CN108265226A - 屈服强度≥460MPa的海上风电钢及制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种屈服强度≥460MPa的海上风电钢及制造方法，碳0.14～0.19％、硅0.31～0.45％、锰1.25～1.55％、磷≤0.015％、硫≤0.008％、酸熔铝0.015～0.025％、铌0.030～0.055％、钒0.065～0.095％、钛0.025～0.045％、镍0.21～0.41％、钼0.15～0.30％，并满足0.15≤Nb+V+Ti+0.5Als≤0.18、1.11≤1.5Ni+3.3Mo≤1.31。生产屈服强度≥460MPa，抗拉强度550～720MPa，延伸率A≥25％，可广泛应用于海上风力发电塔工程钢结构。

Description

屈服强度≥460MPa的海上风电钢及制造方法
技术领域
本发明属于风电钢制造领域，具体涉及一种屈服强度≥460MPa的海上风电钢及制造方法。
背景技术
海上风电与陆地风电服役环境有较大差别，我国渤海、黄海海域冬天会有不同等级的浮冰现象。其中辽东半岛的海上浮冰情况最为严重，该海域冬天会被10厘米厚沿岸30公里的冰所覆盖。在极端天气下，会达到30至40厘米厚且面积达7万平方公里的浮冰。在这样的环境下服役，需要钢板具有较好的低温韧性和较高的强度，同时由于浮冰的挤压碰撞会对海上风机塔的基础带来严重破坏，因此还需具有较好抗开裂性能。
现有技术中有关于用于460MPa级风电钢报道较少，关于460MPa级钢报道较多，经检索：
公开号为CN102400053A和CN101318287A的文献，分别公开了屈服强度460MPa级建筑结构用钢板制造方法和一种460MPa高强韧性桥梁用中厚钢板的生产方法，均采用控轧控冷工艺生产，所生产的钢板运用在建筑桥梁等钢结构领域，不在海上运用，服役环境与海上风电用钢服役环境相差较大。
公开号为CN102644024A的文献，公开了一种低合金低屈强比海洋工程结构钢及其生产方法，公开号为103938108A的文学，公开了一种460MPa级低压缩比高韧性海洋工程用钢板及生产方法，虽然两发明钢均能在海上服役，但是由于其成分体系中并未加入增加耐腐蚀性能的元素，需要通过其他防腐措施(如涂装)才能长期服役于海上，增加了环保压力。
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，屈服强度在430～460MPa，冲击韧性良好，具有一定的耐蚀性能，但其屈服强度较低，仅实施例1屈服强度达到460MPa。
从以上公开的460MPa级钢可以看出，现有460MPa级钢中，有的无法适用于海洋环境、有的强度相对较低。而海洋工程用钢大多需要进行涂装等措施进行防腐，无论是对涂装工人还是环境都是一种损害。同时，现有技术中均未考虑抗开裂相关的性能。
发明内容
本发明的目的就是要提供一种具有良好耐蚀和抗开裂性能的屈服强度≥460MPa的海上风电钢及制造方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：屈服强度≥460MPa的海上风电钢，含有的化学元素成分及其重量百分比为：碳0.14～0.19％、硅0.31～0.45％、锰1.25～1.55％、磷≤0.015％、硫≤0.008％、酸熔铝0.015～0.025％、铌0.030～0.055％、钒0.065～0.095％、钛0.025～0.045％、镍0.21～0.41％、钼0.15～0.30％，余量为铁和不可避免的杂质，并满足公式：0.15≤Nb+V+Ti+0.5Als≤0.18、1.11≤1.5Ni+3.3Mo≤1.31。
常规加入C(碳)、Si(硅)、Mn(锰)元素，增加钢板强度，通过Nb(铌)、V(钒)、Ti(钛)微合金化细化晶粒，提高钢板强韧性和冲击韧性，加入Ni(镍)元素改善低温冲击韧性和耐腐蚀性能，但晶粒细化需要进行控制，过细的晶粒会增加晶间腐蚀，需要予以控制。为了稳定Nb、V、Ti形成的碳化物，加入Mo(钼)元素，同时加入该元素还起到改善点蚀的作用。在以上合金共同作用下，通过合理配比，使发明钢板同时具有高强度、低温韧性优异、较好耐腐蚀性能。
本发明中各元素的具体作用如下：
C是最基本最经济的强化元素，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0.14％时，发明钢强度性能偏低，若C含量高于0.19％时，延伸率、冲击韧性和耐腐蚀性能下降明显。因此，本发明C选择在0.14～0.19％。
Si以固溶强化形式提高钢的强度，当Si含量低于0.31％时，强度性能偏低，当Si含量高于0.45％时，钢的韧性下降。因此，本发明Si选择在0.31～0.45％。
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。Mn含量低于1.25％时，发明钢强度性能较低，当Mn含量高于1.55％时，钢中偏析会较明显，影响耐蚀性能。因此，本发明Mn选择在1.25～1.55％。
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、V、Ti具有晶粒细化作用，可提高钢板强度的同时改善钢板的延伸率、低温韧性等性能。当Nb、V、Ti低于相应的最低值时，细化晶粒效果较差；当Nb、V、Ti高于相应的最高值时，会使钢板韧性恶化；因此，本发明Nb选择在0.030～0.055％，V选择在0.065～0.095％，Ti选择在0.025～0.045％。
Als通常作为钢中的脱氧剂。但Als含量低于0.015％时，脱氧不充分，当Als含量高于0.025％时，氧化铝夹杂物增加，降低钢的洁净度。因此，本发明Als选择在0.015～0.025％。
Mo可固溶于铁素体、奥氏体和碳化物中，是缩小奥氏体相区的元素。在本专利中，Mo的加入是为了提高碳化物的稳定性，从而保证钢的强度，且加入Mo还可以改善钢的耐点蚀性能。当Mo含量高于0.15时；钢板强度偏低，耐点蚀效果差；当Mo含量高于0.30时，钢板低温韧性恶化明显。因此，本发明Mo选择在0.15～0.30％。
本发明控制0.15≤Nb+V+Ti+0.5Als≤0.18是因为当Nb+V+Ti+0.5Als≤0.15时，整体的细化晶粒效果不明显，强度、冲击韧性、-40℃CTOD值均达不到要求；当Nb+V+Ti+0.5Als≥0.18时，细化晶粒随能继续改善，但晶间腐蚀会加重而恶化耐蚀性能。
本发明控制1.11≤1.5Ni+3.3Mo≤1.31是因为当1.5Ni+3.3Mo≤1.11时，钢板强度偏低，且低温韧性较差；当1.5Ni+3.3Mo≥1.31，强度性能较好，但延伸率和低温韧性下降明显。
进一步地，含有的化学元素成分及其重量百分比为：碳0.175～0.19％、硅0.31～0.36％、锰1.25～1.34％、磷0.008～0.013％、硫0.006～0.008％、酸熔铝0.022～0.025％、铌0.030～0.037％、钒0.086～0.095％、钛0.039～0.045％、镍0.35～0.41％、钼0.15～0.195％，余量为铁和不可避免的杂质，并满足公式：0.17≤Nb+V+Ti+0.5Als≤0.18、1.11≤1.5Ni+3.3Mo≤1.17。
进一步地，所述磷的重量百分比优选为0.180～0.185％。
进一步地，所述硅的重量百分比优选为0.33～0.34％。
进一步地，所述锰的重量百分比优选为1.28～1.31％。
进一步地，所述铌的重量百分比优选为0.031～0.034％。
进一步地，所述Nb+V+Ti+0.5Als＝0.18。
进一步地，所述1.13≤1.5Ni+3.3Mo≤1.15。
还提供一种如上述所述屈服强度≥460MPa的海上风电钢制造方法，包括以下步骤：
1)冶炼、铸造
按所述成分及重量百分比混合均匀形成铁水，然后将铁水经深脱S处理，再用RH真空系统精炼钢水，最后铸造成铸坯；
2)加热
将铸坯加热到1215～1245℃，加热速率8～12min/cm；
3)轧制
两阶段轧制，控制精轧开轧温度为840～900℃、终轧温度为770～830℃，且末道次压下率≥38％；
4)冷却
轧制后雾冷，返红温度控制在620～730℃，冷却速率控制在5～10℃/s；
5)堆垛
待钢板温度在350～300℃时进行堆垛，并冷却至室温。
进一步地，所述步骤2)中，将铸坯加热到1225～1245℃，加热速率10.5～12min/cm；所述步骤3)中，控制精轧开轧温度为860～900℃、终轧温度为786～822℃，且末道次压下率≥40.1％；所述步骤4)中，返红温度控制在635～730℃，冷却速率控制在5.4～7.9℃/s。
与现有技术相比，采用控轧控冷状态交货，生产屈服强度≥460MPa，抗拉强度：550～720MPa，延伸率A≥25％，-40℃KV2≥230J，-50℃KV2≥210J，-40℃CTOD值≥1.15mm可广泛应用于海上风力发电塔工程钢结构。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，便于更清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。
表1为本发明各实施例及对比例的取值列表；
表2为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。
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
本发明钢板进行常温拉伸实验性能，-40℃和-50℃纵向冲击试验、144h的周浸腐蚀试验和CTOD试验，并与对比钢对比发现，本发明钢屈服强度和抗拉强度均优于对比钢，本发明钢延伸率A高于对比钢且均不低于25％，说明本发明钢具有良好的塑韧性。本发明-40℃和-50℃冲击功值较高分别在230J和210J以上，优于对比钢，说明本发明钢具有更为优异的低温韧性。由表3还发现，本发明钢耐蚀速率要明显低于对比钢，且CTOD值较对比钢高，说明本发明钢在耐海水腐蚀和抗开裂能力优于对比钢。总之，本发明钢具有更为优异的综合性能。
本发明钢采用控轧控冷工艺，具有优良低温韧性、高延伸率、耐蚀性能和CTOD性能优异等特点，可广泛应用于海上风力发电塔工程钢结构。

Claims (10)

1.一种屈服强度≥460MPa的海上风电钢，其特征在于：含有的化学元素成分及其重量百分比为：碳0.14～0.19％、硅0.31～0.45％、锰1.25～1.55％、磷≤0.015％、硫≤0.008％、酸熔铝0.015～0.025％、铌0.030～0.055％、钒0.065～0.095％、钛0.025～0.045％、镍0.21～0.41％、钼0.15～0.30％，余量为铁和不可避免的杂质，并满足公式：0.15≤Nb+V+Ti+0.5Als≤0.18、1.11≤1.5Ni+3.3Mo≤1.31。
2.根据权利要求1所述屈服强度≥460MPa的海上风电钢，其特征在于：含有的化学元素成分及其重量百分比为：碳0.175～0.19％、硅0.31～0.36％、锰1.25～1.34％、磷0.008～0.013％、硫0.006～0.008％、酸熔铝0.022～0.025％、铌0.030～0.037％、钒0.086～0.095％、钛0.039～0.045％、镍0.35～0.41％、钼0.15～0.195％，余量为铁和不可避免的杂质，并满足公式：0.17≤Nb+V+Ti+0.5Als≤0.18、1.11≤1.5Ni+3.3Mo≤1.17。
3.根据权利要求1或2所述屈服强度≥460MPa的海上风电钢，其特征在于：所述磷的重量百分比优选为0.180～0.185％。
4.根据权利要求1或2所述屈服强度≥460MPa的海上风电钢，其特征在于：所述硅的重量百分比优选为0.33～0.34％。
5.根据权利要求1或2所述屈服强度≥460MPa的海上风电钢，其特征在于：所述锰的重量百分比优选为1.28～1.31％。
6.根据权利要求1或2所述屈服强度≥460MPa的海上风电钢，其特征在于：所述铌的重量百分比优选为0.031～0.034％。
7.根据权利要求1或2所述屈服强度≥460MPa的海上风电钢，其特征在于：所述Nb+V+Ti+0.5Als＝0.18。
8.根据权利要求1或2所述屈服强度≥460MPa的海上风电钢，其特征在于：所述1.13≤1.5Ni+3.3Mo≤1.15。
9.一种如权利要求1所述屈服强度≥460MPa的海上风电钢制造方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)冶炼、铸造
按所述成分及重量百分比混合均匀形成铁水，然后将铁水经深脱S处理，再用RH真空系统精炼钢水，最后铸造成铸坯；
2)加热
将铸坯加热到1215～1245℃，加热速率8～12min/cm；
3)轧制
两阶段轧制，控制精轧开轧温度为840～900℃、终轧温度为770～830℃，且末道次压下率≥38％；
4)冷却
轧制后雾冷，返红温度控制在620～730℃，冷却速率控制在5～10℃/s；
5)堆垛
待钢板温度在350～300℃时进行堆垛，并冷却至室温。
10.根据权利要求5所述屈服强度≥460MPa的海上风电钢制造方法，其特征在于：所述步骤2)中，将铸坯加热到1225～1245℃，加热速率10.5～12min/cm；所述步骤3)中，控制精轧开轧温度为860～900℃、终轧温度为786～822℃，且末道次压下率≥40.1％；所述步骤4)中，返红温度控制在635～730℃，冷却速率控制在5.4～7.9℃/s。
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