CN104862605A - 一种低屈强比耐候风电塔筒用钢及生产方法 - Google Patents

Abstract

一种低屈强比耐候风电塔筒用钢，其组分及wt%为：C：0.04~0.08%；Si：0.23~0.37%；Mn：1.30~1.45%；P：≤0.010%；S：≤0.008%；Nb：0.025~0.045%；Als：0.018~0.042%；Cu：0.25~0.45%；Cr：0.6~0.996%；Ni：0.10~0.40%；生产步骤：经冶炼并连铸成坯后对铸坯加热并均热；两阶段控制轧制；层流冷却；自然冷却到室温。本发明采用控轧控冷工艺，无需热处理，所生产钢板屈服强度≥420MPa，抗拉强度：640~850MPa，延伸率A≥25%，屈强比≤0.64，-50℃KV2≥200J，-60℃KV2≥185J，耐腐蚀性能指数I不低于6.44，Pcm≤0.21，其能延长使用周期在5年以上。

Description

一种低屈强比耐候风电塔筒用钢及生产方法

技术领域

本发明涉及一种风电塔筒用钢及其生产方法，具体地属于一种低屈强比耐候风电塔筒用钢及其生产方法。

背景技术

风电塔筒是风力发电的塔杆，在风力发电机组中主要起支撑作用，同时吸收机组震动。风力发电设备的寿命通常为20至25年，在其寿命期限内需要经受大气腐蚀的考验。目前风电塔筒主要靠防涂层防锈，其涂层容易出现粉化、脱落、气泡疏松等问题，且在运输和吊装过程中若没很好的保护也容易造成涂层损伤从而影响使用周期。

经检索：中国专利公开号为CN102560256A的文献，公开了一种低温韧性优异的耐火耐候钢及其制备工艺，该发明采用两阶段轧制，生产的钢板屈服强度≥325MPa，抗拉强度≥520MPa，断后延伸率≥27%的钢板。虽然其低温冲击性能较好，但其强度值偏低，无法满足风机大型化趋势的需要。其平均腐蚀速率约为1.73g/m²·h，耐候性能相对较差。

中国专利公开为CN101660099A的文献，公开了高强度低合金热轧铁素体贝氏体耐候钢及其制备方法。该发明钢采用控轧控冷工艺，生产出的钢板的屈服强度≥450MPa，焊接冷裂纹敏感系数≤0.2。该发明钢板延伸率一般（22.5%~25%），低温冲击性能较差。该发明钢实施例中I指数为6.677，未给出具体的平均腐蚀速率，与Q235B比较，其相对腐蚀速率为60%，耐候性能相对较差。

中国专利公开号为CN102168229A的文献，公开了耐候钢板及其制造方法。该发明钢强度较高，屈服强度≥690MPa，抗拉强度≥780MPa，延伸率一般（21%~25%）-40℃冲击功值一般，且屈强比较高，超过0.85。该发明钢实施例中耐腐蚀性能指数I在6.1~6.6，未给出具体的平均腐蚀速率。

以上公开的专利文献，无法同时满足高强度、低屈强比、高延伸率、低温韧性优良、耐候性能优异的要求。如果能同时满足，则风电机组具有更大的发电能力、更广阔的应用空间、更长的使用寿命的特点，既能增加风机的竞争力，又能节约资源且更为环保。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，提供一种屈服强度≥420MPa，抗拉强度：640~850MPa，延伸率A≥25%，屈强比≤0.64，耐腐蚀性能指数I不低于6.44，-50℃KV2≥200J，-60℃KV2≥185J的低屈强比耐候风电塔筒用钢及生产方法。

实现上述目的的措施：

一种低屈强比耐候风电塔筒用钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.04~0.08%；Si：0.23~0.37%；Mn：1.30~1.45%；P：≤0.010%；S：≤0.008%；Nb：0.025~0.045%；Als：0.018~0.042%；Cu：0.25~0.45%；Cr：0.6~0.996%；Ni：0.10~0.40%；且同时满足2Cu+Cr+3Ni：1.80~2.70%；Cu/（3Cr+Ni）：0.07~0.24；耐腐蚀性能指数I不低于6.44；Pcm≤0.21。

生产一种低屈强比耐候风电塔筒用钢的方法，其步骤：

1）经冶炼并连铸成坯后对铸坯加热并均热，均热时间不低于40min；

2）两阶段控制轧制，控制精轧开轧温度为870℃~920℃，终轧温度为800~860℃，累计压下率不低于70%，末三道次压下率不低于30%，；

3）进行层流冷却，冷却速率控制在10~18℃/s，上下水比在0.85~1.20，返红温度控制在600~680℃；

4）自然冷却到室温。

以下对本发明中所含组分的作用、用量选择及主要工序作具体说明：

C：能够增加钢板的强度，但会对钢板的低温韧性、耐候性能和焊接性能起不利影响。当C含量低于0.04%时，钢板强度达不到指标要求，当C含量高于0.08%时，低温韧性、耐候性能和焊接性能恶化明显。因此，本发明C选择在0.04~0.08%。

Si：以固溶强化形式提高钢的强度，当Si含量低于0.23%时，强度性能偏低，当Si含量高于0.37%时，钢的韧性下降。因此，本发明Si选择在0.23~0.37%。

Mn：提高钢的淬透性，并能起到固溶强化作用。Mn含量低于1.30%时，强度性能得不到保障，当Mn含量高于1.45%时，对钢板焊接不利，恶化中心偏析。因此，本发明Mn选择在1.30~1.45%。

P、S：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≤0.010%， S控制在≤0.008%。

Nb：提高奥氏体再结晶温度，细化晶粒作用明显。当Nb含量低于0.025%时，细化晶粒效果不理想，当Nb含量大于0.045%时，影响钢材韧性。因此，本发明Nb选择在0.025~0.045%。

Als：钢中的脱氧剂。但Als含量低于0.018%时，脱氧不充分，当Als含量高于0.042%时，氧化铝夹杂物增加，降低钢的洁净度。因此，本发明Als选择在0.018~0.042%。

Cu：提高钢材耐大气腐蚀能力的重要元素。当Cu含量低于0.25%时，钢板耐候性能提升不明显，当Cu含量高于0.45%时，钢板焊接性能恶化。因此，本发明Cu选择在0.25%~0.45%。

Cr：加入钢中能显著改善钢的抗氧化作用，增强钢的抗腐蚀能力。Cr能和Fe形成连续固溶体，与碳形成多种碳化物，对钢的性能有显著影响。当Cr含量低于0.60时，钢板耐候性能提升不明显，当Cr含量高于0.996时，钢板焊接性能恶化明显。因此，本发明Cr 选择在0.60-0.996%。

Ni：加入钢中能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0.10时，对低温韧性改善效果不明显，当Ni含量高于0.40时，容易造成钢板氧化铁皮难以脱落，且增加了生产成本。因此，本发明Ni选择在0.10-0.40%。

本发明之所以控制精轧开轧温度为870℃~920℃，终轧温度为800~860℃，累计压下率不低于70%，末三道次压下率不低于30%，是因为加入较多的Cu、Cr、Ni后，会对钢板的韧性尤其是低温冲击韧性影响明显，控制上述参数能保证钢板晶粒尽可能细化，提高强度的同时，提升韧性。控制上下水比是为了保证钢板冷却均匀，使钢板沿厚度方向强度差异尽可能小，保证钢板卷制成塔筒的顺利进行。

本发明与现有技术相比，采用控轧控冷工艺，无需热处理，所生产钢板屈服强度≥420MPa，抗拉强度：640~850MPa，延伸率A≥25%，屈强比≤0.64，-50℃KV2≥200J，-60℃KV2≥185J，耐腐蚀性能指数I不低于6.44，Pcm≤0.21，其能延长使用周期在5年以上。

具体实施方式

下面对本发明予以详细描述：

表1为本发明各实施例及对比例的取值列表；

表2为本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表；

表3为本发明各实施例及对比例性能检测情况列表；

表4 为钢板耐候性能与对比例对比列表。

本发明各实施例按照以下步骤生产：

1）经冶炼并连铸成坯后对铸坯加热并均热，均热时间不低于40min；

2）两阶段控制轧制，控制精轧开轧温度为870℃~920℃，终轧温度为800~860℃，累计压下率不低于70%，末三道次压下率不低于30%，；

3）进行层流冷却，冷却速率控制在10~18℃/s，上下水比在0.85~1.20，返红温度控制在600~680℃；

4）自然冷却到室温。

表1 本发明实施例与比较例的化学成分列表（wt%）

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

表4 本发明各实施例及对比例的耐候性能列表

从表3及表4可以看出，本发明钢板进行常温拉伸实验性能，-50℃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，延伸率A高于对比钢且均不低于25%，体现出良好的塑韧性； -50℃冲击功值较高在200J以上，-60℃冲击功值较高在185J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；耐腐蚀性能指数I不低于6.44。充分说明本发明同时具有优良低温韧性，高延伸率，低屈强比，耐候性能优异的特点。本发明钢采用控轧控冷工艺，无需热处理，可广泛应用于风力发电塔工程钢结构。

上述实施例仅为最佳例举，而并非是对本发明的实施方式的限定。

Claims (2)

1.一种低屈强比耐候风电塔筒用钢，其组分及重量百分比含量为：：C：0.04~0.08%；Si：0.23~0.37%；Mn：1.30~1.45%；P：≤0.010%；S：≤0.008%；Nb：0.025~0.045%；Als：0.018~0.042%；Cu：0.25~0.45%；Cr：0.6~0.996%；Ni：0.10~0.40%；且同时满足2Cu+Cr+3Ni：1.80~2.70%；Cu/（3Cr+Ni）：0.07~0.24；耐腐蚀性能指数I不低于6.44；Pcm≤0.21。

2.生产权利要求1所述的一种低屈强比耐候风电塔筒用钢的方法，其步骤：

1）经冶炼并连铸成坯后对铸坯加热并均热，均热时间不低于40min；

2）两阶段控制轧制，控制精轧开轧温度为870℃~920℃，终轧温度为800~860℃，累计压下率不低于70%，末三道次压下率不低于30%，；

3）进行层流冷却，冷却速率控制在10~18℃/s，上下水比在0.85~1.20，返红温度控制在600~680℃；

4）自然冷却到室温。