CN104775073A

CN104775073A - 一种风电用正火态钢板及其生产方法

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Publication number: CN104775073A
Application number: CN201510139830.7A
Authority: CN
Inventors: 范巍; 孔君华; 童明伟; 张开广; 邹德辉; 郭斌
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
Anticipated expiration: 2035-03-27
Also published as: CN104775073B

Abstract

本发明公开一种风电用正火态钢板及其生产方法，所述钢板的屈服强度≥370MPa，抗拉强度为500～650MPa，延伸率A≥30％，-40℃冲击功值大于等于250J，-60℃冲击功值大于等于200J，所述钢板质量百分比包括：C：0.12～0.18％；Si：0.21～0.32％；Mn：1.10～1.65％；P：≤0.015％；S：≤0.008％；Nb：0.015～0.040％；Ti：0.015～0.03％；Als：0.025～0.06％；N：0.004～0.010％，其余为Fe及不可避免的杂质；且，61≤203*C^1/2-44.7*Si≤72，Ti/(C/100+N)范围在2.47～2.69或2.88～2.90。上述钢板中使用的Nb、Ti合金，钢板的屈服强度≥370MPa，抗拉强度为500～650MPa，延伸率A≥30％，-40℃冲击功值大于等于250J，-60℃冲击功值大于等于200J，使得所述钢板的合金成本降低，低温性能增强，屈服强度高，解决了现有技术中的风电用钢板合金成本高、低温性能较差、正火后屈服强度不高的技术问题。

Description

一种风电用正火态钢板及其生产方法

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正火态钢板及其生产方法。

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。

现有技术中有关于风电结构用钢有许多报道，经检索：

公开号为CN102719739A的文献，公开了一种风电塔低温用钢板及其生产方法，该发明采用Nb、Ti合金体系，控制轧制工艺，所生产钢板屈服强度不低于390MPa，抗拉强度不低于520MPa，但其低温冲击性能一般，纵向-40℃冲击功低于120J，而-50℃冲击功低于100J。

公开为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。该发明钢添加Nb、Ti、Ni、Cu等微合金元素，采用控轧控冷+正火工艺，生产出得钢板屈服强度在355～410MPa，抗拉强度在470～550MPa，延伸率在26％～36％，-60℃冲击功100～240J。虽然该发明钢板性能较好，但其合金成本较高，不够经济。

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。该发明钢使用了Nb、V、Ti合金，正火后延伸率在28％～39％，-50℃冲击功值为110J～180J，性能较为理想。但其屈服强度仅在325～360MPa，抗拉强度在500～570MPa，强度值偏低。

以上专利公开的风电结构用钢板，存在着性能合格但合金成本高、合金成本适中但低温性能较差、屈服强度不高的技术问题。

发明内容

本申请提供一种风电用正火态钢板及其生产方法，解决了现有技术中的风电用钢合金成本高、低温性能较差、屈服强度不高的技术问题。

本申请提供一种风电用正火态钢板，所述钢板的屈服强度≥370MPa，抗拉强度为500～650MPa，延伸率A≥30％，-40℃冲击功值大于等于250J，-60℃冲击功值大于等于200J，所述钢板质量百分比包括：

C：0.12～0.18％；Si：0.21～0.32％；Mn：1.10～1.65％；P：≤0.015％；S：≤0.008％；Nb：0.015～0.040％；Ti：0.015～0.03％；Als：0.025～0.06％；N：0.004～0.010％，其余为Fe及不可避免的杂质；

且，61≤203*C^1/2-44.7*Si≤72，Ti/(C/100+N)范围在2.47～2.69或2.88～2.90。

优选地，所述钢板的金相组织为铁素体+珠光体。

本申请还提供一种钢板的生产方法，用于生产所述的风电用正火态钢板，所述方法包括：

冶炼并浇铸成铸坯；

对所述铸坯加热并常规保温，均热温度控制在1180～1230℃，最高加热温度为1280℃，加热速率8～12min/cm；

进行粗轧，并采用高压水除磷，控制粗轧时的终轧温度为1010～1050℃；

进行精轧，控制精轧时的终轧温度为800～860℃，累计压下率大于75％；

进行层流冷却，轧后开冷温度控制在730～780℃，返红温度控制在600～680℃；

自然冷却到室温；

进行正火处理；

再次冷却到室温，获得所述钢板。

优选地，在粗轧时的前三道次压下量大于25mm。

优选地，在精轧时的末三道次压下率大于40％，精轧采用8道次轧制。

本申请有益效果如下：

上述风电用正火态钢板中使用的Nb、Ti合金，钢板的屈服强度≥370MPa，抗拉强度为500～650MPa，延伸率A≥30％，-40℃冲击功值大于等于250J，-60℃冲击功值大于等于200J，使得所述钢板的合金成本降低，低温性能增强，屈服强度高，解决了现有技术中的风电用钢合金成本高、低温性能较差、正火后屈服强度不高的技术问题。

C是提高钢材强度最有效的元素，随着碳含量的增加，钢的抗拉强度和屈服强度随之提高，但延伸率和冲击韧性下降，而且钢材的焊接热影响区还会出现淬硬现象，导致焊接冷裂纹的产生。当C含量低于0.12％时，正火后强度性能达不到要求，若C含量高于0.18％钢板焊接性能恶化明显，因此，本发明C选择在0.12～0.18％。

Si是炼钢脱氧的必要元素，能降低钢中碳的石墨化倾向，并以固溶强化形式提高钢的强度，当Si含量低于0.21％时，强度性能偏低，当Si含量高于0.32％时，钢的韧性下降，且恶化焊接性能。因此，本发明Si选择在0.21～0.32％。

Mn是重要的强韧化元素，且成本低廉，随着Mn含量的增加，钢的强度明显增加，改善钢的加工性能，而冲击转变温度几乎不发生变化，含1％的Mn大约可提高抗拉强度100MPa。Mn含量低于1.10％时，正火后强度性能较低，当Mn含量高于1.65％时，钢板晶粒粗化明显。因此，本发明Mn选择在1.10～1.65％。具体地，所述钢板的金相组织为铁素体+珠光体。

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控制在≤0.015％，S控制在≤0.008％。

Nb是强碳氮化物形成元素，在钢中起着十分显著的作用。它可以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，可以提高再结晶温度，抑制奥氏体的再结晶，保持形变效果从而细化铁素体晶粒，提高了钢的强度和韧性。Nb在铁素体中沉淀析出，提高强度的同时又可以在焊接过程中阻止热影响区晶粒的粗化等。当Nb含量低于0.015％时，细化晶粒效果不理想，当Nb含量大于0.040％时，容易产生晶间裂纹。因此，本发明Nb选择在0.015～0.040％。

Ti是一种强烈的碳化物和氮化物形成元素，形成的TiN、Ti(CN)等粒子非常稳定，能有效地钉扎晶界，阻止γ晶粒长大，因而起到细化晶粒的作用，它能显著提高钢的室温强度、高温强度和钢的韧性。Ti含量较于0.015％时，细化晶粒效果较弱，当Ti含量高于0.030％时，钢的强度增加，塑性、韧性却会降低。因此，本发明Ti选择在0.015～0.030％。

Als常作为脱氧元素加入钢中。Als和N也有较强的亲和力，能固定钢中N的作用，能降低钢的应变时效敏感性，并通过晶粒细化作用提高钢的强度和低温韧性。但Als含量低于0.025％时，脱氧效果不明显，当Als含量高于0.060％时，易使Al氧化物夹杂物增加，降低钢的冲击韧性，对钢的耐大气腐蚀性能也不利。因此，本发明Als选择在0.025～0.060％。

N是很强的形成和稳定奥氏体的元素，能通过固溶强化及时效强化提高钢的强度。N能与Nb、Ti等元素形成氮化物或碳氮化物，使钢材母材组织和焊接组织晶粒细化。当N含量低于0.004％时，强化效果不明显，但N含量高于0.010％，易在钢中形成气泡和疏松，与钢中Ti、Al等元素形成带棱角脆性夹杂群等。因此，本发明N选择在0.004～0.010％。

本发明与现有技术相比，采用热轧+正火状态交货，屈服强度≥370MPa，抗拉强度：500～650MPa，延伸率A≥30％，-40℃冲击功值大于等于250J，-60℃冲击功值大于等于200J的风力发电塔筒结构用钢板及生产方法，可广泛应用于风力发电塔工程钢结构。

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正火态钢板的金相组织图；

图2为本申请另一较佳实施方式一种风电用正火态钢板的生产方法流程图。

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。

本申请提供一种风电用正火态钢板，可被广泛应用于风电设备中。所述钢板的屈服强度≥370MPa，抗拉强度为500～650MPa，延伸率A≥30％，-40℃冲击功值大于等于250J，-60℃冲击功值大于等于200J。

所述钢板质量百分比具体包括：C(碳)：0.12～0.18％；Si(硅)：0.21～0.32％；Mn(锰)：1.10～1.65％；P(磷)：≤0.015％；S(硫)：≤0.008％；Nb(铌)：0.015～0.040％；Ti(钛)：0.015～0.03％；Als(酸溶铝)：0.025～0.06％；N(氮)：0.004～0.010％，其余为Fe及不可避免的杂质。

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％)。

其中，C是提高钢材强度最有效的元素，随着碳含量的增加，钢的抗拉强度和屈服强度随之提高，但延伸率和冲击韧性下降，而且钢材的焊接热影响区还会出现淬硬现象，导致焊接冷裂纹的产生。当C含量低于0.12％时，正火后强度性能达不到要求，若C含量高于0.18％钢板焊接性能恶化明显，因此，本发明C选择在0.12～0.18％。

Mn是重要的强韧化元素，且成本低廉，随着Mn含量的增加，钢的强度明显增加，改善钢的加工性能，而冲击转变温度几乎不发生变化，含1％的Mn大约可提高抗拉强度100MPa。Mn含量低于1.10％时，正火后强度性能较低，当Mn含量高于1.65％时，钢板晶粒粗化明显。因此，本发明Mn选择在1.10～1.65％。

当61≤203*C1/2-44.7*Si≤72，Ti/(C/100+N)范围在2.47～2.69或2.88～2.90时，钢板综合力学性能较好。

本发明与现有技术相比，采用热轧+正火状态交货，屈服强度≥370MPa，抗拉强度：500～650MPa，延伸率A≥30％，-40℃KV2≥250J，-60℃KV2≥200J的风力发电塔筒结构用钢板及生产方法，可广泛应用于风力发电塔工程钢结构。

基于同样的发明构思，本申请还提供一种钢板的生产方法，用于生产所述的风电用正火态钢板。图1为本申请较佳实施方式一种钢板的生产方法流程图。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，对所述铸坯加热并常规保温，均热温度控制在1180～1230℃，最高加热温度为1280℃，加热速率8～12min/cm；

步骤S30，进行粗轧，并采用高压水除磷，控制粗轧时的终轧温度为1010～1050℃，在粗轧时的前三道次压下量大于25mm；

步骤S40，进行精轧，控制精轧时的终轧温度为800～860℃，累计压下率大于75％，在精轧时的末三道次压下率大于40％，精轧采用8道次轧制；

步骤S50，进行层流冷却，轧后开冷温度控制在730～780℃，返红温度控制在600～680℃；

步骤S60，自然冷却到室温；

步骤S70，进行正火处理；

步骤S80，再次冷却到室温，获得所述钢板。

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
												ReL/MPa	370	385	405	426	445	432	458	428	450	340	352
Rm/MPa	500	516	554	563	571	640	635	613	650	465	480
												A/％	35	34	32	34	31	33	34	35	30	22	21
-40℃KV2/J	268	250	275	258	276	284	267	280	263	102	68
												-60℃KV2/J	200	215	226	220	208	214	216	225	205	56	32

从表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均优于对比钢，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250J以上，-60℃冲击功值较高在200J以上，远高于对比钢，说明本发明钢具有更为优异的低温韧性。

综上所述，本发明钢具有高强度、优良低温韧性，较高的延伸率的特点。本发明钢采用热轧+正火工艺，同一钢板上性能稳定均匀，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

1.一种风电用正火态钢板，其特征在于，所述钢板的屈服强度≥370MPa，抗拉强度为500～650MPa，延伸率A≥30％，-40℃冲击功值大于等于250J，-60℃冲击功值大于等于200J，所述钢板质量百分比包括：

2.如权利要求1所述的钢板，其特征在于，所述钢板的金相组织为铁素体+珠光体。

3.一种钢板的生产方法，用于生产权利要求1或2中的风电用正火态钢板，其特征在于，所述方法包括：

冶炼并浇铸成铸坯；

自然冷却到室温；

进行正火处理；

再次冷却到室温，获得所述钢板。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在粗轧时的前三道次压下量大于25mm。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在精轧时的末三道次压下率大于40％，精轧采用8道次轧制。