间要求很窄，轧钢和热处理的工艺控制窗口也很窄，生产的技术难度较大。

通常600MPa级水电钢板要求屈服强度达到490MPa以上，抗拉强度要求610～730MPa，延长率≥17%，横向冲击KV2≥47J（试验温度-20～-40℃），180°d=3a冷弯合格，厚度规格通常为10～75mm。

发明内容

本发明的目的在于针对上述存在的缺陷而提供一种600MPa级水电工程用调质高强度低焊接裂纹敏感性钢板及其制备方法，

本发明的技术方案为：一种600MPa级水电工程用调质高强度低焊接裂纹敏感性钢板，由以下质量百分比的组分制备而成：C 0.07～0.09%，Si 0.20～0.40%，Mn 1.50～1.60%，P≤0.015%，S≤0.005%， Mo 0.12～0.25%，Nb 0.027～0.050%，Ni 0.15～0.30%，V 0.035～0.060%，Ti 0.010～0.020%，Alt 0.020～0.050%，其余为Fe及不可避免的杂质。

所述钢板厚度为16～40mm。

所述钢板的制备方法，包括以下步骤：

（1）冶炼：原料经过铁水KR预处理脱硫，转炉冶炼，钢包吹氩后再送入LF精炼炉精炼；然后在RH精炼炉中进行真空脱气处理，处理时保真空时间至少15分钟，处理结束后利用喂线机喂入钙铁线进行Ca处理，喂线后对钢水进行软吹氩弱搅拌，弱搅拌时间至少为15分钟，软吹氩气流量为80～150L/min；处理后的钢水熔炼成分保证P、S的质量百分比分别为P≤0.012%，S≤0.003%；

（2）浇铸：RH精炼炉处理后的钢水用连铸机进行浇铸，浇铸过程中连铸机采用凝固末端智能轻压下工艺，连铸坯切割后立即下线缓冷至300℃以下，缓冷时间至少72小时，得到铸坯，采用的成分设计按质量百分比分别为：C 0.07～0.09%，Si 0.20～0.40%，Mn 1.50～1.60%，P≤0.015%，S≤0.005%， Mo 0.12～0.25%，Nb 0.027～0.050%，Ni 0.15～0.30%，V 0.035～0.060%，Ti 0.010～0.020%，Alt 0.020～0.050%，其余为Fe及不可避免的杂质；并控制CE≤0.42%，Pcm≤0.20%。；

（3）加热：铸坯在炉加热时间系数为0.9～1.2min/mm；钢坯的出炉温度为1120～1180℃；

（4）轧制：在轧制过程中，轧制采用粗、精轧分阶段轧制，粗轧机开轧温度为1100～1150℃，采用低速大压下轧制工艺，保证16～40mm规格的中间坯厚度不小于成品厚度的2.5倍，钢板精轧控制终轧温度为870～890℃；

（5）热处理：钢板轧制后采用在线淬火加回火处理工艺；在线淬火处理的开冷温度为840～870℃，终冷温度至150℃以下，冷速控制在12～25℃/s，并保证冷却均匀；回火处理的温度控制在615～625℃，回火时间控制在2.0min/mm，钢板出炉后空冷至室温。

所述步骤（1）中转炉冶炼采用210t顶底复吹转炉。

所述步骤（2）中采用250mm×2200mm断面直弧形板坯连铸机进行浇铸。

所述步骤（2）中所述连铸坯的厚度为250mm。 

所述步骤（2）中所述连铸坯下线后立即入缓冷坑或缓冷罩进行缓冷。

所述步骤（5）中采用MULPIC水冷设备对钢板进行在线淬火处理。

本发明的有益效果为：本发明所述钢板Pcm≤0.20%，CE≤0.42%，使钢板具有优良的焊接性能，实际力学性能达到屈服强度≥504MPa，抗拉强度630～720MPa（平均值680MPa），伸长率≥17.5，-20℃横向冲击功达到237J以上（-40℃达到154J以上），180°d=3a冷弯合格，钢板各项指标完全符合水电工程用钢要求，其使用的安全性、可靠性大大增加。

为使得上述钢板达到所述性能，冶炼时严格控制钢中P、S等有害元素含量，竭力提高钢水洁净度，连铸浇铸出的合格原料坯经过缓冷坑或缓冷罩缓冷后加热，通过合理的控轧和调质（在线淬火加回火）热处理工艺，得到具有可焊性较强的高强高韧性水电工程用钢板。主要工艺路线如下：KR铁水预处理—转炉冶炼—钢包吹氩—LF精炼—真空处理—连铸—铸坯缓冷—加热—粗轧—精轧—调质（在线淬火加回火）热处理。

所述钢板的制备方法首先将原料铁水需经KR深脱硫，转炉顶底复吹冶炼，钢包吹氩，

LF精炼，RH真空处理及板坯连铸工艺得到成分、表面质量和内部质量合格的原料钢坯。其中钢水RH真空精炼处理过程中，要求保真空时间至少15min，真空处理后喂钙铁线进行钙处理，处理结束后保证软吹氩弱搅拌时间至少15min，处理后的钢水熔炼成分保证P、S的质量百分比分别为P≤0.012%，S≤0.003%，这样大大提高了洁净度；连铸坯从连铸机下线后经过缓冷坑或缓冷罩缓冷至300℃以下，时间至少达到72小时方可送轧，使得连铸坯内部充分析氢，提高钢板探伤合格率和钢板表面质量。

钢板轧后采用在线调质（在线淬火加回火）热处理工艺，利用在线淬火加回火处理工艺进一步保障了钢板的性能，即利用现有的成分设计即可满足钢板的性能要求，大大节省了冶炼的合金用量，不仅改善了钢板的性能，而且与离线调质热处理相比更加节能环保，降低了生产成本。

综上所述易知：（1）本发明的600MPa级水电钢板可焊性能优良，利于现场施工生产；（2）钢板强度富余量适中，且韧塑性良好，提高了材料使用的安全性、可靠性；（3）该钢板钢质纯净，P、S等有害元素含量低；（4）采用在线淬火加回火的热处理工艺改善了钢板性能，大大节约了生产成本。所述钢板的制备方法各步骤以及工艺参数进行有机结合，作为一个整体协同配合，通过纯净钢质、优化控温轧制及独特的热处理工艺，得到理想的回火索氏体加贝氏体组织，其晶粒均匀细小，以保证钢板较高的强度和良好的低温韧性。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明进行详细的描述。

实施例1

一种600MPa级水电工程用调质高强度低焊接裂纹敏感性钢板，由以下质量百分比的组分制备而成：C 0.07%，Si 0.28%，Mn 1.52%，P 0.012%，S 0.003%， Mo 0.15%，Nb 0.035%，Ni 0.18%，V 0.050%，Ti 0.012%，Alt 0.032%，其余为Fe及不可避免的杂质。

所述钢板厚度为24mm。

所述钢板的制备方法，包括以下步骤：

（1）冶炼：原料经过铁水KR预处理脱硫，采用210t顶底复吹转炉进行转炉冶炼，钢包吹氩后再送入LF精炼炉精炼；然后在RH精炼炉中进行真空脱气处理，以降低氧气、氮气和氢气含量，并进一步均匀成分，处理时保真空时间17分钟，处理结束后利用喂线机喂入钙铁线2m/t进行Ca处理，喂线后对钢水进行软吹氩弱搅拌，弱搅拌时间为20分钟，软吹氩气流量为80～150L/min， 以钢液微微波动为准，流量不宜过大；处理后的钢水熔炼成分保证P、S的质量百分比分别为P≤0.012%，S≤0.003%。

（2）浇铸：RH精炼炉处理后的钢水采用250mm×2200mm断面直弧形板坯连铸机进行浇铸，浇铸过程中连铸机采用凝固末端智能轻压下工艺，连铸坯切割后立即下线送至缓冷坑或缓冷罩进行缓冷至260℃，缓冷时间72小时，得到铸坯。

（3）加热：铸坯在炉时间4小时，钢坯的出炉温度为1150℃。

（4）轧制：在轧制过程中，轧制采用粗、精轧分阶段轧制，粗轧机开轧温度为1100～1150℃，采用低速大压下轧制工艺，轧制中间坯厚度为100mm，钢板精轧控制终轧温度为880℃。

（5） 热处理：钢板轧制后采用在线淬火加回火处理工艺；采用MULPIC水冷设备对钢板进行在线淬火处理，淬火处理的开冷温度为870℃，终冷温度至140℃，冷速控制在21℃/s，并保证冷却均匀；回火处理温度为621℃，回火炉内时间为48min，钢板出炉后空冷至室温。

本实施例所述钢板CE%为0.39%，Pcm为0.18%。

本实施例所述钢板常规力学性能如下：屈服强度为593MPa；抗拉强度为666MPa；伸长率为21%；弯曲b=2a，180°d=3a冷弯合格。钢板的强度和伸长率富余量适中，完全满足水电工程使用要求。

本实施例所述钢板低温冲击性能如下：-20℃横向冲击功达到250J； -40℃横向冲击

功达到187J。低温冲击性能远优于该级别水电钢板的使用要求，大大提高了该钢板使用的安全性、可靠性。

本实施例所述钢板晶粒度为10级, 晶粒度级别达到9.0级以上水平，保障了钢板高强度、高韧性的使用要求。

实施例2

一种600MPa级水电工程用调质高强度低焊接裂纹敏感性钢板，由以下质量百分比的组分制备而成：C 0.07%，Si 0.30%，Mn  1.55%，P  0.011%，S  0.003%，Mo  0.19%，Nb  0.030%，Ni  0.17%，V 0.040%，Ti 0.011%，Alt  0.032%，其余为Fe及不可避免的杂质。

所述钢板厚度为28mm。

所述钢板的制备方法，包括以下步骤：

（1）冶炼：原料经过铁水KR预处理脱硫，采用210t顶底复吹转炉进行转炉冶炼，钢包吹氩后再送入LF精炼炉精炼；然后在RH精炼炉中进行真空脱气处理，以降低氧气、氮气和氢气含量，并进一步均匀成分，处理时保真空时间15分钟，处理结束后利用喂线机喂入钙铁线2m/t进行Ca处理，喂线后对钢水进行软吹氩弱搅拌，弱搅拌时间为20分钟，软吹氩气流量为80～150L/min，以钢液微微波动为准，流量不宜过大；处理后的钢水熔炼成分保证P、S的质量百分比分别为P≤0.012%，S≤0.003%。

（2）浇铸：RH精炼炉处理后的钢水采用250mm×2200mm断面直弧形板坯连铸机进行浇铸，浇铸过程中连铸机采用凝固末端智能轻压下工艺，连铸坯切割后立即下线送至缓冷坑或缓冷罩进行缓冷至260℃，缓冷时间72小时，得到铸坯。

（3） 加热：铸坯在炉时间4.5小时，钢坯的出炉温度为1180℃。

（4） 轧制：在轧制过程中，轧制采用粗、精轧分阶段轧制，粗轧机开轧温度为1100～1150℃，采用低速大压下轧制工艺，轧制中间坯厚度为100mm，钢板精轧控制终轧温度为880℃。

（5）热处理：钢板轧制后采用在线淬火加回火处理工艺；采用MULPIC水冷设备对钢板进行在线淬火处理，淬火处理的开冷温度为870℃，终冷温度至140℃，冷速控制在21℃/s，并保证冷却均匀；回火处理温度为621℃，回火炉内时间为56min，钢板出炉后空冷至室温。

本实施例所述钢板CE%为0.41%，Pcm为0.18%。

本实施例所述钢板常规力学性能如下：屈服强度为576MPa；抗拉强度为664MPa；伸长率为22%；弯曲b=2a，180°d=3a冷弯合格。钢板的强度和伸长率富余量适中，完全满足水电工程使用要求。

本实施例所述钢板低温冲击性能如下：-20℃横向冲击功达到239J； -40℃横向冲击

功达到175J。低温冲击性能远优于该级别水电钢板的使用要求，大大提高了该钢板使用的安全性、可靠性。

本实施例所述钢板晶粒度为9.5级, 晶粒度级别达到9.0级以上水平，保障了钢板高强度、高韧性的使用要求。

实施例3

一种600MPa级水电工程用调质高强度低焊接裂纹敏感性钢板，由以下质量百分比的组分制备而成：C 0.08%，Si 0.30%，Mn  1.55%，P  0.011%，S  0.002%，Mo  0.15%，Nb  0.030%，Ni  0.18%，V 0.040%，Ti 0.015%，Alt  0.030%，其余为Fe及不可避免的杂质。

所述钢板厚度为34mm。

所述钢板的制备方法，包括以下步骤：

（1）冶炼：原料经过铁水KR预处理脱硫，采用210t顶底复吹转炉进行转炉冶炼，钢包吹氩后再送入LF精炼炉精炼；然后在RH精炼炉中进行真空脱气处理，以降低氧气、氮气和氢气含量，并进一步均匀成分，处理时保真空时间15分钟，处理结束后利用喂线机喂入钙铁线2m/t进行Ca处理，喂线后对钢水进行软吹氩弱搅拌，弱搅拌时间为20分钟，软吹氩气流量为80～150L/min，以钢液微微波动为准，流量不宜过大；处理后的钢水熔炼成分保证P、S的质量百分比分别为P≤0.012%，S≤0.003%。

（2）浇铸：RH精炼炉处理后的钢水采用250mm×2200mm断面直弧形板坯连铸机进行浇铸，浇铸过程中连铸机采用凝固末端智能轻压下工艺，连铸坯切割后立即下线送至缓冷坑或缓冷罩进行缓冷至240℃，缓冷时间72小时，得到铸坯。

（3）加热：铸坯在炉时间4.5小时，钢坯的出炉温度为1180℃。

（4） 轧制：在轧制过程中，轧制采用粗、精轧分阶段轧制，粗轧机开轧温度为1100～1150℃，采用低速大压下轧制工艺，轧制中间坯厚度为105mm，钢板精轧控制终轧温度为890℃。

（5）热处理：钢板轧制后采用在线淬火加回火处理工艺；采用MULPIC水冷设备对钢板进行在线淬火处理，淬火处理的开冷温度为860℃，终冷温度至150℃，冷速控制在14℃/s，并保证冷却均匀；回火处理温度为620℃，回火炉内时间为68min，钢板出炉后空冷至室温。

本实施例所述钢板CE%为0.40%，Pcm为0.19%。

本实施例所述钢板常规力学性能如下：屈服强度为556MPa；抗拉强度为656MPa；伸长率为25%；弯曲b=2a，180°d=3a冷弯合格。钢板的强度和伸长率富余量适中，完全满足水电工程使用要求。

本实施例所述钢板低温冲击性能如下：-20℃横向冲击功达到245J； -40℃横向冲击

功达到165J。低温冲击性能远优于该级别水电钢板的使用要求，大大提高了该钢板使用的安全性、可靠性。

本实施例所述钢板晶粒度为9.5级, 晶粒度级别达到9.0级以上水平，保障了钢板高强度、高韧性的使用要求。

实施例4

一种600MPa级水电工程用调质高强度低焊接裂纹敏感性钢板，由以下质量百分比的组分制备而成：C 0.09%，Si 0.22%，Mn  1.54%，P  0.012%，S  0.001%，Mo  0.20%，Nb  0.040%，Ni  0.22%，V 0.052%，Ti 0.011%，Alt  0.037%，其余为Fe及不可避免的杂质。

所述钢板厚度为38mm。

所述钢板的制备方法，包括以下步骤：

（1）冶炼：原料经过铁水KR预处理脱硫，采用210t顶底复吹转炉进行转炉冶炼，钢包吹氩后再送入LF精炼炉精炼；然后在RH精炼炉中进行真空脱气处理，以降低氧气、氮气和氢气含量，并进一步均匀成分，处理时保真空时间15分钟，处理结束后利用喂线机喂入钙铁线2m/t进行Ca处理，喂线后对钢水进行软吹氩弱搅拌，弱搅拌时间为20分钟，软吹氩气流量为80～150L/min，以钢液微微波动为准，流量不宜过大；处理后的钢水熔炼成分保证P、S的质量百分比分别为P≤0.012%，S≤0.003%。

（2）浇铸：RH精炼炉处理后的钢水采用250mm×2200mm断面直弧形板坯连铸机进行浇铸，浇铸过程中连铸机采用凝固末端智能轻压下工艺，连铸坯切割后立即下线送至缓冷坑或缓冷罩进行缓冷至250℃，缓冷时间72小时，得到铸坯。

（3）加热：铸坯在炉时间4.5小时，钢坯的出炉温度为1180℃。

（4） 轧制：在轧制过程中，轧制采用粗、精轧分阶段轧制，粗轧机开轧温度为1100～1150℃，采用低速大压下轧制工艺，轧制中间坯厚度为110mm，钢板精轧控制终轧温度为890℃。

（5）热处理：钢板轧制后采用在线淬火加回火处理工艺；采用MULPIC水冷设备对钢板进行在线淬火处理，淬火处理的开冷温度为860℃，终冷温度至150℃，冷速控制在12℃/s，并保证冷却均匀；回火处理温度为620℃，回火炉内时间为76min，钢板出炉后空冷至室温。

本实施例所述钢板CE%为0.42%，Pcm为0.20%。

本实施例所述钢板常规力学性能如下：屈服强度为557MPa；抗拉强度为637Mpa；伸长率为21%；弯曲b=2a，180°d=3a冷弯合格。钢板的强度和伸长率富余量适中，完全满足水电工程使用要求。

本实施例所述钢板低温冲击性能如下：-20℃横向冲击功达到240J； -40℃横向冲击

功达到155J。低温冲击性能远优于该级别水电钢板的使用要求，大大提高了该钢板使用的安全性、可靠性。

本实施例所述钢板晶粒度为9.0级, 晶粒度级别达到9.0级以上水平，保障了钢板高强度、高韧性的使用要求。

Claims (8)

1.一种600MPa级水电工程用调质高强度低焊接裂纹敏感性钢板，其特征在于，由以下质量百分比的组分制备而成：C 0.07～0.09%，Si 0.20～0.40%，Mn 1.50～1.60%，P≤0.015%，S≤0.005%， Mo 0.12～0.25%，Nb 0.027～0.050%，Ni 0.15～0.30%，V 0.035～0.060%，Ti 0.010～0.020%，Alt 0.020～0.050%，其余为Fe及不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述600MPa级水电工程用调质高强度低焊接裂纹敏感性钢板，其特征在于，所述钢板厚度为16～40mm。

3.一种权利要求1所述钢板的制备方法，包括以下步骤：

（1）冶炼：原料经过铁水KR预处理脱硫，转炉冶炼，钢包吹氩后再送入LF精炼炉精炼；然后在RH精炼炉中进行真空脱气处理，处理时保真空时间至少15分钟，处理结束后利用喂线机喂入钙铁线进行Ca处理，喂线后对钢水进行软吹氩弱搅拌，弱搅拌时间至少为15分钟，软吹氩气流量为80～150L/min；处理后的钢水熔炼成分保证P、S的质量百分比分别为P≤0.012%，S≤0.003%；

（2）浇铸：RH精炼炉处理后的钢水用连铸机进行浇铸，浇铸过程中连铸机采用凝固末端智能轻压下工艺，连铸坯切割后立即下线缓冷至300℃以下，缓冷时间至少72小时，得到铸坯，采用的成分设计按质量百分比分别为：C 0.07～0.09%，Si 0.20～0.40%，Mn 1.50～1.60%，P≤0.015%，S≤0.005%， Mo 0.12～0.25%，Nb 0.027～0.050%，Ni 0.15～0.30%，V 0.035～0.060%，Ti 0.010～0.020%，Alt 0.020～0.050%，其余为Fe及不可避免的杂质；并控制CE≤0.42%，Pcm≤0.20%；

（3）加热：铸坯在炉加热时间系数为0.9～1.2min/mm；钢坯的出炉温度为1120～1180℃；

（4）轧制：在轧制过程中，轧制采用粗、精轧分阶段轧制，粗轧机开轧温度为1100～1150℃，采用低速大压下轧制工艺，保证16～40mm规格的中间坯厚度不小于成品厚度的2.5倍，钢板精轧控制终轧温度为870～890℃；

（5）热处理：钢板轧制后采用在线淬火加回火处理工艺；在线淬火处理的开冷温度为840～870℃，终冷温度至150℃以下，冷速控制在12～25℃/s，并保证冷却均匀；回火处理的温度控制在615～625℃，回火时间控制在2.0min/mm，钢板出炉后空冷至室温。

4.根据权利要求3所述钢板的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中转炉冶炼采用210t顶底复吹转炉。

5.根据权利要求3所述钢板的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中采用250mm×2200mm断面直弧形板坯连铸机进行浇铸。

6.根据权利要求5所述钢板的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中所述连铸坯的厚度为250mm。

7.根据权利要求3所述钢板的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中所述连铸坯下线后立即入缓冷坑或缓冷罩进行缓冷。

8.根据权利要求3所述钢板的制备方法，其特征在于，所述步骤（5）中采用MULPIC水冷设备对钢板进行在线淬火处理。