CN108085590A - 一种厚度为150～200mm高强度调质钢板S500QZ35及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种厚度为150～200mm高强度调质钢板S500QZ35，包含以下质量百分比的化学成分：C：0.08～0.13%、Si：≤0.20%、Mn：0.85～1.50、P：≤0.013、S：≤0.005、Nb：0.015～0.050、V：0.030～0.065、Mo:0.20～0.45、Ni：0.40～0.80、Cr:0.20～0.45、Als：0.030～0.060，且Cr+Mo+V≤0.85，其它为Fe和残余元素。与现有技术相比，不仅有效保证了钢板内部组织的均匀、细化，性能稳定，可复制性强，满足水电机组用钢板特殊要求，而且探伤质量优异，可广泛推广应用于制造水电设备部件。

Description

一种厚度为150～200mm高强度调质钢板S500QZ35及其生产 方法

技术领域

本发明涉及特厚调质钢板生产技术领域，具体涉及一种厚度为150～200mm高强度调质钢板S500QZ35及其生产方法。

背景技术

在传统能源日益紧张及环保形势严峻的情况下，世界各国普遍大力开发水电，利用水资源。2010年，我国国内已建成的水电站总装机容量已经突破2亿千瓦。据了解，在未来的5年之内，新增装机容量还将达到7000-8000万千瓦。到2015 年，全国常规水电装机容量达到2.84亿千瓦，2020年将达到3.3亿千瓦。“十二五”期间，金沙江、雅砻江、大渡河、澜沧江、怒江、黄河上游干流等6个大型水电基地以及雅鲁藏布江及其他河流将共有超过60个重点水电站开工建设。水电站发电机组用钢，受使用环境的限制要求，钢板必须具备良好低温冲击韧性、优异的抗层状撕裂性能、良好的抗环境腐蚀性能、良好的纵、横向性能、较低的碳当量及良好的焊接性能和较高的内部探伤质量等，钢板综合使用性能要求苛刻，生产难度大，附加值较高。

发明内容

针对上述水电站发电机组用钢质量使用要求，本发明经过实验摸索及大生产应用实践，成功获得了一种厚度为150～200mm高强度调质钢板S500QZ35及生产方法，从而完成了本发明。

本发明的目的在于提供一种厚度为150～200mm高强度调质钢板S500QZ35，具备良好低温冲击韧性、优异的抗层状撕裂性能、良好的抗环境腐蚀性能、良好的纵、横向性能、较低的碳当量及良好的焊接性能和较高的内部探伤质量，广泛应用于水电站建设中。

本发明的的另一目的在于提供一种厚度为150～200mm高强度调质钢板S500QZ35的生产方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种厚度为150～200mm高强度调质钢板S500QZ35，包含以下质量百分比的化学成分：C：0.08～0.13%、Si：≤0.20%、Mn：0.85～1.50、P：≤0.013、S：≤0.005、Nb：0.015～0.050、V：0.030～0.065、Mo: 0.20～0.45、Ni：0.40～0.80、Cr: 0.20～0.45、Als：0.030～0.060，且Cr+Mo+V≤0.85，其它为Fe和残余元素。

本发明钢种的化学成分设计，通过采用低C、适量Mn、Als，同时添加Cr、Mo、V、Ni、Nb等微合金元素来保证钢板的强韧性匹配。通过控制Si、P、S的含量，提升综合性能及探伤质量。通过控制Cr+Mo+V总量实现较低的碳当量水平，CEV＜0.55%，保证板材的焊接性能。

一种厚度为150～200mm高强度调质钢板S500QZ35的生产方法，其特征在于包括以下步骤：

1）锭型选择：采用水冷扁锭生产，其厚度、宽度可根据钢板规格进行无极调整。考虑压缩比及后续取样数量要求，成材率按照65%～75%设计，水冷锭扁锭厚度≥钢板厚度*（2～4），挑选合适的钢锭宽度，尽量不展宽，采用全纵轧工艺；

2）转炉冶炼：通过转炉加入优质边角料废钢作为入炉原料，减少微量有害元素的来源，净化钢水纯净度，转炉出钢C控制在0.06%以上，避免钢水过氧化，出钢温度≥1600℃、0.06%≤C≤0.08%、P≤0.006%；

3）LF精炼：在LF精炼过程中采用高碱度大渣料促使精炼快速成白渣，保证成品S≤0.003%；

4）VD处理：VD过程吹大氩气，钢水翻腾效果良好，减少钢水中气体含量，降低因气体含量过高引起的探伤不合风险，VD真空精炼后要求钢液中H含量≤1.5PPm；

4）模铸浇铸：浇注前对钢水进行软吹氩，确保钢水中夹杂物能够充分上浮，根据浇注温度及浇注锭型，浇注速度控制在15～20min内，浇注完毕后对帽口添加加保温剂，确保钢锭本体充分凝固；

5）加热：需经历预热及加热两个阶段：采用冷装装炉，装炉时锭温＜200℃，炉温控制在400℃以下。钢锭装炉后，将炉温升至400～500℃后保温，保温时间8～10小时，同时在保温中期对钢锭翻钢一次；通过长时间预热，减小钢锭表面与心部的温度梯度，同时减少锭温与炉温的差距；400～500℃保温结束后进入加热阶段，开始升温、保温，保温时炉温控制1270～1290℃，其中锭温不得超过1270℃，且不低于1250℃，高温段保温时间根据钢锭厚度定，按0.8～1.0min/mm计算保温时间，要求充分保温且钢锭温度均匀，以利于轧机压下；

6）轧制：采用热轧工艺轧制，开轧温度需保证＞980℃，若不满足，则要求钢锭回炉再加热，需抢温轧制，保证终轧温度不低于900℃，以保证后续堆冷温度要求，同时不高于950℃，防止奥氏体晶粒回复再长大，充分利于轧机设备能力保证大压下轧制：当压下厚度≥700mm时，道次压下率控制在9～15%内；当压下厚度＜700mm时，道次压下量＞60mm，轧制过程中严格控制轧机转速＜20rad/min，其利于轧制力向厚度中心充分渗透，最大限度压合内部疏松等缺陷；

7）堆冷：轧后不使用ACC，保证钢板具有较高的温度下线堆冷，要求堆冷温度650～850℃，并做好保温措施，降低冷速，其利于钢板在堆冷过程中进行扩氢，提高内部质量，钢板温度降至100℃以下后可拆垛；

8）热处理：因采用热轧工艺轧制，钢板轧态组织严重不均匀，综合力学性能差，需通过热处理工艺手段细化晶粒、均匀组织，提供各项力学性能；因钢板强度要求高，需采用淬火加回火热处理工艺，在外部机械化炉进行热处理，淬火保温温度840±10℃，保温时间1.8～2.4min/mm，要求控制钢板出炉节奏，保证钢板入水温度＞800℃，为保证冷却速度，水温需＜30℃，同时在冷却过程中需采用压缩空气对冷却水进行搅拌，以促进散热，同时提高钢板与水之间的传热速度，热处理时的回火保温温度640±10℃，保温时间3.5～4.0 min/mm，保温期间要求温度波动≤10℃，以保证钢板头部、尾部、中心部位对应的上、下表面温度均匀。

本发明通过采用低C、适量Mn、Als，同时添加Cr、Mo、V、Ni、Nb等微合金元素来保证钢板的强韧性匹配；通过控制Cr+Mo+V总量实现较低的碳当量水平，CEV＜0.55%，保证板材的焊接性能；通过控制入炉原料来源，减少夹杂物类别及含量；通过控制P、S及[H]，降低复合夹杂物及有害气体含量；浇铸前通过吹氩确保夹杂物充分上浮；通过高温均匀加热，保证轧制压下的顺利进行，促进轧态组织的初步细化，同时对铸态缺陷进行有效的压合；通过高温堆冷自回火进一步降低钢板内部气体含量；通过控制淬火和回火过程中温度的波动范围，同时通过控制冷却水温、气体搅拌，加快淬火冷却速度，有效保证了钢板内部组织的均匀、细化，性能稳定，可复制性强，满足水电机组用钢板特殊要求，探伤质量优异，可广泛推广应用于制造水电设备部件。

附图说明

下面结合附图及实施例，对本发明的技术特征作进一步描述。

图1为本发明实施例中回火组织金相图（金相显微镜，×200）。

图2为本发明实施例中回火组织金相图（扫描电镜，×1000）。

图3为本发明实施例中Z向拉伸试样宏观形貌（扫描电镜，×11）。

图4为本发明实施例中Z向拉伸试样微观形貌（扫描电镜，×250）。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明的技术特征作进一步描述。

本发明实施例中生产一种厚度200mm高强度调质钢板S500QZ35，钢板单重22.86t，其包含如下质量百分比的化学成分：C：0.11%、Si：0.10%、Mn：1.18%、P：0.008%、S：0.001%、Nb：0.046%、V：0.058%、Mo: 0.40%、Ni：0.62%、Cr: 0.35%、Als：0.054%，其中Cr+Mo+V=0.808%，其它为Fe和残余元素。

上述实施例通过以下工艺步骤来实现生产：1）锭型选择：采用水冷扁锭生产，考虑性能检测数据量大，取样数量多，成材率按照65%～68%设计，其理论锭重33.6吨左右。压缩比按≥3设计，则锭厚≥600mm。根据水冷扁锭锭型，最终选择33.6S锭，其锭厚690mm，宽度2200mm，采用全纵轧方式轧板；

2）转炉冶炼：入炉铁水经过铁水预处理脱S，S含量0.015%，温度1262℃，废钢采用优质边角料，控制在20t，总体装入量95t，出钢温度在1620℃，出钢过程加入200kg脱氧剂进行脱氧，氩站温度1580℃，再次加入200m铝线进行深脱氧，氩后取样C含量0.06%，P含量0.007%，过程进行软吹氩，禁止钢水裸露；

3）LF精炼：到站分批加入600kg石灰，40kg电石，100kg氧化铝球，加热600S，将温度升至1590℃，一加热结束后迅速取样，根据一加热成分样，加入合金，二加热开始根据渣况，分批加入400kg石灰，40kg电石，50kg氧化铝球，加热480s，待温度升至1620℃左右取样化验成分，三加热根据二加热成分进行微量调整，待终渣为流动性良好的白色泡沫渣时，加大电流，将温度升至1675℃左右吊至VD真空处理；VD过程开大氩气，确保钢水裸露，在真空状态下保压20min，破空温度在1590℃，H含量在1.5ppm，取样后进行软吹，待温度降至1580℃，吊至模铸；

4）模铸浇铸：待钢水到达模铸温度1578℃，开大氩气进行破壳吹氩，1min后转为软吹氩，5min后温度降至1568℃，开始浇注，浇注速度控制在13min浇至帽口，6min后全部浇注完毕；

5）加热：采用冷装装炉，装炉时锭温150℃，炉温330℃，钢锭装炉后，耗时5小时将炉温缓慢升至450℃后保温，保温时间8.5小时，其中在保证5小时时对钢锭翻钢一次，保温之后开始升温，升至1285℃时再次开始保温，升温速度85℃/h，开始保温时锭温1245℃，保温结束时锭温1261℃、炉温1280℃，保温时间550min，钢锭表面颜色均匀；

6）轧制：采用热轧工艺轧制，开轧温度1020℃，终轧温度930℃，轧制过程中道次压下量均按照60mm执行，并预留10mm压下对钢板进行平整保证版型，轧机转速＜20rad/min，轧后不使用ACC冷却；

7）堆冷：采用专用夹钳温度下线堆冷，入垛温度740℃，堆垛后钢板上表面加盖新轧热钢板。总计缓冷5天后钢板温度小于100℃。

8）热处理：采用淬火加回火热处理工艺，在外部机械化炉进行热处理，淬火保温温度840±10℃，保温时间2.0min/mm，钢板入水温度＞815℃，水温28℃，冷却过程中采用压缩空气对冷却水进行搅拌；回火保温温度640±10℃，保温时间3.5 min/mm，保温期间要求温度波动≤8℃，钢板头部、尾部、中心部位对应的上、下表面温度均匀。

对上述实施例中的钢板进行质量检验：

1）探伤检验：按照NB/T 47013.3-2015《承压设备无损检测 第三部分：超声波检测》标准进行无损探伤检验，合Ⅰ级；

2）组织形貌：按GB/T 13299《钢的显微组织评定办法》和GB/T 6394《 金属平均晶粒度的测定法》标准对金相组织进行评定，基体组织为回火贝氏体和回火索氏体，贝氏体以粒状贝氏体为主，晶粒度达到11级，形貌如附图1、附图2所示；Z向拉伸端口宏观上为杯锥状，缩颈明显，为韧性断口，在扫描电子显微镜下主要为细小韧窝，形貌如附图3、附图4所示。

3）性能检测：钢板的力学性能试件取样位置及试样制备按照GB/T 2975标准及GB/T 5313规定进行，低温冲击韧性试验按GB/T 229标准进行，拉伸性能试验按GB/T 228标准进行，模拟焊后热处理制度：保温温度570℃，保温时间12小时，随炉冷却，经过力学性能检验结果如下表所示：

4）夹杂物检测：按GB/T 10561《钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法》进行夹杂物评级，检测结果见下表所示：

根据上述检验结果，本实施实例所生产的厚度为200mm高强度调质钢板S500QZ35探伤质量优异：钢板整体夹杂物含量较低，探伤满足NB/T 47013.3-2015 Ⅰ级；晶粒组织均匀、细小，以回火粒装贝氏体为主，抗层状撕裂性能优异，断面收缩率均稳定在60%以上，钢板头、尾强度、伸长率、-20℃低温冲击韧性等性能富裕量大，完全满足水电机组用钢质量使用需求。

Claims (2)

1.一种厚度为150～200mm高强度调质钢板S500QZ35，其特征在于：包含以下质量百分比的化学成分：C：0.08～0.13%、Si：≤0.20%、Mn：0.85～1.50、P：≤0.013、S：≤0.005、Nb：0.015～0.050、V：0.030～0.065、Mo: 0.20～0.45、Ni：0.40～0.80、Cr: 0.20～0.45、Als：0.030～0.060，且Cr+Mo+V≤0.85，其它为Fe和残余元素。

2.一种厚度为150～200mm高强度调质钢板S500QZ35的生产方法，其特征在于包括以下步骤：

1）锭型选择：采用水冷扁锭生产，其厚度、宽度可根据钢板规格进行无极调整，考虑压缩比及后续取样数量要求，成材率按照65%～75%设计，水冷锭扁锭厚度≥钢板厚度*（2～4），挑选合适的钢锭宽度，尽量不展宽，采用全纵轧工艺；

2）转炉冶炼：通过转炉加入优质边角料废钢作为入炉原料，减少微量有害元素的来源，净化钢水纯净度，转炉出钢C控制在0.06%以上，避免钢水过氧化，出钢温度≥1600℃、0.06%≤C≤0.08%、P≤0.006%；

3）LF精炼：在LF精炼过程中采用高碱度大渣料促使精炼快速成白渣，保证成品S≤0.003%；

4）VD处理：VD过程吹大氩气，钢水翻腾效果良好，减少钢水中气体含量，降低因气体含量过高引起的探伤不合风险，VD真空精炼后要求钢液中H含量≤1.5PPm；

4）模铸浇铸：浇注前对钢水进行软吹氩，确保钢水中夹杂物能够充分上浮，根据浇注温度及浇注锭型，浇注速度控制在15～20min内，浇注完毕后对帽口添加加保温剂，确保钢锭本体充分凝固；

5）加热：需经历预热及加热两个阶段：采用冷装装炉，装炉时锭温＜200℃，炉温控制在400℃以下，钢锭装炉后，将炉温升至400～500℃后保温，保温时间8～10小时，同时在保温中期对钢锭翻钢一次；通过长时间预热，减小钢锭表面与心部的温度梯度，同时减少锭温与炉温的差距；400～500℃保温结束后进入加热阶段，开始升温、保温，保温时炉温控制1270～1290℃，其中锭温不得超过1270℃，且不低于1250℃，高温段保温时间根据钢锭厚度定，按0.8～1.0min/mm计算保温时间，要求充分保温且钢锭温度均匀，以利于轧机压下；

6）轧制：采用热轧工艺轧制，开轧温度需保证＞980℃，若不满足，则要求钢锭回炉再加热，需抢温轧制，保证终轧温度不低于900℃，以保证后续堆冷温度要求，同时不高于950℃，防止奥氏体晶粒回复再长大，充分利于轧机设备能力保证大压下轧制：当压下厚度≥700mm时，道次压下率控制在9～15%内；当压下厚度＜700mm时，道次压下量＞60mm，轧制过程中严格控制轧机转速＜20rad/min，其利于轧制力向厚度中心充分渗透，最大限度压合内部疏松等缺陷；

7）堆冷：轧后不使用ACC，保证钢板具有较高的温度下线堆冷，要求堆冷温度650～850℃，并做好保温措施，降低冷速，其利于钢板在堆冷过程中进行扩氢，提高内部质量，钢板温度降至100℃以下后可拆垛；

8）热处理：因采用热轧工艺轧制，钢板轧态组织严重不均匀，综合力学性能差，需通过热处理工艺手段细化晶粒、均匀组织，提供各项力学性能；因钢板强度要求高，需采用淬火加回火热处理工艺，在外部机械化炉进行热处理，淬火保温温度840±10℃，保温时间1.8～2.4min/mm，要求控制钢板出炉节奏，保证钢板入水温度＞800℃，为保证冷却速度，水温需＜30℃，同时在冷却过程中需采用压缩空气对冷却水进行搅拌，以促进散热，同时提高钢板与水之间的传热速度，热处理时的回火保温温度640±10℃，保温时间3.5～4.0 min/mm，保温期间要求温度波动≤10℃，以保证钢板头部、尾部、中心部位对应的上、下表面温度均匀。