CN106435369B - 一种含Cr的低温韧性优异的正火态耐蚀风电钢及生产方法 - Google Patents

一种含Cr的低温韧性优异的正火态耐蚀风电钢及生产方法 Download PDF

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Abstract

一种含Cr的低温韧性优异的正火态耐蚀风电钢，其组分及wt%：C：0.04~0.09%，Si：0.33~0.40%，Mn：1.41~1.61%，P：≤0.015%，S：≤0.008%，Als：0.030~0.040%，Nb：0.038~0.051%，Cr：0.40~0.8%。生产方法：冶炼并连铸成坯后加热；常规热轧后并空冷至室温；正火。本发明在其成分不添加Cu、Ni、V、Ti元素情况下，经采用其成分及经热轧+正火工艺，所生产的钢板正火后不仅屈服强度不低于360MPa，抗拉强度在520~580MPa，延伸率A≥30%，且‑50℃KV2≥300J，耐腐蚀速率不超过1.32 g/m2•h，成本也会得到降低。

Description

一种含Cr的低温韧性优异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，具体地属于一种含Cr的低温韧性优异的正火态耐蚀风电钢。
背景技术
现有技术中有关于低温韧性优异风电钢有许多报道，经检索：
中国专利公开号为CN103741024A的文献，公开了低成本高性能风电用钢板及其生产方法，该发明采用该发明钢采用热轧工艺，采用Nb、Ti微合金化未采用其他贵重金属，生产出钢板低温韧性优异， -50℃冲击功在300J以上。但该发明钢板未考虑耐腐蚀性能。
中国专利公开号为公开号为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，该发明采用热轧+正火工艺，采用Nb、V、Ti微合金化，所生产钢板屈服强度在325~360MPa，抗拉强度在500~570MPa，-50℃冲击功在110~180J。该发明钢未考虑耐蚀性能，且低温韧性相对较差，竞争力一般。
中国专利公开号为公开号为CN102719739A的文献，公开了一种风电塔低温用钢及其生产方法，该发明采用控制轧制工艺，所生产钢板屈服强度不低于390MPa，就爱办卡强度不低于520MPa，-50℃冲击功在62~82J。该发明钢未考虑耐蚀性能，且低温韧性相对较差，竞争力一般。
中国专利公开号为公开号为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，屈服强度为345MPa级别，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，且发明钢仅提供了-40℃冲击功，制约了服役范围。
中国专利公开号为公开号为CN105714191A的文献，公开了一种屈服强度≥440MPa的正火态耐蚀风电钢及生产方法。该发明采用热轧+正火工艺，屈服强度≥440MPa，冲击韧性良好，耐蚀性能良好，但其加入了Cu、Cr、Ni等贵重合金，成本较高。
从以上专利公开的风电钢可以看出，低温韧性优异的风电钢未采用正火热处理工艺，钢板的整板性能均匀性一般，未考虑钢的耐腐蚀性能，用在海上需要使用防腐涂层，后期维护工作量大。而具备一定耐蚀性能的风电钢，正火后的强度也无法保证满足屈服强度345MPa级别的使用要求，且低温韧性仅提供了-40℃时的数据，无法保证在-50℃使用时的冲击功优异。能同时达到整板均匀性、腐蚀性能和低温韧性较好要求的，需要加入大量贵重合金，生产成本高。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种在不含Cu、Ni、V、Ti元素的情况下，经正火后屈服强度≥360MPa，抗拉强度：520~580MPa，延伸率A≥30%，-50℃KV2≥300，耐腐蚀速率不超过1.35 g/m2·h J，的风力发电塔筒结构用钢板及生产方法。
实现上述目的的措施：
一种含Cr的低温韧性优异的正火态耐蚀风电钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.04~0.09%，Si：0.33~0.40%，Mn：1.41~1.61%，P：≤0.015%，S：≤0.008%，Als：0.030~0.040%，Nb：0.038~0.051%，Cr：0.40~0.8%，其余为Fe及不可避免的杂质；并满足公式：Cr/(10*C)：0.87~1.04；（Cr+Mn）/（Als+Nb）：24.81~28.33。
生产一种含Cr的低温韧性优异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1210~1250℃，并在此温度下保温3~4.5h；
2）按照两阶段方式进行常规热轧，轧后并空冷至室温；
3）进行正火，控制钢板正火温度在840~860℃，并在此温度下保温26~35min。
本发明中各元素的作用
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。当C含量低于0.04%时，正火后强度性能达不到要求，若C含量高于0.09%时，钢冲击韧性和延伸率较差。因此，本发明C选择在0.04~0.09%。
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0.33%时，强度性能偏低，当Si含量高于0.40%时，钢的韧性下降。因此，本发明Si选择在0.33~0.40%。
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1.41%时，正火后强度性能较低，当Mn含量高于1.61%时，钢中偏析会较明显，影响耐蚀性能。因此，本发明Mn选择在1.41~1.61%。
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0.038%时，细化晶粒效果不理想，当Nb含量大于0.051%时，容易产生晶间裂纹。因此，本发明Nb选择在0.038~0.051%。
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。Als还能起到细化晶粒作用，因此，本发明Als选择在0.03~0.040%。
Cr能高钢的强度，对钢的耐腐蚀性能均有积极的影响。当Cr含量低于0.40%时，钢板强度和耐蚀性能均达不到要求，当Cr含量高于0.80%时，钢板低温冲击韧性差，且抗拉强度超标，延伸率不合。因此，本发明Cr选择在0.40~0.80%。
本发明与现有技术相比，在其成分不添加Cu、Ni、V、Ti元素情况下，经采用其成分及经热轧+正火工艺，所生产的钢板正火后不仅屈服强度不低于360MPa，抗拉强度在520~580MPa，延伸率A≥30%，且-50℃KV2≥300J，耐腐蚀速率不超过1.32 g/m2·h ，成本也会得到降低。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。
本发明各实施例均按照以下步骤生产：
1）冶炼并连铸成坯后，将铸坯加热到1210~1250℃，并在此温度下保温3~4.5h；
2）按照两阶段方式进行常规热轧，轧后并空冷至室温；
3）进行正火，控制钢板正火温度在840~860℃，并在此温度下保温26~35min。
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
实施例 1 2 3 4 5 6 7 8 对比例1 对比例2
ReL/MPa 360 368 372 387 391 395 410 415 315 354
Rm/MPa 520 532 539 546 553 564 571 580 470 490
A/% 35 32 33 31 32 34 32 31 21 19
-50KV2/J 335 324 326 334 312 327 325 310 150 135
腐蚀速率（g/m2·h） 1.31 1.25 1.21 1.12 1.26 1.23 1.18 1.08 3.02 2.88
从表3可以看出，本发明试验钢板经进行常温拉伸实验，-50℃纵向冲击试验和96h的周浸腐蚀试验，其延伸率A均不低于30%，说明本发明钢具有良好的塑韧性；-50℃冲击功值较在300J以上，说明本发明钢具有更为优异的低温韧性；耐蚀速率要明显低，不超过1.31g/m2·h。总之，本发明钢具有更为优异的机械性能和耐蚀性能。且由于本发明钢采用热轧+正火工艺，使同一钢板上性能稳定均匀。
本具体实施方式仅为最佳例举，并非对本发明技术方案的限制性实施。

Claims (2)

1.一种含Cr的低温韧性优异的正火态耐蚀风电钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.04~0.09%，Si：0.33~0.40%，Mn：1.48~1.61%，P：≤0.015%，S：≤0.008%，Als：0.030~0.040%，Nb：0.038~0.051%，Cr：0.52~0.8%，其余为Fe及不可避免的杂质；并满足公式：Cr/(10*C)：0.87~1.00；（Cr+Mn）/（Als+Nb）：19.23~20.37；生产方法：
1）冶炼并连铸成坯后，将铸坯加热到1210~1250℃，并在此温度下保温3~4.5h；
2）按照两阶段方式进行常规热轧，轧后并空冷至室温；
3）进行正火，控制钢板正火温度在840~860℃，并在此温度下保温26~35min。
2.生产如权利要求1所述的 一种含Cr的低温韧性优异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1210~1250℃，并在此温度下保温3~4.5h；
2）按照两阶段方式进行常规热轧，轧后并空冷至室温；
3）进行正火，控制钢板正火温度在840~860℃，并在此温度下保温26~35min。
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