CN106521358B - 一种抗拉强度800MPa水电钢的生产方法 - Google Patents

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Abstract

一种抗拉强度800MPa水电钢的生产方法，属于高强水电钢生产技术领域。通过坯料选择；冶炼工艺，冶炼后钢中成品S≤0.005％，RH真空处理后，钢中氢≤1.5ppm，N≤45ppm，O≤20ppm；坯型设计，坯料400*2000*L，压缩比3.33；钢坏加热工艺，加热温度为1200～1240℃，轧制工艺；水冷工艺，开冷740～800℃，终冷610～650℃，冷速5～7℃/S；淬火工艺及回火工艺完成。优点在于：实现了大型水电机组厚钢材屈服强度、抗拉强度、延伸率、性能均满足要求。

Description

一种抗拉强度800MPa水电钢的生产方法
技术领域
本发明属于高强水电钢生产技术领域，特别涉及一种抗拉强度800MPa水电钢的生产方法。尤其涉及一种厚度80～120mm特厚高强水电钢的生产方法。
背景技术
近些年，随着国家能源结构的转型，水资源作为一种可再生能源有广阔的发展前景。我国水资源丰富，水力发电作为一种清洁能源正飞速发展。目前我国已建成抽水蓄能电站装机容量达到1091万千瓦，占全国总装机容量的1.35％，而一般工业国家抽水蓄能装机占比约在5％～10％。现国内抽水蓄能电站建设明显加速，在建规模达到约1400万千瓦，拟建和可行性研究阶段的抽水蓄能电站规划规模分别达到1500万千瓦和2000万千瓦，预计2020年我国抽水蓄能电站总装机容量将达到约6000万千瓦，钢材需求量约40万吨。
随着国家特大型水电站的建设，800MPa级高强水电钢逐渐占据设计主导，且钢材需求量呈逐渐增加趋势。800MPa高强电钢板主要用于水电站的引水管道系统，包括钢管、钢岔管和蜗壳，以及水电机组等相关设备。特别是大型水电机组对钢材要求最大厚度达到120mm，性能要求满足低碳当量、低地裂纹敏感性，-30℃厚度1/2冲击＞100J。因此，800MPa级别80～120mm特厚高强水电钢开发及应用，是中厚板产品研发的一个新课题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种抗拉强度800MPa水电钢的生产方法，解决了生产高抗拉强度、特厚规格并满足低碳当量、低地裂纹敏感性，且具有优良冲击韧性的特厚规格高强水电钢的问题。
一种抗拉强度800MPa的水电钢，其化学成分质量百分比为，C：0.06～0.09％，Si：≤0.15％，Mn：0.95～1.05％，P≤0.012％，S：≤0.005％，Nb：0.010～0.020％，V：0.040～0.050％，Ti：0.015～0.025％，Ni：1.25～1.55％，Cr：0.25～0.35％，Cu：0.15～0.25％，Mo：0.45～0.55％，B：0.0009～0.0020％，Alt：0.010～0.040％，余量为铁Fe和不可避免的杂质。
上述元素满足如下关系：Ceq JIS:0.42～0.47％，Pcm:0.19～0.24％；裂纹敏感性指数：Pcm％＝C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B；碳当量技术公式：CeqJIS＝C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4。
一种抗拉强度800MPa水电钢的生产方法，通过坯料选择、冶炼工艺、坯型设计、钢坏加热工艺、轧制工艺、水冷工艺、淬火工艺及回火工艺完成。具体步骤及参数如下：
1、坯料选择：连铸坯料的化学成分质量百分比为：C：0.06～0.09％，Si：≤0.15％，Mn：0.95～1.05％，P≤0.012％，S：≤0.005％，Nb：0.010～0.020％，V：0.040～0.050％，Ti：0.015～0.025％，Ni：1.25～1.55％，Cr：0.25～0.35％，Cu：0.15～0.25％，Mo：0.45～0.55％，B：0.0009～0.0020％，Alt：0.010～0.040％，余量为铁Fe和不可避免的杂质。
2、冶炼工艺：经过铁水预处理扒渣脱硫和LF炉深脱硫的钢水，钢中成品S≤0.005％。转炉采用双渣法、挡渣出钢和留钢操作，达到成品P≤0.012％。RH真空处理后，钢中氢≤1.5ppm，N≤45ppm，O≤20ppm。板坯连铸过程采用动态轻压下技术和动态二冷配水技术，铸坯低倍中心偏析达到C类1.0级及以下，其它缺陷均在1.0级以下。
3、坯型设计：板坯由400mm板坯连铸机浇铸，坯料尺寸400*2000*L，压缩比3.33。
4、钢坯加热工艺：加热温度为1200～1240℃，钢坯加热时间≥6.3小时，以使合金元素Ni、Cr、Mo、Nb等合金元素充分溶解。
5、轧制工艺：钢坯采用控轧轧制，开轧温度在1050～1130℃，再轧温度850～890℃，终轧温度在820～860℃；粗轧阶段：轧机咬入速度1.0m/s，加速度0.5m/s2，最大轧制速度1.5m/s，单道次最大压下率达到28.13％，粗轧阶段总道次压下率＞60％，精轧阶段总道次压下率＞20％。
6、水冷工艺：轧后利用ACC自动水冷，开冷温度740～800℃，终冷温度610～650℃，冷速5～7℃/S。
7、淬火工艺：钢板加热到890～910℃，保温时间120min，利用淬火机进行淬火。淬火机开启20组集管，每组集管水量开到最大，高压段辊道速度1.5m/min。钢板进入低压段后摆动25min，保证钢板出淬火机时温度达到或接近室温状态。
8、回火工艺：钢板加热到600～650℃，钢板心部达到炉温后开始保温，保温时间120min。
本发明的化学组分设计原理如下：
碳：碳是保证钢板淬透性的重要合金元素，也是决定碳当量的重要因素，对钢的强度、韧性、塑性及焊接性均有较大影响。碳含量过高，影响钢板焊接性能。碳含量过低，影响钢板整体强度，在保证本发明钢板所需要强度的前提下，碳含量的范围：0.06％～0.09％。
硅：脱氧的必要元素，具有一定的固溶强化作用，过高会影响钢的韧性及特厚板性能均匀性，本发明中硅的范围：≤0.15％。
锰：钢中重要的固溶强化元素，可降低相变温度，细化组织亚结构，在强化钢板的同时改善韧性；同时，可提高淬透性。若锰含量过高，造成偏析对焊接及韧性不利，本发明锰的范围：0.95％～1.05％。
镍：提高钢的低温韧性，改善塑性。对于120mm特厚板，改善厚度1/4、1/2处低温冲击性能，是不可缺少的合金元素，本发明镍的范围：1.25～1.55％。
铬：增加钢的淬透性，细化组织，降低韧脆转变温度；与锰配合使用，可提高钢的淬硬性，改善钢的力学性能；铬比锰的偏析倾向小，以铬代替部分锰，可减少钢板心部偏析，改善钢板内部质量，提高力学性能的均匀性；本发明铬含量范围：0.25～0.35％。
钼：可以显著增加钢的淬透性及淬硬性，细化淬火后钢的显微组织，提高韧性。但因钼是一种贵重合金，为降低成本，在保证性能的前提下，根据实际钢板厚度，选择少加不加钼，本发明钼的范围：0.45～0.55％。
铌、钛、钒：铌、钛均是强碳及氮化合物形成元素，在钢坯加热及轧制过程中，钉扎奥氏体晶界并阻止奥氏体晶粒过度长大；在轧制水冷过程中，钒做为微合金元素，沉淀析出一定量的碳氮化物，提高钢的强度。根据实际需要，本发明适当加入铌、钛、钒三种微合金元素。
硼：显著提高钢的淬透性比较有效的元素，极易在晶界偏析，阻止碳的析出，微量的硼即可起到明显的作用。但硼含量过高，易形成硼的碳氮化物，降低韧性并引起热脆，其合理范围：0.0009～0.0020％。
磷、硫：钢中有害元素，对冲击和韧性不利；本发明采用纯净钢生产技术，尽量减少磷、硫元素对钢性能的不利影响。
特厚高强水电钢的的显微组织为回火马氏体与回火贝氏体。
本发明的优点在于：实现了大型水电机组对80～120mm厚度钢材要求，屈服强度630～750MPa，抗拉强度710～900MPa，延伸率≥15％，性能要求满足-30℃厚度1/4及1/2冲击＞100J的要求。
附图说明
图1为典型压下规程示意图。
图2为钢板上部1/4位置淬火态金相组织图。
图3为钢板中心部位淬火态金相组织图。
图4为钢板下部1/4位置淬火态金相组织图。
图5为钢板上部1/4位置回火态金相组织图。
图6为钢板中心部位回火态金相组织图。
图7为钢板下部1/4位置回火态金相组织图。
具体实施方式
实施例1
1、坯料选择：钢板化学成分按表1所示控制。
表1钢坯冶炼成分(wt％)
C Si Mn P S Alt Ni Cr
0.068 004 0.97 0.008 0.0041 0.02 1.474 0.298
Mo Cu Nb V Ti B Ceq Pcm
0.508 0.193 0.014 0.042 0.016 0.0014 0.46 0.21
以上实施例均为化学成分重量百分比，余量均为Fe和不可避免杂质元素。
2、冶炼工艺：首先铁水脱硫扒渣，经过100吨转炉冶炼，转炉采用双渣法、挡渣出钢和留钢操作，钢水LF炉精炼处理，再经过RH真空处理，钢中氢含量1.2ppm，N含量40ppm，O含量15ppm。板坯连铸过程采用动态轻压下技术和动态二冷配水技术，铸坯低倍中心偏析达到C类1.0级及以下，其它缺陷均在1.0级以下。
3、坯型设计：钢水经过首秦公司400mm板坏连铸机浇铸成400mm×2000mm×L规格钢坯，压缩比3.33。
4、钢坏加热工艺：钢坯经加热炉加热到加热温度为1220℃，钢坯加热时间为380min，以使合金元素Ni、Cr、Mo、Nb等合金元素充分溶解。
5、轧制工艺：钢坯出炉后经过双机架轧机轧制，采用控轧轧制，采用低速、大压下率轧制，单道次最大压下量率达到28.13％，粗轧阶段总道次压下率62.5％，精轧阶段总道次压下率20％。钢坯开轧温度在1080℃，再轧温度880℃，终轧温度在840℃；粗轧阶段：轧机咬入速度1.0m/s，加速度0.5m/s2，最大轧制速度1.5m/s。
6、水冷工艺：轧后利用ACC自动水冷，开冷温度800℃，终冷温度650℃，冷速6℃/S。
7、淬火工艺：钢板加热到温度910℃，保温时间120min；利用淬火机进行淬火，淬火机开启20组集管，每组集管水量开到最大，高压段辊道速度1.5m/min。钢板进入低压段后摆动25min，保证钢板出淬火机时温度达到或接近室温状态。淬火机水量设置如下表2所示：
表2淬火机水量参数/m3/h
规格/mm Flow 1 Flow 2 Flow 3 Flow 4 Flow 5 Flow 6 Flow 7 Flow 8 Flow 9 Flow 10
120 170 619 170 221 880 221 95 490 95 90
规格/mm Flow 11 Flow 12 Flow 13 Flow 14 Flow 15 Flow 16 Flow 17 Flow 18 Flow 19 Flow 20
120 500 90 490 650 555 1214 418 1050 418 1050
8、回火工艺：钢板加热到640℃，钢板心部达到炉温后开始保温，保温时间120min。
钢板淬火+回火后的钢板进行纵向拉伸和厚度1/4、厚度1/2纵向冲击试验。性能如表3所示。从表3可知，本发明120mm高强水电钢屈服强度690～760MPa，抗拉强度780～845MPa，延伸率18～25％，厚度1/4处-40℃冲击功＞100J，厚度1/2处-40℃冲击功＞100J。淬火+回火处理后性能如下表3所示：
表3回火钢板性能
注：Rp0.2(屈服强度)、Rm(抗拉强度)、A(断后伸长率)、AKv(冲击)Min～Max/Ave(最小值～最大值/平均值)、Q(厚度1/4处)、C(厚度1/2处)。

Claims (1)

1.一种抗拉强度800MPa水电钢的生产方法，通过坯料选择、冶炼工艺、坯型设计、钢坏加热工艺、轧制工艺、水冷工艺、淬火工艺及回火工艺完成生产，其特征在于，具体步骤及参数如下：
1)坯料选择：连铸坯料的化学成分质量百分比为：C：0.06～0.09％，Si：≤0.15％，Mn：0.95～1.05％，P≤0.012％，S：≤0.005％，Nb：0.010～0.020％，V：0.040～0.050％，Ti：0.015～0.025％，Ni：1.25～1.55％，Cr：0.25～0.35％，Cu：0.15～0.25％，Mo：0.45～0.55％，B：0.0009～0.0020％，Alt：0.010～0.040％，余量为铁Fe和不可避免的杂质；
2)冶炼工艺：经过铁水预处理扒渣脱硫和LF炉深脱硫的钢水；转炉采用双渣法、挡渣出钢和留钢操作；RH真空处理后；板坯连铸过程采用动态轻压下技术和动态二冷配水技术；
3)坯型设计：板坯由400mm板坯连铸机浇铸，坯料尺寸400*2000*L，压缩比3.33；
4)钢坯加热工艺：加热温度为1200～1240℃，钢坯加热时间≥6.3小时；
5)轧制工艺：钢坯采用控轧轧制，开轧温度在1050～1130℃，再轧温度850～890℃，终轧温度在820～860℃；粗轧阶段：轧机咬入速度1.0m/s，加速度0.5m/s2，最大轧制速度1.5m/s，单道次最大压下率达到28.13％，粗轧阶段总道次压下率＞60％，精轧阶段总道次压下率＞20％；
6)水冷工艺：轧后利用ACC自动水冷，开冷温度740～800℃，终冷温度610～650℃，冷速5～7℃/S；
7)淬火工艺：钢板加热到890～910℃，保温时间120min，利用淬火机进行淬火；淬火机开启20组集管，每组集管水量开到最大，高压段辊道速度1.5m/min；钢板进入低压段后摆动25min，保证钢板出淬火机时温度达到或接近室温状态；
8)回火工艺：钢板加热到600～650℃，钢板心部达到炉温后开始保温，保温时间120min；
步骤1)中经过冶炼工艺，钢中成品S≤0.005％；P≤0.012％；钢中氢≤1.5ppm；N≤45ppm；O≤20ppm；
铸坯低倍中心偏析达到C类1.0级及以下，其它缺陷均在1.0级以下；
生产出的水电钢化学成分质量百分比为，C：0.06～0.09％，Si：≤0.15％，Mn：0.95～1.05％，P≤0.012％，S：≤0.005％，Nb：0.010～0.020％，V：0.040～0.050％，Ti：0.015～0.025％，Ni：1.25～1.55％，Cr：0.25～0.35％，Cu：0.15～0.25％，Mo：0.45～0.55％，B：0.0009～0.0020％，Alt：0.010～0.040％，余量为铁Fe和不可避免的杂质；
其化学元素满足如下关系：Ceq JIS:0.42～0.46％，Pcm:0.19～0.24％；裂纹敏感性指数：Pcm％＝C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B；碳当量技术公式：CeqJIS＝C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4。
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