CN107267863A - 一种低成本低碳当量风电塔筒用钢板及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低成本低碳当量风电塔筒用钢板及其生产方法，所述钢板化学成分组成及质量百分含量为：C：0.05～0.09%，Si：0.30～0.50%，Mn：1.00～1.50%，P≤0.015%，S≤0.005%，Nb：0.025～0.040%，Al：0.020～0.050%，其余为Fe及不可避免的杂质；生产方法包括炼钢、连铸、轧制工序。本发明化学成分设计合理，采用炼钢、连铸及合理的控轧工艺，使钢板具体良好的综合性能，满足用户对风电塔筒钢板高韧性、高焊接性能的要求，应用前景广阔。钢板厚度规格18‑40mm，屈服强度≥350MPa，抗拉强度470‑630MPa，‑40℃纵向冲击功≥35J。

Description

一种低成本低碳当量风电塔筒用钢板及其生产方法

技术领域

本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种低成本低碳当量风电塔筒用钢板及其生产方法。

背景技术

风能是一种清洁、安全、低碳环保的可再生能源，利用风能发电对环境无污染，生态无破坏，环保效益和生态效益良好，对于环保要求越来越严的今天，风能的发展对于人类社会可持续发展具有重要意义。目前，国内风电产业技术逐步成熟，风电塔筒广泛应用在沿海、高山、平原等各个风能充足的地方，但是由于地质、环境的限制，以及四季的交替变化，导致风电塔筒的使用环境较为恶劣，因此要求风电塔筒所用钢板，要有较高的使用性能，风电塔筒绝大数都是采用分节连接，每节都是利用钢板焊接卷制成筒装，然后将每个筒节焊接在一起，由于风电塔筒的使用环境决定了所有焊接处都不能存在缺陷，要求钢板必须有良好的焊接性能。每个风电塔筒需要将近上百吨钢板，为了降低生产成本，同时又保证钢板的良好焊接性能以及其它工艺性能，因此设计了一种低成本低碳当量风电塔筒用钢板，通过对炼钢、连铸、轧制工序控制，得到一种生产成本低，内部组织均匀，焊接性能优良，性能稳定的低成本低碳当量风电塔筒用钢板。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种低成本低碳当量风电塔筒用钢板；本发明还提供一种低成本低碳当量风电塔筒用钢板的生产方法。

为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案是：一种低成本低碳当量风电塔筒用钢板，所述钢板化学成分组成及质量百分含量为：C：0.05～0.09%，Si：0.30～0.50%，Mn：1.00～1.50%，P≤0.015%，S≤0.005%，Nb：0.025～0.040%，Al：0.020～0.050%，其余为Fe及不可避免的杂质。

本发明所述钢板厚度为18-40mm。

本发明所述钢板碳当量低，焊接性能优良，强韧性匹配良好，屈服强度≥350MPa，抗拉强度470-630MPa，V型纵向-40℃冲击功≥35J。

本发明还提供了一种低成本低碳当量风电塔筒用钢板的生产方法，所述方法包括炼钢、连铸、轧制工序；所述炼钢工序，LF炉精炼完毕后，将钢水送入VD炉进行真空脱气处理。

本发明所述炼钢工序，经过转炉冶炼的钢水送入LF精炼炉精炼，在LF精炼过程中，确保白渣保持时间≥25min。

本发明所述炼钢工序，LF炉精炼完毕后，将钢水送入VD炉进行真空脱气处理，要求高真空度≤66.7Pa，高真空保持时间≥15min，真空破坏后软吹8-10min，使夹杂物能够充分上浮，同时喂入1.5-2.0m/t钢水的钙线进行钙处理，促使夹杂物上浮。

本发明所述连铸工序，动态轻压下的压下率0.6-0.8mm/m，压下量8-10mm，凝固末端电磁搅拌电流400-420A，电磁搅拌频率5HZ，二冷区的比水量按0.8-0.9L/Kg控制，浇铸成高内部质量的连铸坯。

本发明所述轧制工序，连铸坯在连续炉加热，炉温<600℃时，加热速度≤4℃/min；炉温在600-1200℃时，加热速度≤6℃/min；最高加热温度1240-1280℃，均热段温度1230-1240℃，总加热时间≥10min/mm。

本发明所述轧制工序，采用Ⅱ型控轧轧制工艺，Ⅰ阶段大压下轧制，晾钢厚度为H+70mm，Ⅱ阶段开轧温度840-860℃，终轧温度810-830℃，所述H为钢板毫米厚度。

本发明所述轧制工序，采用高冷速高返红工艺，钢板轧制后快速冷却，返红温度为500-550℃。

本发明设计思路：

本发明通过合理的化学成分设计，在炼钢过程中通过精炼白渣控制，VD过程中通过钙处理和合理的软吹工艺，连铸过程中通过动态轻压下和电磁搅拌，轧制时采用Ⅱ型控轧轧制工艺，加上快冷高返红工艺，生产得到的连铸坯成材规格18-40mm。本发明的交货状态为控轧，采用本发明的化学成分设计，炼钢、连铸、轧制、轧后强冷工艺生得到的低成本低碳当量的风电塔筒用钢板，具有良好的内部组织均匀性和良好的冲击韧性，可以应用于各种地方的风电塔筒上。

其中，各化学成分及含量在本发明中的作用是：

C：0.05～0.09%，碳对钢的各种性能都有明显的影响，特别是钢的强度、冲击韧性、焊接性能。碳含量过低会使钢的硬度低，强度低，也会增大冶炼控制难度，碳含量过高，使钢的冲击韧性降低，特别是焊接性能大幅度降低。

Si：0.30～0.50%，是炼钢过程中主要的还原剂和脱氧剂，在镇静钢中都含有一定量的硅，硅能显著提高钢的弹性极限、屈服点和抗拉强度，但是Si含量超过0.5%时，会造成钢的韧性下降，降低钢的焊接性能。

Mn：1.00～1.50%，锰的成本低廉，是良好的脱氧剂和脱硫剂，能增加钢的韧性、强度、硬度，提高钢的淬透性，改善钢的热加工性能；锰含量过高，会减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。

P≤0.015%，在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，降低塑性，使冷弯性能变坏，在控制成本合理的情况下，尽量降低磷含量。

S≤0.005%，硫也是钢中的有害元素，增加钢的热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时容易产生裂纹，但是硫能增加钢的易切削性能，除非有特殊要求，在经济效益下应尽量降低钢中硫的含量。

Nb：0.025～0.040%，铌能促进钢显微组织的晶粒细化，同时提高强度和韧性，铌可在控轧过程中通过抑制奥氏体再结晶有效的细化显微组织，并通过析出强化提高钢淬透性，降低钢的过热敏感性及回火脆性，改善焊接性能。

Al：0.020～0.050%，铝是钢中常用的脱氧剂，钢中加入少量的铝，可细化晶粒，提高冲击韧性。铝还具有抗氧化性和抗腐蚀性能，过高则影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能。

低成本低碳当量风电塔筒用钢板力学性能检测标准参考GB/T1591-2008。

采用上述技术方案产生的有益效果在于：1、本发明的低成本低碳当量风电塔筒用钢板化学成分设计合理，钢板内部组织均匀，加入的贵金属少，成本低，市场竞争力强。2、本发明采用LF、VD、钙处理及软吹工艺减少钢水产生的内生夹杂；利用连铸坯成材提高金属收得率，大幅度降低生产成本。3、本发明通过合理的控轧工艺，使钢板具有良好的综合性能，满足用户对风电塔筒用钢板的高要求，应用前景广阔。4、本发明生产钢板内部组织均匀致密，碳当量低，焊接性能优良，钢质更纯净，杂质含量低P≤0.015%，S≤0.005%，O≤0.0012%。5、本发明生产钢板厚度规格为18-40mm，强韧性匹配良好，屈服强度≥350MPa，抗拉强度470-630MPa，-40℃纵向冲击功≥35J。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明。

实施例1

本实施例低成本低碳当量风电塔筒用钢板厚度18mm，其化学成分组成及质量百分含量为：C：0.050%，Si：0.40%，Mn：1.20%，P：0.010%，S：0.003%，Nb：0.030%，Al：0.050%，O：0.0008%，其余为Fe及不可避免的杂质。

本实施例低成本低碳当量风电塔筒用钢板的生产方法包括炼钢、连铸、轧制工序，具体工艺步骤如下：

（1）炼钢工序：将初炼炉冶炼的钢水送入LF精炼炉进行精炼，LF精炼过程中，白渣保持时间25min；精炼完毕后，将钢水送入VD炉真空脱气处理，真空度66.7Pa，真空保持时间15min，真空破坏后软吹时间8min，同时喂入钙线1.5m/t钢水进行钙处理；

（2）连铸工序：动态轻压下压下率0.6mm/m，压下量9mm，凝固末端电磁搅拌电流400A，电磁搅拌频率5HZ，二冷区配水比水量0.8L/Kg，浇铸成高内部质量的连铸坯；

（3）轧制工序：连铸坯在连续炉加热，温度<600℃时，加热速度3.6℃/min；温度为600-1200℃时，加热速度5.5℃/min；最高加热温度1240℃，均热段温度1230℃，总加热时间10min/mm；采用Ⅱ型控轧轧制工艺，Ⅰ阶段大压下轧制，晾钢厚度88mm，Ⅱ阶段开轧温度860℃，终轧温度810℃；采用高冷速高返红工艺，钢板轧制后快速冷却，返红温度550℃，冷却后得到低成本低碳当量风电塔筒用钢板，钢板组织主要为铁素体和珠光体。

钢板屈服强度382MPa，抗拉强度546MPa，V型纵向-40℃冲击功46J，所生产的低成本低碳当量风电塔筒用钢板强度高，冲击韧性和高温拉伸性能良好，组织均匀，性能稳定。

实施例2

本实施例低成本低碳当量风电塔筒用钢板厚度40mm，其化学成分组成及质量百分含量为：C：0.06%，Si：0.35%，Mn：1.50%，P：0.012%，S：0.004%，Nb：0.040%，Al：0.020%，O：0.0012%，其余为Fe及不可避免的杂质。

本实施例低成本低碳当量风电塔筒用钢板的生产方法包括炼钢、连铸、轧制工序，具体工艺步骤如下：

（1）炼钢工序：将初炼炉冶炼的钢水送入LF精炼炉进行精炼，LF精炼过程中，白渣保持时间35min；精炼完毕后，将钢水送入VD炉真空脱气处理，真空度45Pa，真空保持时间17min，真空破坏后软吹时间9min，同时喂入钙线1.6m/t钢水进行钙处理；

（2）连铸工序：动态轻压下压下率0.7mm/m，压下量8mm，凝固末端电磁搅拌电流410A，电磁搅拌频率5HZ，二冷区配水比水量0.9L/Kg，浇铸成高内部质量的连铸坯；

（3）轧制工序：连铸坯在连续炉加热，温度<600℃时，加热速度4.0℃/min；温度为600-1200℃时，加热速度5.0℃/min；最高加热温度1260℃，均热段温度1235℃，总加热时间10min/mm；采用采用Ⅱ型控轧轧制工艺，Ⅰ阶段大压下轧制，晾钢厚度110mm，Ⅱ阶段开轧温度855℃，终轧温度820℃；采用高冷速高返红工艺，钢板轧制后快速冷却，返红温度要求530℃，冷却后得到低成本低碳当量风电塔筒用钢板，钢板组织主要为铁素体和珠光体。

钢板屈服强度370MPa，抗拉强度596MPa，V型纵向-40℃冲击功36J，所生产的低成本低碳当量风电塔筒用钢板强度高，冲击韧性和高温拉伸性能良好，组织均匀，性能稳定。

实施例3

本实施例低成本低碳当量风电塔筒用钢板厚度25mm，其化学成分组成及质量百分含量为：C：0.09%，Si：0.50%，Mn：1.00%，P：0.015%，S：0.005%，Nb：0.025%，Al：0.030%，O：0.0010%，其余为Fe及不可避免的杂质。

本实施例低成本低碳当量风电塔筒用钢板生产方法包括炼钢、轧制、热处理工序，具体工艺步骤如下：

（1）炼钢工序：将初炼炉冶炼的钢水送入LF精炼炉进行精炼，LF精炼过程中，白渣保持时间30min；精炼完毕后，将钢水送入VD炉真空脱气处理，真空度60Pa，真空保持时间16min，真空破坏后软吹时间10min，同时喂入钙线2.0m/t钢水进行钙处理；

（2）连铸工序：动态轻压下压下率0.8mm/m，压下量10mm，凝固末端电磁搅拌电流420A，电磁搅拌频率5HZ，二冷区配水的比水量0.8L/Kg，浇铸成高内部质量的连铸坯；

（3）轧制工序：连铸坯在连续炉加热，温度<600℃时，加热速度3.7℃/min；温度为600-1200℃时，加热速度6.0℃/min；最高加热温度1245℃，均热段温度1232℃，总加热时间11min/mm；采用采用Ⅱ型控轧轧制工艺，Ⅰ阶段大压下轧制，晾钢厚度95mm，Ⅱ阶段开轧温度840℃，终轧温度830℃；采用高冷速高返红工艺，钢板轧制后快速冷却，返红温度要求500℃，冷却后得到低成本低碳当量风电塔筒用钢板，钢板组织主要为铁素体和珠光体。

钢板屈服强度408MPa，抗拉强度630MPa，V型纵向-40℃冲击功52J，所生产的低成本低碳当量风电塔筒用钢板强度高，冲击韧性和高温拉伸性能良好，组织均匀，性能稳定。

实施例4

本实施例低成本低碳当量风电塔筒用钢板厚度30mm，其化学成分组成及质量百分含量为：C：0.08%，Si：0.40%，Mn：1.40%，P：0.011%，S：0.002%，Nb：0.035%，Al：0.040%，O：0.0009%，其余为Fe及不可避免的杂质。

本实施例低成本低碳当量风电塔筒用钢板的生产方法包括炼钢、连铸、轧制工序，具体工艺步骤如下：

（1）炼钢工序：将初炼炉冶炼的钢水送入LF精炼炉进行精炼，LF精炼过程中，白渣保持时间25min；精炼完毕后，将钢水送入VD炉真空脱气处理，真空度50Pa，真空保持时间18min，真空破坏后软吹时间8min，同时喂入钙线1.8m/t钢水进行钙处理；

（2）连铸工序：动态轻压下压下率0.7mm/m，压下量10mm，凝固末端电磁搅拌电流410A，电磁搅拌的频率5HZ，二冷区配水的比水量0.9L/Kg，浇铸成高内部质量的连铸坯；

（3）轧制工序：连铸坯在连续炉加热，温度<600℃时，加热速度3.5℃/min；温度为600-1200℃时，加热速度5.2℃/min；最高加热温度1260℃，均热段温度1237℃，总加热时间10min/mm；采用采用Ⅱ型控轧轧制工艺，Ⅰ阶段大压下轧制，晾钢厚度100mm，Ⅱ阶段开轧温度845℃，终轧温度825℃；采用高冷速高返红工艺，钢板轧制后快速冷却，返红温度要求540℃，冷却后得到低成本低碳当量风电塔筒用钢板，钢板组织主要为铁素体和珠光体。

钢板屈服强度405MPa，抗拉强度630MPa，V型纵向-40℃冲击功35J，所生产的低成本低碳当量风电塔筒用钢板强度高，冲击韧性和高温拉伸性能良好，组织均匀，性能稳定。

实施例5

本实施例低成本低碳当量风电塔筒用钢板厚度20mm，其化学成分组成及质量百分含量为：C：0.07%，Si：0.30%，Mn：1.30%，P：0.013%，S：0.004%，Nb：0.031%，Al：0.025%，O：0.0008%，其余为Fe及不可避免的杂质。

本实施例低成本低碳当量风电塔筒用钢板的生产方法包括炼钢、连铸、轧制工序，具体工艺步骤如下：

（1）炼钢工序：将初炼炉冶炼的钢水送入LF精炼炉进行精炼，LF精炼过程中，白渣保持时间28min；精炼完毕后，将钢水送入VD炉真空脱气处理，真空度55Pa，真空保持时间17min，真空破坏后软吹时间9min，同时喂入钙线2.2m/t钢水进行钙处理；

（2）连铸工序：动态轻压下压下率0.6mm/m，压下量8mm，凝固末端电磁搅拌电流400A，电磁搅拌的频率5HZ，二冷区配水的比水量0.9L/Kg，浇铸成高内部质量的连铸坯；

（3）轧制工序：连铸坯在连续炉加热，温度<600℃时，加热速度3.0℃/min；温度为600-1200℃时，加热速度5.3℃/min；最高加热温度1280℃，均热段温度1240℃，总加热时间12min/mm；采用采用Ⅱ型控轧轧制工艺，Ⅰ阶段大压下轧制，晾钢厚度90mm，Ⅱ阶段开轧温度850℃，终轧温度820℃；采用高冷速高返红工艺，钢板轧制后快速冷却，返红温度要求535℃，冷却后得到低成本低碳当量风电塔筒用钢板，钢板组织主要为铁素体和珠光体。

钢板屈服强度350MPa，抗拉强度470MPa，V型纵向-40℃冲击功55J，所生产的低成本低碳当量风电塔筒用钢板强度高，冲击韧性和高温拉伸性能良好，组织均匀，性能稳定。

以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种低成本低碳当量风电塔筒用钢板，其特征在于，所述钢板化学成分组成及质量百分含量为：C：0.05～0.09%，Si：0.30～0.50%，Mn：1.00～1.50%，P≤0.015%，S≤0.005%，Nb：0.025～0.040%，Al：0.020～0.050%，其余为Fe及不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的一种低成本低碳当量风电塔筒用钢板，其特征在于，所述钢板厚度为18-40mm。

3.根据权利要求1所述的一种低成本低碳当量风电塔筒用钢板，其特征在于，所述钢板屈服强度≥350MPa，抗拉强度470-630MPa，V型纵向-40℃冲击功≥35J。

4.基于权利要求1-3任意一项所述的一种低成本低碳当量风电塔筒用钢板的生产方法，其特征在于，所述方法包括炼钢、连铸、轧制工序；所述炼钢工序，LF炉精炼完毕后，将钢水送入VD炉进行真空脱气处理。

5.根据权利要求4所述的一种低成本低碳当量风电塔筒用钢板的生产方法，其特征在于，所述炼钢工序，经过转炉冶炼的钢水送入LF精炼炉精炼，在LF精炼过程中，白渣保持时间≥25min。

6.根据权利要求4所述的一种低成本低碳当量风电塔筒用钢板的生产方法，其特征在于，所述炼钢工序，LF炉精炼完毕后，将钢水送入VD炉进行真空脱气处理，要求高真空度≤66.7Pa，高真空保持时间≥15min，真空破坏后软吹8-10min，同时喂入1.5-2.0m/t钢水的钙线进行钙处理。

7.根据权利要求4-6任意一项所述的一种低成本低碳当量风电塔筒用钢板的生产方法，其特征在于，所述连铸工序，动态轻压下的压下率0.6-0.8mm/m，压下量8-10mm，凝固末端电磁搅拌电流400-420A，电磁搅拌频率5HZ，二冷区的比水量按0.8-0.9L/Kg控制。

8.根据权利要求4-6任意一项所述的一种低成本低碳当量风电塔筒用钢板的生产方法，其特征在于，所述轧制工序，连铸坯在连续炉加热，炉温<600℃时，加热速度≤4℃/min；炉温在600-1200℃时，加热速度≤6℃/min；最高加热温度1240-1280℃，均热段温度1230-1240℃，总加热时间≥10min/mm。

9.根据权利要求4-6任意一项所述的一种低成本低碳当量风电塔筒用钢板的生产方法，其特征在于，所述轧制工序，采用Ⅱ型控轧轧制工艺，Ⅰ阶段大压下轧制，晾钢厚度为H+70mm，Ⅱ阶段开轧温度840-860℃，终轧温度810-830℃，所述H为钢板毫米厚度。

10.根据权利要求4-6任意一项所述的一种低成本低碳当量风电塔筒用钢板的生产方法，其特征在于，所述轧制工序，返红温度为500-550℃。