CN107686941A

CN107686941A - 一种焊接性能优良的风电塔筒用钢板及其生产方法

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Publication number: CN107686941A
Application number: CN201710686323.4A
Authority: CN
Inventors: 邓建军; 赵文忠; 李�杰; 赵喜伟; 龙杰; 刘利香; 王青; 刘丹; 付振坡; 袁平
Original assignee: Wuyang Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Wuyang Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2017-08-11
Filing date: 2017-08-11
Publication date: 2018-02-13

Abstract

本发明公开了一种焊接性能优良的风电塔筒用钢板及其生产方法，所述钢板的化学成分组成及质量百分含量为：C：0.05～0.10%，Si：0.25～0.45%，Mn：1.20～1.70%，P≤0.018%，S≤0.005%，Nb：0.025～0.045%，V：0.025～0.045%，Al：0.020～0.050%，其余为Fe和其它不可避免的杂质；生产方法包括炼钢、连铸、轧制工序。本发明通过合理的化学成分设计，采用炼钢、连铸及控轧工艺，使钢板的综合性能良好，屈服强度≥345MPa，抗拉强度470‑630MPa，‑40℃纵向冲击功≥27J，满足用户对风电塔筒用钢板优良焊接性能的要求，应用前景广阔。

Description

一种焊接性能优良的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，具体涉及一种焊接性能优良的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，具有良好的环保效益和生态效益，对环保要求越来越严的今天，发展风能对我国清洁能源的发展具有重要意义。目前，国内风电产业技术已经比较成熟，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状，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，焊接时都是采用自动焊接机进行焊接，这都要求钢板必须有优良的焊接性能。为了满足风电塔筒用钢优良的焊接性能以及其它工艺性能，设计了一种焊接性能优良风电塔筒用钢，通过对炼钢、连铸、轧制控制，得到了一种内部组织均匀，焊接性能优良，强韧性匹配好，性能稳定的风电塔筒用钢。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种焊接性能优良的风电塔筒用钢板；本发明还提供了一种焊接性能优良的风电塔筒用钢板的生产方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种焊接性能优良的风电塔筒用钢板，所述钢板的化学成分组成及质量百分含量为：C：0.05～0.10%，Si：0.25～0.45%，Mn：1.20～1.70%，P≤0.018%，S≤0.005%，Nb：0.025～0.045%，V：0.025～0.045%，Al：0.020～0.050%，其余为Fe和其它不可避免的杂质。

本发明所述钢板厚度为30～60mm，钢板组织为铁素体和珠光体。

本发明所述钢板屈服强度≥345MPa，抗拉强度470-630MPa，V型纵向-40℃冲击功≥27J。

本发明还提供了一种焊接性能优良的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；所述连铸工序连铸坯的化学成分组成及质量百分含量为：C：0.05～0.10%，Si：0.25～0.45%，Mn：1.20～1.70%，P≤0.018%，S≤0.005%，Nb：0.025～0.045%，V：0.025～0.045%，Al：0.020～0.050%，其余为Fe和其它不可避免的杂质；所述轧制工序采用Ⅱ型控轧轧制工艺。

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，全程吹氩良好，总精炼时间≥40min，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，真空度≤66.7Pa，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0.5-1.0kg/t钢水的钙线进行钙处理，催使夹杂物上浮。

本发明所述连铸工序，利用330mm断面连铸机，结晶器液面采用自动控制，要求波动范围±3mm，过热度控制在15-30℃，强化凝固末端应用强冷技术，浇铸成大断面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T＜600℃时，加热速度≤150℃/h；炉温在600℃≤T≤1200℃时，加热速度≤300℃/h；最高加热温度1260℃，均热段温度1220-1240℃，总加热系数≥1min/mm。

本发明所述轧制工序，采用Ⅱ型控轧轧制工艺，Ⅰ阶段开轧温度1050-1150℃，采用大压下轧制，晾钢厚度为h+50mm，h为成品钢板厚度；Ⅱ阶段开轧温度850-900℃，终轧温度800-850℃。

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600-650℃。

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，连铸过程中采用大断面和强化凝固末端强冷技术，浇铸成大断面高内部质量的连铸坯，轧制时采用Ⅱ型控轧轧制工艺，加上快冷高返红工艺，得到连铸坯成材规格30-60mm。本发明的交货状态为控轧，通过采用合理的化学成分设计，炼钢、连铸、轧制、轧后强冷工艺得到的焊接性能优良的风电塔筒用钢板，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：0.05～0.10%，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强度低，也会增大冶炼难度，碳含量过高，使钢的冲击韧性降低，焊接性能也大幅度降低。

Si：0.25～0.45%，硅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，同时降低钢的焊接性能。

Mn：1.20～1.70%，锰的成本低廉，且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；但锰含量过高，会降低钢的抗腐蚀能力和焊接性能。

P≤0.018%，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，使焊接性能变坏，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：0.025～0.045%，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。

V：0.025～0.045%，钒是钢的良好脱氧剂，在钢中能细化晶粒，提高钢的强度和韧性，钒与碳形成的碳化物，在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力。

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，铝含量过高影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能。

本发明焊接性能优良的风电塔筒用钢板力学性能检测标准参考GB/T1591-2008。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：1、本发明焊接性能优良的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。3、本发明利用连铸坯成材提高金属收得率，大幅度降低生产成本。4、本发明通过合理的控轧工艺，使钢板具体良好的综合性能，满足用户对风电塔筒用钢的高要求，应用前景广阔。5、本发明生产钢板内部组织均匀致密，组织为铁素体和珠光体。6、本发明生产钢板强韧性匹配良好，屈服强度≥3450MPa，抗拉强度470-630MPa，-40℃纵向冲击功≥27J。7、本发明的钢板钢质更纯净，杂质含量低P≤0.018%，S≤0.005%。8、本发明钢板的厚度规格是30-60mm。

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

本实施例焊接性能优良的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：0.10%，Si：0.25%，Mn：1.20%，P：0.015%，S：0.003%，Nb：0.035%，V：0.025%，Al：0.030%，其余为Fe和其它不可避免的杂质。

本实施例焊接性能优良的风电塔筒用钢板的生产方法包括炼钢、连铸、轧制工序，具体工艺步骤如下所述：

（1）炼钢工序：将初炼炉冶炼的钢水送入LF精炼炉进行精炼，在LF精炼过程中，全程吹氩良好，总精炼时间45min，白渣保持时间25min；精炼完毕后，将钢水送入VD炉进行真空脱气处理，真空度60Pa，真空保持时间16min，真空破坏后软吹8min，使夹杂物能够充分上浮，同时喂入0.5kg/t钢水的钙线进行钙处理，催使夹杂物上浮；

（2）连铸工序：利用330mm断面连铸机，结晶器液面采用自动控制，波动范围±3mm，中间包过热度为16℃，强化凝固末端应用强冷技术，浇铸成大断面高内部质量的连铸坯；

（3）轧制工序：连铸坯在连续炉加热，炉温为550℃，加热速度为150℃/h；最高加热温度1260℃，均热段温度1220℃，总加热系数1.1min/mm；

采用Ⅱ型控轧轧制工艺，Ⅰ阶段开轧温度1050℃，采用大压下轧制，晾钢厚度80mm，Ⅱ阶段开轧温度860℃，终轧温度830℃；

（4）采用高冷速高返红工艺，钢板轧制后快速冷却，然后等待返红温度升高，返红温度控制在600℃。

冷却后得到的钢板组织为铁素体和珠光体，钢板屈服强度360MPa，抗拉强度470MPa，V型纵向-40℃冲击功36J，所生产的风电塔筒用钢板焊接性能优良，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

本实施例焊接性能优良的风电塔筒用钢板厚度60mm，其化学成分组成及质量百分含量为：C：0.05%，Si：0.35%，Mn：1.70%，P：0.018%，S：0.005%，Nb：0.025%，V：0.045%，Al：0.020%，其余为Fe和其它不可避免的杂质。

（1）炼钢工序：将初炼炉冶炼的钢水送入LF精炼炉进行精炼，在LF精炼过程中，全程吹氩良好，总精炼时间40min，白渣保持时间30min；精炼完毕后，将钢水送入VD炉进行真空脱气处理，真空度66.7Pa，真空保持时间15min，真空破坏后软吹9min，使夹杂物能够充分上浮，同时喂入0.8kg/t钢水的钙线进行钙处理，催使夹杂物上浮；

（2）连铸工序：利用330mm断面连铸机，结晶器液面采用自动控制，波动范围±3mm，中间包过热度为15℃，强化凝固末端应用强冷技术，浇铸成大断面高内部质量的连铸坯；

（3）轧制工序：连铸坯在连续炉加热，炉温为600℃，加热速度为240℃/h；最高加热温度1260℃，均热段温度1240℃，总加热系数1.0min/mm；

采用Ⅱ型控轧轧制工艺，Ⅰ阶段开轧温度1070℃，采用大压下轧制，晾钢厚度110mm，Ⅱ阶段开轧温度900℃，终轧温度850℃；

（4）采用高冷速高返红工艺，钢板轧制后快速冷却，然后等待返红温度升高，返红温度控制在650℃。

冷却后得到的钢板组织为铁素体和珠光体，钢板屈服强度345MPa，抗拉强度606MPa，V型纵向-40℃冲击功27J，所生产的风电塔筒用钢板焊接性能优良，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

本实施例焊接性能优良的风电塔筒用钢板厚度38mm，其化学成分组成及质量百分含量为：C：0.08%，Si：0.45%，Mn：1.50%，P：0.013%，S：0.002%，Nb：0.045%，V：0.035%，Al：0.050%，其余为Fe和其它不可避免的杂质。

（1）炼钢工序：将初炼炉冶炼的钢水送入LF精炼炉进行精炼，在LF精炼过程中，全程吹氩良好，总精炼时间50min，白渣保持时间35min；精炼完毕后，将钢水送入VD炉进行真空脱气处理，真空度50Pa，真空保持时间17min，真空破坏后软吹10min，使夹杂物能够充分上浮，同时喂入1.0kg/t钢水的钙线进行钙处理，催使夹杂物上浮；

（2）连铸工序：利用330mm断面连铸机，结晶器液面采用自动控制，波动范围±3mm，中间包过热度为30℃，强化凝固末端应用强冷技术，浇铸成大断面高内部质量的连铸坯；

（3）轧制工序：连铸坯在连续炉加热，炉温为1200℃，加热速度为300℃/h；最高加热温度1260℃，均热段温度1230℃，总加热系数1.2min/mm；

采用Ⅱ型控轧轧制工艺，Ⅰ阶段开轧温度1150℃，采用大压下轧制，晾钢厚度88mm，Ⅱ阶段开轧温度850℃，终轧温度800℃；

（4）采用高冷速高返红工艺，钢板轧制后快速冷却，然后等待返红温度升高，返红温度控制在630℃。

冷却后得到的钢板组织为铁素体和珠光体，钢板屈服强度400MPa，抗拉强度630MPa，V型纵向-40℃冲击功60J，所生产的风电塔筒用钢板焊接性能优良，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

本实施例焊接性能优良的风电塔筒用钢板厚度45mm，其化学成分组成及质量百分含量为：C：0.10%，Si：0.40%，Mn：1.40%，P：0.016%，S：0.003%，Nb：0.030%，V：0.035%，Al：0.040%，其余为Fe和其它不可避免的杂质。

（1）炼钢工序：将初炼炉冶炼的钢水送入LF精炼炉进行精炼，在LF精炼过程中，全程吹氩良好，总精炼时间46min，白渣保持时间31min；精炼完毕后，将钢水送入VD炉进行真空脱气处理，真空度62Pa，真空保持时间18min，真空破坏后软吹10min，使夹杂物能够充分上浮，同时喂入0.7kg/t钢水的钙线进行钙处理，催使夹杂物上浮；

（2）连铸工序：利用330mm断面连铸机，结晶器液面采用自动控制，波动范围±3mm，中间包过热度为25℃，强化凝固末端应用强冷技术，浇铸成大断面高内部质量的连铸坯；

（3）轧制工序：连铸坯在连续炉加热，炉温为900℃，加热速度为280℃/h；最高加热温度1260℃，均热段温度1240℃，总加热系数1.2min/mm；

采用Ⅱ型控轧轧制工艺，Ⅰ阶段开轧温度1100℃，采用大压下轧制，晾钢厚度95mm，Ⅱ阶段开轧温度870℃，终轧温度830℃；

（4）采用高冷速高返红工艺，钢板轧制后快速冷却，然后等待返红温度升高，返红温度控制在640℃。

冷却后得到的钢板组织为铁素体和珠光体，钢板屈服强度420MPa，抗拉强度610MPa，V型纵向-40℃冲击功55J，所生产的风电塔筒用钢板焊接性能优良，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

1.一种焊接性能优良的风电塔筒用钢板，其特征在于，所述钢板的化学成分组成及质量百分含量为：C：0.05～0.10%，Si：0.25～0.45%，Mn：1.20～1.70%，P≤0.018%，S≤0.005%，Nb：0.025～0.045%，V：0.025～0.045%，Al：0.020～0.050%，其余为Fe和其它不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的一种焊接性能优良的风电塔筒用钢板，其特征在于，所述钢板厚度为30～60mm，钢板组织为铁素体和珠光体。

3.根据权利要求1所述的一种焊接性能优良的风电塔筒用钢板，其特征在于，所述钢板屈服强度≥345MPa，抗拉强度470-630MPa，V型纵向-40℃冲击功≥27J。

4.基于权利要求1-3任意一项所述的一种焊接性能优良的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；所述连铸工序连铸坯的化学成分组成及质量百分含量为：C：0.05～0.10%，Si：0.25～0.45%，Mn：1.20～1.70%，P≤0.018%，S≤0.005%，Nb：0.025～0.045%，V：0.025～0.045%，Al：0.020～0.050%，其余为Fe和其它不可避免的杂质；所述轧制工序采用Ⅱ型控轧轧制工艺。

5.根据权利要求4所述的一种焊接性能优良的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，全程吹氩，总精炼时间≥40min，白渣保持时间≥25min。

6.根据权利要求4所述的一种焊接性能优良的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，真空度≤66.7Pa，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0.5-1.0kg/t钢水的钙线进行钙处理，催使夹杂物上浮。

7.根据权利要求4-6任意一项所述的一种焊接性能优良的风电塔筒用钢板的生产方法，其特征在于，所述连铸工序，利用330mm断面连铸机，结晶器液面采用自动控制，要求波动范围±3mm，过热度控制在15-30℃。

8.根据权利要求4-6任意一项所述的一种焊接性能优良的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T＜600℃时，加热速度≤150℃/h；炉温在600℃≤T≤1200℃时，加热速度≤300℃/h；最高加热温度1260℃，均热段温度1220-1240℃，总加热系数≥1min/mm。

9.根据权利要求4-6任意一项所述的一种焊接性能优良的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阶段开轧温度1050-1150℃，晾钢厚度为h+50mm，所述h为成品钢板厚度；Ⅱ阶段开轧温度850-900℃，终轧温度800-850℃。

10.根据权利要求4-6任意一项所述的一种焊接性能优良的风电塔筒用钢板的生产方法，其特征在于，所述轧制工序，采用高冷速高返红工艺，钢板轧制后快速冷却，返红温度600-650℃。