CN105714191B - 一种屈服强度≥440MPa的正火态耐蚀风电钢及生产方法 - Google Patents

Abstract

一种屈服强度≥440MPa的正火态耐蚀风电钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.06~0.13%；Si：0.22~0.38%；Mn：0.98~1.25%；P：≤0.015%；S：≤0.008%；Als：0.030~0.040%；Nb：0.040~0.070%；V：0.05~0.08%；Cr：0.40~0.48%；Ni：0.20~0.25%。生产步骤：冶炼并连铸成坯后加热；两阶段轧制；水冷；正火。本发明采用热轧+正火状态交货，生产钢板正火后屈服强度≥440MPa，抗拉强度：520~680MPa，延伸率A≥30%，‑50℃KV₂≥200J，可广泛应用于风力发电塔工程钢结构。

Description

一种屈服强度≥440MPa的正火态耐蚀风电钢及生产方法

技术领域

本发明涉及一种风电钢及其生产方法，具体地属于一种高强度耐蚀正火态风电钢及其生产方法。

背景技术

2015年3月，国家发改委、外交部、商务部联合发布了《推动共建丝绸之路经济带和21世纪海上丝绸之路的愿景与行动》。该方案提出，积极推动水电、核电、风电、太阳能等清洁、可再生能源合作，推进能源资源就地就近加工转化合作，形成能源资源合作上下游一体化产业链。从方案看出，关于能源及基础设施的提法，都与风电有着密切的关系。借助“一带一路”，国内的风电等可再生能源产业在未来5年将迎来快速发展和全面国际化的战略机遇期。反过来，风电等可再生能源产业也是我国“一带一路”战略实施中的主力军。

在“一带一路”战略实施中，对于风电钢的性能要求应为更为严格及整体高性能化，尤其对于延伸率、低温性能要求更高。这是因为：丝绸之路经济带圈定有新疆、陕西、甘肃、宁夏、青海、内蒙古、黑龙江、西藏等13个省市，其中有许多地方如黑龙江风力较大，具有较好的发电能力，但在冬季风电塔需服役于极低温度环境，风电塔在该地建设需要更优异的低温强韧性。此外，高性能的风电产品，既能体现国家生产制造能力，又开拓海外市场。

围绕这一战略，人们着手进行研究，从现有技术中人们研究的情况来看，关于420MPa级正火钢和风电钢有许多报道，如经检索后：

中国专利公开号为CN101413049A的文献，公开了一种屈服强度为420MPa正火可焊接细晶粒钢板的制备方法，该发明采用控轧+正火工艺，该发明钢的低温冲击性能较好，但其屈服强度在425~465MPa，富余量不大，且该发明钢对耐蚀性能没有要求。

中国专利公开号为CN103540848A的文献，公开了一种420MPa级正火态特厚规格结构用钢板及其制造方法。该发明钢采用正火+加速冷却工艺，所生产钢板屈服强度略高于420MPa，富余量小，延伸率在22.5%~26%较低。

中国专利公开号为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。该发明钢采用控轧控冷+正火工艺，生产出钢板屈服强度在355~410MPa，抗拉强度在470~550MPa，延伸率在26%~36%，-60 ℃冲击功100~240J。该发明钢为355MPa级钢，不能满足跟高强度级别钢使用，限制了使用范围。

中国专利公开号为CN102433495A的文献，公开了一种稀土处理的耐蚀风电用钢板。该发明钢采用两阶段轧制，屈服强度在430~460MPa，冲击韧性良好，具有一定的耐蚀性能，但其屈服强度富余量一般，且若一经正火，其强度将大幅下降，无法达到420MPa级。

从以上专利公开的420MPa级正火钢和风电钢可以看出，采用正火热处理工艺，且能满足强度在420MPa级别的发明钢，但其强度富余量不大，延伸率A较低，低温冲击功也较低，并未予考虑钢的耐腐蚀性能，而是用在海上时采用防腐涂层的方式，导致后期维护工作量大。无法满足使用要求。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种正火后屈服强度≥440MPa，抗拉强度：520~680MPa，延伸率A≥30%，-50℃KV₂≥200J的屈服强度≥440MPa的正火态耐蚀风电钢及生产方法。

实现上述目的的措施：

一种屈服强度≥440MPa的正火态耐蚀风电钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.06~0.13%；Si：0.22~0.38%；Mn：0.98~1.25%；P：≤0.015%；S：≤0.008%；Als：0.030~0.040%；Nb：0.040~0.070%；V：0.05~0.08%；Cr：0.40~0.48%；Ni：0.20~0.25%；并满足公式：0.115%≤Nb+V≤0.122%；0.65%≤Cr+ Ni≤0.69%；Pcm＜0.23。

一种屈服强度≥440MPa的正火态耐蚀风电钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.06~0.13%；Si：0.22~0.38%；Mn：0.98~1.25%；P：≤0.015%；S：≤0.008%；Als：0.030~0.040%；Nb：0.040~0.07%；V：0.05~0.08%；Cr：0.31~0.39%；Cu：0.10~0.16%；Ni：0.10~0.19%；并满足公式：0.106%≤Nb+V≤0.134%；0.59%≤Cr+Cu+Ni≤0.66%；Pcm＜0.23。

一种屈服强度≥440MPa的正火态耐蚀风电钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.06~0.13%；Si：0.22~0.38%；Mn：0.98~1.25%；P：≤0.015%；S：≤0.008%；Als：0.030~0.040%；Nb：0.040~0.07%；V：0.05~0.08%；Cr：0.49~0.55%；Cu：0.19~0.25%；并满足公式：0.120%≤Nb+V≤0.126%；0.72%≤Cr+Cu≤0.74%；Pcm＜0.23。

生产一种屈服强度≥440MPa的正火态耐蚀风电钢的方法，其步骤：

1）冶炼并连铸成坯后，将铸坯加热到1220~1260℃，并保温5~6小时；

2）轧制工艺：两阶段轧制，控制精轧开轧温度为840~910℃，终轧温度为780~850℃，总压下率50%~78%；

3）水冷工艺：轧制后进行层流，返红温度控制在600~700℃，冷却速度控制在15~25℃；

4）正火工艺：钢板正火温度为870~920℃，保温时间为板厚+25~35min。

本发明中各元素及主要工艺的机理及作用

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，而且在本专利中，C含量还会影响Cr的收得率。当C含量低于0.06%时，正火后强度性能达不到要求，若C含量高于0.13%钢板中Cr的收得率差，且Pcm会超过0.23。因此，本发明C选择在0.06~0.13%。

Si是炼钢脱氧的必要元素，以固溶强化形式提高钢的强度，当Si含量低于0.22%时，强度性能偏低，当Si含量高于0.38%时，钢的韧性下降，且Pcm会超过0.23。因此，本发明Si选择在0.22~0.38%。

Mn是重要的强韧化元素，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0.98%时，正火后强度性能较低，当Mn含量高于1.25%时，钢中偏析会较明显，影响耐蚀性能，且对Pcm值不利。因此，本发明Mn选择在0.98~1.25%。

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可延迟奥氏体再结晶，降低相变温度，晶粒细化作用明显，并可改善低温韧性。Nb通过固溶强化、相变强化、析出强化等机制来获得要求的强度。当Nb含量低于0.040%时，细化晶粒效果不理想，当Nb含量大于0.070%时，容易产生晶间裂纹。因此，本发明Nb选择在0.040~0.070%。

Als通常作为钢中的脱氧剂。但Als含量低于0.030%时，脱氧不充分，当Als含量高于0.040%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0.030~0.040%。

V是一种强烈的碳化物形成元素。V在钢中有细化晶粒的作用，且V4C3经过适当热处理后可以高度弥散析出，均匀分布在晶粒内部的结晶面上，起到析出强化作用。当V含量低于0.05%时，正火后强度无法满足指标要求；当V含量高于0.08%时，韧性会下降明显。因此，本发明V选择在0.05~0.08%。

Cr、Cu、Ni均能高钢的强度，对钢的耐腐蚀性能均有积极的影响。由于Cr成本相对低廉，因此Cr是本发明钢中主要的提高钢板耐腐蚀性能元素。加入Cu和Ni是为了保证钢板具有一定耐蚀性能情况下，具有较好的低温韧性。本发明中限定Cr+Cu+Ni的量是因为若三种合金过量，会使钢板韧性尤其是低温冲击韧性差，且容易出现抗拉强度超标的现象。因此，本发明进行了详细的限定。

在本发明中为何要限定一下几个元素之和，即：

0.115%≤Nb+V≤0.122%，当Nb+V含量低于0.115%时，细化晶粒效果不明显，当含量高于0.122时，细化晶粒效果增加不明显;

0.65%≤Cr+Ni≤0.69%，当Cr+Ni含量低于0.65%时，腐蚀速率增加效果明显，当Cr+Ni含量高于0.69%时，腐蚀速率会再一次上升，且不利于Pcm的控制。

在本发明中，之所以采用热轧+正火工艺是因为钢板使用环境大多在海洋环境，正火后均匀的组织能改善耐蚀性能。

本发明与现有技术相比，采用热轧+正火状态交货，生产钢板正火后屈服强度≥440MPa，抗拉强度：520~680MPa，延伸率A≥30%，-50℃KV₂≥200J，可广泛应用于风力发电塔工程钢结构。

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。

本发明各实施例按照以下生产工艺生产：

1）冶炼并连铸成坯后，将铸坯加热到1220~1260℃，并保温5~6小时；

2）轧制工艺：两阶段轧制，控制精轧开轧温度为840~910℃，终轧温度为780~850℃，总压下率50%~78%；

3）水冷工艺：轧制后进入层流，返红温度控制在600~700℃，冷却速度控制在15~25℃；

4）正火工艺：钢板正火温度为870~920℃，保温时间为板厚+25~35min。

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和耐蚀性能对比列表

从表3可以看出，本发明钢板进行常温拉伸实验性能，-50℃纵向冲击试验和96h的周浸腐蚀试验，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%，说明本发明钢具有良好的塑韧性。本发明-50℃冲击功值较高在200J以上，优于对比钢，说明本发明钢具有更为优异的低温韧性。由表3还以发现，本发明钢耐蚀速率要明显低于对比钢。总之，本发明钢具有更为优异的机械性能和耐蚀性能。

本发明钢采用热轧+正火工艺，同一钢板上性能稳定均匀，具有优良低温韧性，高延伸率，焊接性能和耐蚀性能优异等特点。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 (1)

1.生产一种屈服强度≥440MPa的正火态耐蚀风电钢的方法：其步骤：

1）冶炼并连铸成坯后，将铸坯加热到1220~1260℃，并保温5~6小时；

铸坯的组分及重量百分比含量为：C：0.06~0.13%；Si：0.22~0.38%；Mn：0.98~1.08%；P：≤0.015%；S：≤0.008%；Als：0.030~0.040%；Nb：0.047~0.070%；V：0.05~0.08%；Cr：0.40~0.48%；Ni：0.20~0.25%；并满足公式：0.115%≤Nb+V≤0.122%；0.65%≤Cr+Ni≤0.69%；Pcm＜0.23；

或

组分及重量百分比含量为：C：0.06~0.13%；Si：0.22~0.38%；Mn：0.98~1.08%；P：≤0.015%；S：≤0.008%；Als：0.030~0.040%；Nb：0.047~0.070%；V：0.05~0.08%；Cr：0.31~0.39%；Cu：0.10~0.16%；Ni：0.10~0.19%；并满足公式：0.106%≤Nb+V≤0.134%；0.59%≤Cr+Cu+Ni≤0.66%；Pcm＜0.23；

或

组分及重量百分比含量为：C：0.06~0.13%；Si：0.22~0.38%；Mn：0.98~1.08%；P：≤0.015%；S：≤0.008%；Als：0.030~0.040%；Nb：0.047~0.070%；V：0.05~0.08%；Cr：0.49~0.55%；Cu：0.19~0.25%；并满足公式：0.120%≤Nb+V≤0.126%；0.72%≤Cr+Cu≤0.74%；Pcm＜0.23；

2）轧制工艺：两阶段轧制，控制精轧开轧温度为840~910℃，终轧温度为780~838℃，总压下率50%~78%；

3）水冷工艺：轧制后进行层流，返红温度控制在600~700℃，冷却速度控制在15~25℃；

4）正火工艺：钢板正火温度为870~920℃，保温时间为15min或16min或17min或18min或19min或20 min或22 min或24 min或25 min。