CN108330393A - 一种风电钢及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种风电钢及其制备方法，包含以下重量百分比的化学成分：C：0.05～0.10；Si：0.31～0.42；Mn：1.26～1.42；P：≤0.015；S：≤0.008；Als：0.015～0.028；V：0.10～0.15；Cr：0.80～1.35；Mo：0.10～0.20；Ce：0.08～0.15；其中，16.7≤(Cr+Mn)/Mo≤22.2；2.56≤5C+8V+Mn≤2.87。本发明通过上述成分的配比设计以及选用相应的热轧+正火处理制备方法，得到的钢板正火后屈服强度≥420MPa，抗拉强度：540～680MPa，延伸率A≥32％，‑40℃KV2≥220J，‑50℃KV2≥200J，并且同一钢板上性能稳定均匀，具有优良低温韧性，高延伸率和耐蚀性能优异等特点，可广泛应用于海上风力发电塔工程钢结构。

Description

一种风电钢及其制备方法
技术领域
本发明属于钢铁冶炼技术领域，尤其涉及一种风电钢及其制备方法。
背景技术
风能是一种可再生、无污染的绿色清洁能源，并且储量丰富。地球上约有2％的太阳能转化成风能。风能利用的主要形式是风电，风电环保，成本低且效益显著。目前全球有80多个国家开始利用风能，一些国家已将风能作为主要发电方式。随着雾霾天气的日益频发，政府日益重视环保，以风电为代表的清洁能源，发展空间巨大。
做风电塔筒用的钢板，称作风电钢，但现有风电钢一般未考虑钢的耐腐蚀性能，用在海上需要使用防腐涂层，对涂装工人身体健康和海洋生态环境影响大，后期维护工作量大。虽然有部分发明钢具备耐大气腐蚀性能，但不一定能在海水中服役，且该部分发明钢正火后的强度无法满足420MPa的使用要求或者服役温度低仅为-20℃。
发明内容
针对现有技术中的上述缺陷，本发明的主要目的在于提供一种风电钢，具有优良低温韧性，高延伸率和耐蚀性能优异等特点。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案，一种风电钢，包含以下重量百分比的化学成分：
C：0.05～0.10；Si：0.22～0.42；Mn：1.26～1.42；P：≤0.015；S：≤0.008；Als：0.015～0.028；V：0.10～0.15；Cr：0.80～1.35；Mo：0.10～0.20；Ce：0.08～0.15；
其中，16.7≤(Cr+Mn)/Mo≤22.2；2.56≤5C+8V+Mn≤2.87。
作为进一步的优选，所述C含量为0.07-0.09。
作为进一步的优选，所述Si含量为0.31～0.38。
作为进一步的优选，所述Mn含量为1.31～1.37。
作为进一步的优选，所述Mo含量为0.12-0.15。
作为进一步的优选，所述风电钢的屈服强度≥420Mpa，抗拉强度为540～680MPa，延伸率A≥32％，耐腐蚀性能为：-40℃KV2≥220J，-50℃KV2≥200J。
本发明的另一目的在于提供上述风电钢的制备方法，包括如下步骤：
冶炼并浇铸获得包含所述化学成分的板坯；
将所述板坯加热到1230～1265℃，加热速率6～10min/cm；
将所述加热后的板坯进行粗轧和精轧，获得热轧板，其中，控制所述精轧开轧温度为860～950℃，最终精轧的温度为805～855℃，末道次压下率≥35％；
将所述热轧板进行层流水冷冷却，其中，返红温度控制在625～708℃，冷却速度控制在8～15℃/s，上下水比在0.90～1.35；
将所述冷却后的热轧板进行正火处理，所述正火温度为850～890℃，保温时间为板厚的【mm数值+(25～35)】min。
作为进一步的优选，所述上下水比为0.95到1.31。
作为进一步的优选，所述返红温度控制在638到695℃。
作为进一步的优选，所述冷却速度控制在9.2到14.3℃/s。
本发明的有益效果是：本发明风电钢，包含以下重量百分比的化学成分：C：0.05～0.10；Si：0.31～0.42；Mn：1.26～1.42；P：≤0.015；S：≤0.008；Als：0.015～0.028；V：0.10～0.15；Cr：0.80～1.35；Mo：0.10～0.20；Ce：0.08～0.15；其中，16.7≤(Cr+Mn)/Mo≤22.2；2.56≤5C+8V+Mn≤2.87。本发明通过上述成分的配比设计以及选用相应的热轧+正火处理制备方法，得到的钢板正火后屈服强度≥420MPa，抗拉强度：540～680MPa，延伸率A≥32％，-40℃KV2≥220J，-50℃KV2≥200J，并且同一钢板上性能稳定均匀，具有优良低温韧性，高延伸率和耐蚀性能优异等特点，可广泛应用于海上风力发电塔工程钢结构。
具体实施方式
本发明通过提供一种风电钢及其制备方法，解决了现有风电钢未考虑耐腐蚀性能及机械性能差的缺陷。
为了解决上述问题，本发明实施例的主要思路是：
本发明实施例风电钢，包含以下重量百分比的化学成分：
C：0.05～0.10；Si：0.31～0.42；Mn：1.26～1.42；P：≤0.015；S：≤0.008；Als：0.015～0.028；V：0.10～0.15；Cr：0.80～1.35；Mo：0.10～0.20；Ce：0.08～0.15；
其中，16.7≤(Cr+Mn)/Mo≤22.2；2.56≤5C+8V+Mn≤2.87。
本发明实施例合金成分设计的理由如下：
C是提高钢材强度最有效的元素，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0.05％时，正火后强度性能达不到要求，若C含量高于0.10％时，冲击韧性下降明显。因此，本发明实施例C选择在0.05～0.10％。
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0.42％时，钢的韧性下降。因此，本发明实施例Si选择在0.31～0.42％。
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，而冲击转变温度几乎不发生变化。Mn含量低于1.26％时，正火后强度性能较低，当Mn含量高于1.42％时，钢抗拉强度超标，且会影响耐蚀性能。因此，本发明实施例Mn选择在1.26～1.42％。
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，本发明实施例P控制在≤0.015％，S控制在≤0.008％。
Als通常作为钢中的脱氧剂。在本专利中还起到一定细化晶粒作用。当Als含量低于0.015％时，脱氧不充分，细化晶粒效果不显著；当Als含量高于0.028％时，晶粒细化效果增加不明显，且氧化铝夹杂物增加，降低钢的洁净度。因此，本发明实施例Als选择在0.015～0.028％。
V是一种强烈的碳化物形成元素。V在钢中有细化晶粒的作用，且V4C3经过适当热处理后可以高度弥散析出，均匀分布在晶粒内部的结晶面上，起到析出强化作用。当V含量低于0.10％时，正火后强度无法满足指标要求；当V含量高于0.15％时，韧性会下降明显。因此，本发明实施例V选择在0.10～0.15％。
Cr能提高钢的强度，对钢的耐腐蚀性能均有积极的影响。当Cr含量低于0.80时，抗拉强度偏低，且耐腐蚀性能较差；当Cr含量高于1.35时；钢板韧性尤其是低温冲击韧性差较差，对耐腐蚀性能提升效果不明显。因此，本发明实施例Cr选择在0.80～1.35％。
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，从而保证正火后钢的强度，并且Cr、Mn等并存时，Mo降低或抑止因其他元素所导致的回火脆性。当Mo含量高于0.10时；钢板强度偏低；当Mo含量高于0.20时，钢板低温韧性恶化明显。因此，本发明实施例Mo选择在0.10～0.20％。
Ce是很好的钢中脱硫去气剂，可以清除砷、锑、铋等有害杂质；可以改变钢中夹杂物的形状和分布情况，从而改善钢的质量。在低合金钢中加入适量Ce可以提高低温冲击韧性，改善钢材的各向异性。当Ce含量低于0.08％时，对钢材性能改善效果不明显；当Ce含量高于0.15％时，对钢材性能的改善不再提高，且增加成本。因此，本发明实施例Ce选择在0.08～0.15％。
当(Cr+Mn)/Mo≤16.7时，发明钢冲击韧性较好，但强度性能较差；当(Cr+Mn)/Mo≥22.2时，发明钢强度满足要求，但冲击韧性较差。因此为了达到强度和冲击韧性相匹配，本发明实施例控制16.7≤(Cr+Mn)/Mo≤22.2。
当5C+8V+Mn≤2.56时，发明钢强度性能差，延伸率较好；当5C+8V+Mn≥2.87时，强度超标，且延伸率大幅下降，本发明实施例控制2.56≤5C+8V+Mn≤2.87。
本发明通过成分的配比设计以及选用相应的制备方法，且对方法中的参数进行调整，保证了最终风电钢产品的实际性能以及表面质量。
上述风电钢的制备方法，包括如下步骤：
冶炼并浇铸获得包含所述化学成分的板坯；
将所述板坯加热到1230～1265℃，加热速率6～10min/cm；
将所述加热后的板坯进行粗轧和精轧，获得热轧板，其中，控制所述精轧开轧温度为860～950℃，最终精轧的温度为805～855℃，末道次压下率≥35％；
将所述热轧板进行层流水冷冷却，其中，返红温度控制在625～708℃，冷却速度控制在8～15℃/s，上下水比在0.90～1.35；
将所述冷却后的热轧板进行正火处理，所述正火温度为850～890℃，保温时间为【板厚的mm数值+(25～35)】min。
其中，所述热轧板进行层流水冷冷却时采用的返红温度、冷却速度及上下水比等冷却工艺及参数设置使得形成的组织在轧制方向上和沿厚度方向更为均匀。过慢的冷速，性能达不到要求，过快的冷速，则由于加入较多合金，容易开裂；上下水比若设置不合适，则钢板表面和心部的温度差距大，形成组织有差，进而影响最终产品的性能及表面质量。
为了让本发明之上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举数实施例，来说明本发明所述之风电钢及其制备方法。
本发明实施例屈服强度≥420MPa的耐海水腐蚀风电钢的制备方法，包括以下步骤：
1.冶炼并浇铸成坯。
2.加热制度：将铸坯加热到1230～1265℃，加热速率6～10min/cm；
3.轧制工艺：两阶段轧制，控制精轧开轧温度为860～950℃，终轧温度为805～855℃，末道次压下率≥35％；
4.水冷工艺：轧制后进入层流，返红温度控制在625～708℃，冷却速度控制在8～15℃/s，上下水比在0.90～1.35；
5.正火工艺：钢板正火温度为850～890℃，保温时间为板厚的mm数值+(25～35)min。
表1为本发明各实施例及对比例的化学成分取值列表(wt％)；
表1
表2为本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表；
表2
表3为本发明各实施例及对比例的力学和耐蚀性能对比列表；
表3
将本发明实施例最终获得的钢板进行常温拉伸实验性能(国标GB/T228.1-2010)，-40℃和-50℃纵向冲击试验(国标GB/T229-2007)和168h的周浸腐蚀试验(TB/T2375-1993)，并与对比例钢板对比发现，本发明实施例钢屈服强度和抗拉强度均优于对比钢，本发明实施例钢延伸率A高于对比钢且均不低于32％，说明本发明实施例钢具有良好的塑韧性。本发明实施例-40℃和-50℃冲击功值较高分别在220J和200J以上，优于对比钢，说明本发明实施例钢具有更为优异的低温韧性。由表3还可以发现，本发明实施例钢耐蚀速率要明显低于对比钢。总之，本发明实施例钢具有更为优异的机械性能和耐蚀性能。
上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：
本发明实施例风电钢，包含以下重量百分比的化学成分：C：0.05～0.10；Si：0.31～0.42；Mn：1.26～1.42；P：≤0.015；S：≤0.008；Als：0.015～0.028；V：0.10～0.15；Cr：0.80～1.35；Mo：0.10～0.20；Ce：0.08～0.15；
其中，16.7≤(Cr+Mn)/Mo≤22.2；2.56≤5C+8V+Mn≤2.87。本发明通过上述成分的配比设计以及选用相应的热轧+正火处理制备方法，得到的钢板正火后屈服强度≥420MPa，抗拉强度：540～680MPa，延伸率A≥32％，-40℃KV2≥220J，-50℃KV2≥200J，并且同一钢板上性能稳定均匀，具有优良低温韧性，高延伸率和耐蚀性能优异等特点，可广泛应用于海上风力发电塔工程钢结构。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种风电钢，其特征在于：包含以下重量百分比的化学成分：
C：0.05～0.10；Si：0.22～0.42；Mn：1.26～1.42；P：≤0.015；S：≤0.008；Als：0.015～0.028；V：0.10～0.15；Cr：0.80～1.35；Mo：0.10～0.20；Ce：0.08～0.15；
其中，16.7≤(Cr+Mn)/Mo≤22.2；2.56≤5C+8V+Mn≤2.87。
2.根据权利要求1所述的风电钢，其特征在于：所述C含量为0.07-0.09。
3.根据权利要求1所述的风电钢，其特征在于：所述Si含量为0.31～0.38。
4.根据权利要求1所述的风电钢，其特征在于：所述Mn含量为1.31～1.37。
5.根据权利要求1所述的风电钢，其特征在于：所述Mo含量为0.12-0.15。
6.根据权利要求1所述的风电钢，其特征在于：所述风电钢的屈服强度≥420Mpa，抗拉强度为540～680MPa，延伸率A≥32％，耐腐蚀性能为：-40℃KV2≥220J，-50℃KV2≥200J。
7.如权利要求1-6任一项所述风电钢的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
冶炼并浇铸获得包含所述化学成分的板坯；
将所述板坯加热到1230～1265℃，加热速率6～10min/cm；
将所述加热后的板坯进行粗轧和精轧，获得热轧板，其中，控制所述精轧开轧温度为860～950℃，最终精轧的温度为805～855℃，末道次压下率≥35％；
将所述热轧板进行层流水冷冷却，其中，返红温度控制在625～708℃，冷却速度控制在8～15℃/s，上下水比在0.90～1.35；
将所述冷却后的热轧板进行正火处理，所述正火温度为850～890℃，保温时间为板厚的【mm数值+(25～35)】min。
8.根据权利要求7所述风电钢的制备方法，其特征在于：所述上下水比为0.95到1.31。
9.根据权利要求7所述风电钢的制备方法，其特征在于：所述返红温度控制在638到695℃。
10.根据权利要求7所述风电钢的制备方法，其特征在于：所述冷却速度控制在9.2到14.3℃/s。
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