CN103741024B

CN103741024B - 低成本高性能风电用钢板及其生产方法

Info

Publication number: CN103741024B
Application number: CN201410026055.XA
Authority: CN
Inventors: 王月香; 周平; 王建景; 李新东; 黄少文
Original assignee: Laiwu Iron and Steel Group Co Ltd
Current assignee: Laiwu Steel Group Yinshan Section Steel Co Ltd
Priority date: 2014-01-21
Filing date: 2014-01-21
Publication date: 2016-04-20
Anticipated expiration: 2034-01-21
Also published as: CN103741024A

Abstract

本发明公开了一种属于微合金钢生产技术领域的低成本高性能风电用钢板及其生产工艺方法。该钢板的成分按质量百分比为：C：0.06～0.10%，Si：0.20～0.35%，Mn：1.27～1.40%，P≤0.015%，S≤0.005%，Nb：0.015%～0.030%，Als：0.020～0.040%，其余为Fe和不可避免的杂质。其生产方法包括转炉冶炼步骤、LF精炼步骤、RH真空处理步骤、板坯连铸步骤、板坯加热步骤、轧制步骤以及冷却步骤。本发明钢板的疲劳性能均在300MPa以上；-50℃冲击功均在300J以上；CEV控制在0.32%以下，为钢板良好的焊接性能提供保证。

Description

低成本高性能风电用钢板及其生产方法

技术领域

本发明属于微合金钢生产技术领域，涉及一种低成本高性能风电用钢板及其生产方法，其可以为风电行业的快速发展提供技术支撑。

背景技术

随着世界风力发电技术的快速发展，风电机组朝着大型化、高效率的方向发展。风电机组单机容量持续增大的趋势带来了风电塔架的高度、重量以及所受风载的增大，进而带来塔架所承受疲劳载荷的增加。塔架的疲劳性能和断裂性能直接影响风力发电机的工作性能和可靠性。所以，风电机组单机容量的增加和塔架的增高需要风电用钢有更高的疲劳性能、断裂韧性风电用钢及焊接性能实现技术支撑。

目前现有技术中，比如公开号为CN101824525A的专利公开了“一种热轧钢板生产方法”，公开号为CN102151696A的专利公开了“一种Q345钢板的控温轧制方法”。以上两种方法生产的Q345系列低合金高强度热轧钢板均属于我国目前传统的风电用钢，其不能满足未来风电塔筒用钢对疲劳性能的要求，且其低温冲击韧性和焊接性能指标CEV也相对较差。

另外，公开号为CN102433495A的专利公开了“一种稀土处理的耐蚀风电用钢板”，由内蒙古包钢钢联股份有限公司申请，该专利涉及钢板合金成分中稀土元素的加入势必会使其成本增加；该专利采用钢锭作为原料完成的钢板轧制不仅会使钢板成材率低，而且生产周期较长；所产钢板的低温冲击级别及冲击功数值均相对较差，而且也不能满足未来风电塔筒用钢板对一个重要性能指标-疲劳性能的要求。

发明内容

基于现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种低成本高性能风电用钢板及其生产方法，该钢种成本相对低廉，工艺简单易于操作，非常适合连续化大生产，其钢板综合性能良好，且具有满足现在及未来风电行业需要的优异的疲劳性能、低温冲击韧性和焊接性能。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种低成本高性能风电用钢板，该钢板按质量百分比由以下化学成分组成：

C：0.06～0.10%，Si：0.20～0.35%，Mn：1.27～1.40%，P≤0.015%，S≤0.005%，Nb：0.015%～0.030%，Als：0.020～0.040%，其余为Fe和不可避免的杂质。

在上述低成本高性能风电用钢板中，作为一种优选实施方式，该钢板按质量百分比由以下化学成分组成：C：0.07～0.08%，Si：0.25～0.3%，Mn：1.30～1.35%，P≤0.015%，S≤0.005%，Nb：0.021%～0.030%，Al：0.030～0.040%，其余为Fe和不可避免的杂质。

在上述低成本高性能风电用钢板中，作为一种优选实施方式，所述Mn与Si的浓度比为4.5～5.0，即[Mn]/[Si]控制在4.5～5.0（比如控制在4.6、4.7、4.8或4.9），这样可以最大程度的减少带状组织的出现。钢板中的带状组织主要是由于连铸坯在浇注凝固过程中Mn、Si等合金元素偏析造成的，合理设计[Mn]/[Si]比可以最大程度地减少带状组织。

在上述低成本高性能风电用钢板中，作为一种优选实施方式，所述钢板的碳当量CEV≤0.32%，其中CEV的计算公式如下：CEV＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15，在式中，各元素符号分别代表相应元素在钢板中的质量百分比。

本发明风电用钢板的成分设计采用低碳低合金设计，仅加入微量Nb元素从而充分发挥其析出强化和细晶强化的效果。

上述低成本高性能风电用钢板的生产方法，依次包括转炉冶炼步骤、LF精炼步骤、RH真空处理步骤、板坯连铸步骤、板坯加热步骤、轧制步骤以及冷却步骤，其中：

在所述板坯加热步骤中，加热温度为1150～1200℃，均热时间不少于40min；

在所述轧制步骤中，采用双机架两阶段控轧工艺，粗轧机进行≥1000℃的完全再结晶轧制，待温厚度（即完成整个粗轧过程后钢坯的厚度）为2.0～3.4倍成品厚度；精轧机开轧温度为880～900℃；

在所述冷却步骤中，轧后钢板立即进行加速冷却，终冷温度为600～650℃。

在上述生产方法中，示例性地，在所述板坯加热步骤中，所述加热温度可以为1155℃、1167℃、1180℃、1190℃或者1198℃，均热时间可以为40min、45min、50min、55min或60min。在所述轧制步骤中，钢板出加热炉并进行除鳞后就进入粗轧机进行轧制，无需控制粗轧机的开轧温度，只需保证粗轧机的终轧温度控制在1000℃以上即可，比如所述粗轧机的终轧温度可以为1145℃、1160℃、1120℃、1100℃、1050℃、1020℃、1010℃或1000℃，所述待温厚度可以为2.1倍成品厚度、2.5倍成品厚度、2.8倍成品厚度、3.0倍成品厚度、3.2倍成品厚度或3.4倍成品厚度；所述精轧机开轧温度可以为880℃、885℃、890℃或898℃，所述终冷温度可以为600℃、610℃、620℃、630℃、640℃或648℃。

在上述生产方法中，作为一种优选实施方式，在所述板坯加热步骤中，所述加热速度为8～10min/cm，以保证钢坯烧匀烧透。

在上述生产方法中，作为一种优选实施方式，在所述轧制步骤中，所述加速冷却的冷速为10～15℃/s（比如冷速可以为11℃/s、12℃/s、13℃/s、14℃/s或14.5℃/s）。

在上述生产方法中，作为一种优选实施方式，在所述板坯连铸步骤中，采用全保护浇注，连铸坯下线缓冷48h以上，以充分降低铸坯在冷却过程产生的组织应力和热应力。

在上述生产方法中，作为一种优选实施方式，在所述LF精炼步骤中，控制钢水中Ca含量为0.0008-0.0030wt%，从而改善夹杂物形态，有利于连铸坯中大颗粒夹杂物的去除。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：运用上述合理成分设计、控轧、加速冷却等易于操作的工艺技术，将钢板合金元素的用量降到较低水平，并将钢板的疲劳性能、低温冲击韧性及焊接性能发挥到最佳水平，本发明得到的钢板，其疲劳性能均在300MPa以上，高出常规风电用钢的20%；-50℃冲击功均在300J以上，为常规风电用钢的2-3倍；CEV控制在0.32%以下，为钢板良好的焊接性能提供保证。该钢种可以很好地适应风电行业发展的需要，为更大单机容量机组风电塔筒高度增加、发电效率的提高提供了技术支撑。

附图说明

图1为本发明实施例1得到的钢板表面处金相组织；

图2为本发明实施例1得到的钢板1/4厚度处金相组织；

图3为本发明实施例1得到的钢板1/2厚度处金相组织。

具体实施方式

下面采用具体实施例的方式对本发明的特征和优点进行详细说明，但本发明并不限于此。

下面列举采用本发明的生产工艺生产的三种化学成分配比的风电用钢板即实施例1、2和3，三个实施例得到的钢板化学成分配比参见表1，具体生产工艺见表2。

概括的说，实施例1-3钢板的生产方法依次包括如下步骤：

1）冶炼工艺：采用转炉冶炼；

2）LF精炼+RH真空处理：通过精炼和RH真空处理工艺降低钢水中O、H、N等有害气体及S含量；在LF精炼时，控制钢水中Ca含量为0.0008-0.0030wt%。

3）连铸：采用全保护浇注，连铸坯下线缓冷48h以上，得到的连铸坯尺寸为250mm*1800*3600mm。

4）板坯加热：加热温度为1150～1200℃，所述加热速度参考为8～10min/cm，以保证钢坯烧匀烧透，均热时间不少于40min。

5）轧制：采用双机架两阶段控轧工艺，粗轧机进行≥1000℃的完全再结晶轧制，待温厚度为2.0～3.4倍成品厚度；精轧机开轧温度为880～900℃；

6）水冷：轧后钢板立即进行加速冷却，冷速为10～15℃/s，终冷温度为600～650℃，加速冷却后空冷至室温。

将水冷后的钢板进行实物性能检验，结果见表3。

表1本发明低成本高性能新型风电用钢板的化学成分及含量（wt%）

编号	C	Si	Mn	P	S	Nb	Als	CEV
									实施例1	0.075	0.28	1.33	0.012	0.0020	0.030	0.040	0.296
实施例2	0.073	0.29	1.35	0.013	0.0028	0.025	0.035	0.298
									实施例3	0.079	0.27	1.30	0.011	0.0025	0.026	0.031	0.295

表2本发明低成本高性能新型风电用钢板的生产工艺

表3本发明低成本高性能新型风电用钢板的实物性能

表3中钢板的屈服强度、抗拉强度和伸长率测试请参见GB/T228-2002《金属材料室温拉伸试验》。钢材的冲击功测试请参见GB/T229-2007《金属材料夏比摆锤冲击试验方法》。疲劳极限值σ-1的测试参见GB/T3075-2008金属材料疲劳试验轴向力控制方法。

从以上表中数据可以看出，该工艺简单易于操作，钢板具有强度适中，塑性好，低温韧性高的特点，疲劳性能好，加之成本相对低廉，适合大规模工业生产。

从图1至图3的金相组织图可以看出，钢板沿厚度方向不同位置的组织均较为均匀，晶粒度为11～12级，且无明显的带状组织。

本发明并不局限于上述实例，按照本发明提供的成分要求和生产工艺要求，均可实施。

Claims

1.一种低成本高性能风电用钢板，其特征在于，该钢板按质量百分比由以下化学成分组成：

C：0.06～0.10％，Si：0.20～0.35％，Mn：1.27～1.40％，P≤0.015％，S≤0.005％，Nb：0.015％～0.030％，Als：0.020～0.040％，其余为Fe和不可避免的杂质；

所述Mn与Si的浓度比为4.5～5.0；

所述钢板的碳当量CEV≤0.32％，其中CEV的计算公式如下：

CEV＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15，

在式中，各元素符号分别代表相应元素在钢板中的质量百分比。

2.根据权利要求1所述的低成本高性能风电用钢板，其特征在于，该钢板按质量百分比由以下化学成分组成：C：0.07～0.08％，Si：0.25～0.3％，Mn：1.30～1.35％，P≤0.015％，S≤0.005％，Nb：0.021％～0.030％，Als：0.030～0.040％，其余为Fe和不可避免的杂质。

3.一种权利要求1或2所述的低成本高性能风电用钢板的生产方法，其特征在于，依次包括转炉冶炼步骤、LF精炼步骤、RH真空处理步骤、板坯连铸步骤、板坯加热步骤、轧制步骤以及冷却步骤，其中：

在所述轧制步骤中，采用双机架两阶段控轧工艺，粗轧机进行≥1000℃的完全再结晶轧制，待温厚度为2.0～3.4倍成品厚度；精轧机开轧温度为880～900℃；

在所述冷却步骤中，将轧后钢板立即进行加速冷却，终冷温度为600～650℃。

4.根据权利要求3所述的生产方法，其特征在于，在所述板坯加热步骤中，加热速度为8～10min/cm。

5.根据权利要求3所述的生产方法，其特征在于，在所述冷却步骤中，所述加速冷却的冷速为10～15℃/s。

6.根据权利要求3所述的生产方法，其特征在于，在所述板坯连铸步骤中，采用全保护浇注，连铸坯下线缓冷48h以上。

7.根据权利要求3所述的生产方法，其特征在于，在所述LF精炼步骤中，控制钢水中Ca含量为0.0008-0.0030wt％。