CN104775072A

CN104775072A - 一种风电用钢及其生产方法

Info

Publication number: CN104775072A
Application number: CN201510139793.XA
Authority: CN
Inventors: 范巍; 郭斌; 童明伟; 张开广; 邹德辉; 孔君华
Original assignee: Wuhan Iron and Steel Group Corp
Current assignee: Wuhan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2015-03-27
Filing date: 2015-03-27
Publication date: 2015-07-15

Abstract

本发明公开一种风电用钢及其生产方法，所述风电用钢的屈服强度≥420MPa，抗拉强度：600～680MPa，延伸率A≥30％，-40℃冲击功值大于等于230J，-60℃冲击功值大于等于200J，屈强比≤0.70，所述风电用钢质量百分比包括：C：0.085～0.16％，Si：0.21～0.40％，Mn：1.25～1.60％，P：≤0.015％，S：≤0.010％，Ti：0.008～0.015％，Als：0.018～0.05％，Ni：0.05～0.15％，Be：0.010～0.10％，其余为Fe及不可避免的杂质，其中，Be/Ni＝0.07～2.0。上述风电用钢的屈服强度≥420MPa，抗拉强度：600～680MPa，延伸率A≥30％，-40℃冲击功值大于等于230J，-60℃冲击功值大于等于200J，屈强比≤0.70，即具有高强度低屈强比低温韧性优异的特点，改善了现有技术中的风电用钢强度值偏低、低温性能表现一般的技术问题，达到高强度、低屈强比、低温韧性优异的技术效果。

Description

一种风电用钢及其生产方法

技术领域

本发明涉及钢材料技术领域，尤其涉及一种风电用钢及其生产方法。

背景技术

风能是一种可再生、无污染的绿色清洁能源，并且储量丰富。地球上约有2％的太阳能转化成风能。我国有丰富的风能资源，风能总储量在32.26亿千瓦，实际陆上可开发风能总量约为2.5亿千瓦，位居世界首位。随着雾霾天气的日益频发，政府日益重视环保，以风电为代表的清洁能源，发展空间巨大。

风力发电的主要设备有机舱、转子叶片、轴心、低速轴、齿轮箱、发电机、偏航装置、电子控制装置以及塔架(塔筒)组成。其中塔架是风电塔用钢最多的部分。风电设备大多安装在隔壁荒漠，直接暴露在大自然的风吹、日晒、雨淋中，工作环境十分恶劣，具体表现为：昼夜、冬夏温差大，在低温下还要受各种复杂的载荷，包括交变载荷，大气腐蚀等。其设备不仅要承受风机叶轮捕捉到变化多端的风力产生的载荷还要承受不同部位温度变化造成的应力和设备本身的重量及风力直接作用在设备上所产生的载荷。因此对其各个部分的制造材料性能都提出了很高的要求。

现有技术中有关于低温性能优异的风电钢有许多报道，经检索：

公开号为CN102899569A的文献，公开了一种超低温韧性优异的海上风电用宽厚钢板制造方法，发明中所述钢板采用的是控轧控冷+正火工艺，生产出了屈服强度在355～410MPa，抗拉强度在470～550MPa，延伸率在26～36％，屈强比在0.73～0.76，-60℃冲击功值为100～240J的钢板。钢板强度性能较较低，且进行正火热处理增加了能耗和成本，延长了生产方法周期。

公开为CN102719739A的文献，公开了一种风电塔低温用钢板及其生产方法。该发明钢通过控制轧制后堆垛缓冷，生产出了强度不低于390MPa、抗拉不低于520MPa，延伸率在22～33％，屈强比低于0.78的钢板。钢板的力学性能优异，但延伸效果相对较差，抗震性能仍有较大的优化空间，且该发明钢-40℃冲击功值最高172J，-50℃冲击功值不足100J，低温韧性较差。

公开号为CN101906579A的文献，公开了一种耐低温、高焊接性能、高强度的风电法兰用钢，该发明钢进行正火热处理后，屈服强度在325～360MPa，抗拉强度为500～570MPa，延伸率在28～39％，屈强比低于0.7，-50℃冲击功值在110～180J的钢板。该发明钢屈强比虽然低，但由于强度偏低，实施例中最高屈服强度为335MPa，控制难度较低，且低温性能一般，且还需正火热处理才能得到上述性能，加大了能耗，增加生产成本。

以上专利文献公开的风电塔筒用钢，强度值偏低、低温性能表现一般，仍有较大优化空间。

发明内容

本申请提供一种风电用钢及其生产方法，改善了现有技术中的风电用钢强度值偏低、低温性能表现一般的技术问题，达到高强度、低屈强比、低温韧性优异的技术效果。

本申请提供一种风电用钢，所述风电用钢的屈服强度≥420MPa，抗拉强度：600～680MPa，延伸率A≥30％，-40℃冲击功值大于等于230J，-60℃冲击功值大于等于200J，屈强比≤0.70，所述风电用钢质量百分比包括：

C：0.085～0.16％，Si：0.21～0.40％，Mn：1.25～1.60％，P：≤0.015％，S：≤0.010％，Ti：0.008～0.015％，Als：0.018～0.05％，Ni：0.05～0.15％，Be：0.010～0.10％，其余为Fe及不可避免的杂质，其中，Be/Ni＝0.07～2.0。

优选地，所述Be/Ni＝0.13～1.35。

优选地，所述P≤0.010％。

优选地，所述风电用钢的金相组织为铁素体+珠光体。

本申请还提供一种风电用钢的生产方法，用于生产所述的风电用钢，其特征在于，所述方法包括：

冶炼并浇铸成铸坯；

对所述铸坯加热并保温，其中，对所述铸坯加热时的均热温度在1200℃～1260℃，均热时间不少于40min，加热温度不超过1280℃，加热速率不低于9min/cm；

粗轧，并采用高压水除磷，其中，并控制粗轧的结束温度为1000℃～1050℃；

精轧，并控制精轧的结束温度为800℃～900℃，累计压下率不低于75％；

层流冷却，轧后返红温度控制在620℃～750℃；

自然冷却到室温，获得所述风电用钢。

优选地，在粗轧时的前三道次压下量不低于25mm。

优选地，在精轧时的末三道次压下率不低于35％。

本申请有益效果如下：

上述风电用钢的屈服强度≥420MPa，抗拉强度：600～680MPa，延伸率A≥30％，-40℃冲击功值大于等于230J，-60℃冲击功值大于等于200J，屈强比≤0.70，即具有高强度低屈强比低温韧性优异的特点，改善了现有技术中的风电用钢强度值偏低、低温性能表现一般的技术问题，达到高强度低屈强比低温韧性优异的技术效果。

其中，C对钢的强度、低温冲击韧性、焊接性能均能产生显著影响。C含量高，钢的强度高，但对钢的焊接性能不利。C含量低于0.085％时，强度达不到指标要求，高于0.16％时，焊接性能恶化明显。因此，本发明钢中的C含量选择在0.085～0.16％。

Si能溶入铁素体，提高钢的强度和硬度，降低钢的塑韧性。当Si的含量低于0.21％时，强度性能不能满足性能要求，当Si的含量高于0.40％时，Si与Mn元素共存，钢的晶粒粗化明显，增加钢的回火脆性。因此，本发明Si的含量选择在0.21～0.40％。

Mn的固溶强化作用会使钢的抗拉强度大幅提升，且Mn和S会形成MnS塑性夹杂改善钢的切削性能。Mn还能显著提高淬透性，改善热处理性能，且对材料的塑性影响小。当Mn的含量低于1.25％时，抗拉强度提升不明显，当Mn的含量高于1.60％时，会大大增加材料的焊接裂纹倾向，影响焊接性能。因此，本发明Mn的含量选择在1.25～1.60％。

P、S是钢中难以避免的有害杂质元素。高P会导致偏析，影响钢组织均匀性，降低钢的塑性；S易形成硫化物夹杂对低温韧性不利，且会造成性能的各向异性，同时严重影响钢的应变时效。因此，应严格限制钢中的P、S含量，本发明P的含量控制在≤0.015％，优选地，本发明P的含量控制在≤0.01％；S的含量控制在≤0.010％。

Ti能和N、O、C均有极强的亲和力，能固定钢中的N，Ti能和C形成TiC，在未溶入固溶体前，它能阻止钢晶粒的长大粗化。Ti的含量低于0.008％，焊接性能优化效果不理想，但Ti的含量高于0.015％时，焊接性能优化效果不再增加。因此，本发明Ti的含量选择在0.008～0.015％。

Als提高钢的抗氧化性，降低钢中气体含量，提高钢的耐磨性和疲劳强度，同时，提高钢的低温性能和耐蚀性能。当Al(铝)含量低于0.018％时，材料的脱氧效果差。若Al含量超过0.05％时，则形成氧化铝夹杂的几率就大幅提高，从而降低钢的疲劳寿命以及恶化钢的冲击韧性。因此，本发明Als的含量选择在0.018～0.05％。

Ni是扩大奥氏体区元素，可以降低A1及A3点(铁碳合金相图)，抑制粗大的先共析铁素体，显著改善钢材的韧性，尤其是低温韧性。Ni还能提高钢的淬透性和耐腐蚀性，当Ni含量低于0.05％时，低温韧性较差，当Ni含量高于0.15％时，低温性能改善幅度不大，且增加了生产成本。因此，本发明Ni的含量选择在0.05-0.15％。

Be和氧及硫都有极强的亲和力，是一种理想的脱氧去硫剂。同时，它是使铁形成封闭γ相圈的元素之一，对铁素体的固溶强化效果极强。Be和V、Ti等强碳化物一样，有细化晶粒和提高晶粒粗化温度的作用。当Be含量低于0.01％时，细化晶粒效果不明显，当Be含量高于0.10％时，出现铁素体相较多，造成强度性能偏低。因此，本发明Be的含量选择在0.01-0.10％。

本发明通过低C、Mn设计，加入Ti、Be合金细化晶粒，使生产钢板具有较好的强韧性能，加入Ni合金使钢板的低温性能优化，Be的加入，使钢板不需要弛豫也能获得一定铁素体软相，保证低屈强比。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例。

图1为本申请较佳实施方式一种风电用钢的金相组织图；

图2为本申请另一较佳实施方式一种风电用钢的生产方法流程图。

具体实施方式

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

在用于风电用钢的钢板中，对钢板的下述要求越来越高：高强度、低屈强比、低温韧性优异等。针对上述要求，本发明提供一种风电用钢，如图1所示，该风电用钢的屈服强度≥420MPa，抗拉强度：600～680MPa，延伸率A≥30％，-40℃冲击功值大于等于230J，-60℃冲击功值大于等于200J，屈强比≤0.70。

所述风电用钢质量百分比具体包括：C(碳)：0.085～0.16％，Si(硅)：0.21～0.40％，Mn(锰)：1.25～1.60％，P(磷)：≤0.015％，S(硫)：≤0.010％，Ti(钛)：0.008～0.015％，Als(酸溶铝)：0.018～0.05％，Ni(镍)：0.05～0.15％，Be(铍)：0.010～0.10％，其余为Fe(铁)及不可避免的杂质，其中，Be/Ni＝0.07～2.0，优选地，所述Be/Ni＝0.13～1.35。具体地，所述风电用钢的金相组织为铁素体+珠光体。

需要说明的是，在本说明书中，式中的元素符号表示表示钢中该元素的含量(质量％)。

本发明通过低C、Mn设计，加入Ti、Be合金细化晶粒，使生产钢板具有较好的强韧性能，加入Ni合金使钢板的低温性能优化，Be的加入，使钢板不需要弛豫也能获得一定铁素体软相，保证低屈强比。当Be/Ni＝0.13～1.35时，晶粒细化效果和对低温性能的改善较好，钢板综合力学性能较好。

上述风电用钢的屈服强度≥420MPa，抗拉强度：600～680MPa，延伸率A≥30％，-40℃冲击功值大于等于230J，-60℃冲击功值大于等于200J，屈强比≤0.70，即具有高强度、低屈强比、低温韧性优异的特点，改善了现有技术中的风电用钢强度值偏低、低温性能表现一般的技术问题，达到高强度、低屈强比、低温韧性优异的技术效果。

基于同样的发明构思，本申请还提供一种风电用钢的生产方法，用于生产所述的风电用钢。图2为本申请较佳实施方式一种风电用钢的生产方法流程图。如图1所示，所述方法包括：

步骤S10，冶炼并浇铸成铸坯；

步骤S20，对所述铸坯加热并保温，其中，对所述铸坯加热时的均热温度在1200℃～1260℃，均热时间不少于40min，加热温度不超过1280℃，加热速率不低于9min/cm；

步骤S30，粗轧，并采用高压水除磷，其中，并控制粗轧的结束温度为1000℃～1050℃，在粗轧时的前三道次压下量不低于25mm；

步骤S40，精轧，并控制精轧的结束温度为800℃～900℃，累计压下率不低于75％，在精轧时的末三道次压下率不低于35％；

步骤S50，层流冷却，轧后返红温度控制在620℃～750℃；

步骤S60，自然冷却到室温，获得所述风电用钢。

上述风电用钢的生产方法，无需经过正火热处理的步骤即可获得高强度、低屈强比、低温韧性优异的风电用钢，无需进行热处理，降低了能耗，节约了成本；同时节约了时间，能保障产能的完全释放，解决了现有技术中，良好的抗震性和延伸率能往往要通过正火来获得，而进行热处理，虽然达到了目的，但是增加了能耗，生产周期延长，在成本上高于热轧态钢板的技术问题。

本发明与现有技术相比，采用控轧控冷状态交货，无需复杂正火热处理工艺，工艺简单、生产的周期短，适应大生产节奏；屈服强度≥420MPa，抗拉强度：600～680MPa，延伸率A≥30％，-40℃KV2≥230J，-60℃KV2≥200J以及抗震性能优异，即屈强比≤0.70，无需进行正火热处理的高强度、低屈强比、低温韧性优异的风电塔筒用钢及其生产方法，可广泛应用于风力发电塔工程钢结构。

以下就具体实验比较进行说明。

表1 本发明实施例与比较例的化学成分列表(wt％)

表1中共示出了9个实施例(实施例1-9)和两个对比例(对比例1和对比例2)，包括每个实施例和对比例中各化学成分的含量。

表2 本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表

表3 本发明各实施例及对比例的力学性能对比列表

实施例	1	2	3	4	5	6	7	8	9	对比例1	对比例2
												R_eL/MPa	420	448	464	455	472	465	457	475	462	340	386
R_m/MPa	600	652	668	658	672	675	665	680	656	458	515
												R_eL/R_m	0.70	0.69	0.69	0.69	0.70	0.69	0.69	0.70	0.70	0.74	0.75
A/％	31	33	36	34	35	35	34	35	30	25	21
												-40℃KV₂/J	230	253	258	267	278	265	256	274	245	105	124
-60℃KV₂/J	200	226	234	238	231	242	232	241	215	62	89

在表3中，R_eL表示屈服强度，R_m表示抗拉强度，R_eL/R_m表示屈强比，A表示延伸率，-40℃KV₂/J表示-40℃冲击功值，-60℃KV₂/J表示-60℃冲击功值。

由表3可以看出，本发明钢板进行常温拉伸实验性能，-40℃和-60℃纵向冲击试验，并与对比钢对比发现，本发明钢屈服强度和抗拉强度优于对比钢，且屈强比均低于对比钢，说明本发明钢具有高强度和优异的抗震性能；本发明钢延伸率A高于对比钢，且均不低于30％，体现出良好的塑韧性。本发明-40℃冲击功值较高，在230J以上，-60℃冲击功值在200J以上明显高于对比钢，说明本发明钢具有更为优异的低温韧性。

综上所述，本发明钢有高强度、优良的抗震性能即R_eL/R_m≤0.70、低温韧性优异的特点。无需进行热处理的高强度、低屈强比、低温韧性优异的风电塔筒用钢。可广泛应用于风力发电塔工程钢结构。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种风电用钢，其特征在于，所述风电用钢的屈服强度≥420MPa，抗拉强度：600～680MPa，延伸率A≥30％，-40℃冲击功值大于等于230J，-60℃冲击功值大于等于200J，屈强比≤0.70，所述风电用钢质量百分比包括：

2.如权利要求1所述的风电用钢，其特征在于，所述Be/Ni＝0.13～1.35。

3.如权利要求1所述的风电用钢，其特征在于，所述P≤0.010％。

4.如权利要求1所述的风电用钢，其特征在于，所述风电用钢的金相组织为铁素体+珠光体。

5.一种风电用钢的生产方法，用于生产如权利要求1-4中任一权利要求所述的风电用钢，其特征在于，所述方法包括：

冶炼并浇铸成铸坯；

层流冷却，轧后返红温度控制在620℃～750℃；

自然冷却到室温，获得所述风电用钢。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，在粗轧时的前三道次压下量不低于25mm。

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，在精轧时的末三道次压下率不低于35％。