CN109182916B - 一种风电用高性能特厚钢板及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种风电用高性能特厚钢板及其生产方法，该钢板的成分按重量百分比计如下：C：0.10％～0.18％、Si：0.10％～0.35％、Mn：1.2％～1.6％、P≤0.020％，S≤0.005％，Als：0.015％～0.040％，RE：0.01％～0.05％，其余为Fe以及不可避免的杂质。钢板厚度为100‑150mm。生产方法包括冶炼—精炼—钢坯浇铸—加热—轧制—堆垛缓冷—热处理，采用本发明能生产厚度100～150mm的特厚钢板，一级探伤合格；钢板具有良好的低温性能，‑50℃冲击功AKv≥150J；并具有良好的Z向断面收缩率，大于等于35％。

Description

一种风电用高性能特厚钢板及其生产方法

技术领域

本发明属于金属材料领域，尤其涉及一种风电用高性能特厚钢板及其生产方法。

背景技术

到世界各国家的青睐。全球已经有多个国家开始涉足风电，并制定了一系列政策来促进风电产业的发展。欧洲是全世界风电发展最成熟的市场。2007年底，全球累计风电装机容量94122MW，其中欧洲风电总装机容量为57135兆瓦，占全球市场的60％。其中丹麦的风力发电量占全国总发电量的20％以上，已经成为重要能源。德国、西班牙等国的风力发电量在总发电量中也占有重要位置。2007年，德国累计风电装机容量22247MW，居世界第一位，西班牙以15145MW的装机容量列第三位。排在前十位的欧洲国家还有丹麦、意大利、法国、英国和葡萄牙。亚洲风电的快速发展集中表现在印度和中国，2007年，印度和中国的累计装机容量分别是8000MW和6050MW，合计14050MW，占全球的15％。其中印度排名世界第四，中国排名世界第五。

目前风电正朝超高和海上风电发展，对风电用钢板的厚度规格和性能要求也越来越高，所用的钢材品种、规格繁多。风电机组主要由塔筒、机舱底座、塔筒法兰、门框、风力发电机、主轴、轴承、齿轮和叶片等组成，风电用厚钢板必须具备力学结构良好、低温冲击韧性优的特点。

舞阳钢铁公司《一种风电用特厚钢板及其生产方法》(申请号：CN201710936745.2)公开了一种风电用特厚钢板及其生产方法，所述钢板化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.10～0.18％、Si：0.20～0.50％、Mn：0.90～1.65％、P≤0.020％、S≤0.010％、Ni：0～0.25％、Cr：0.02～0.15％、Mo：0.02～0.30％，余量为Fe和不可避免的杂质；所述钢板生产方法包括冶炼、电渣重熔、加热、轧制、退火和热处理工序。本发明采用电渣重熔处理，经过合理的控制轧制和热处理工艺，实现生产200-440mm大厚度钢板的良好综合性能，同时又降低了生产成本，且规格范围广，满足了不断扩大的市场需求。但其含有0.02～0.30％Ni，并采用电渣重熔的工艺生产，必然导致生产周期长，生产成本高。

兴澄特种钢铁有限公司《一种海上风电管桩用特厚EH36钢及其制备方法》(申请号：CN201611057154.X)公开了一种海上风电管桩用特厚EH36钢，化学成分按质量百分比计为C：0.15～0.18％，Si：0.15～0.30％，Mn：1.40～1.60％，P≤0.0070％，S≤0.0030％，Nb：0.050～0.070％，V：0.015～0.030％，Ti：0.008～0.020％，Al：0.030～0.050％，Ni：0.15～0.40％，Cr：0.10～0.20％余量为Fe。生产工艺流程：转炉—LF精炼—RH真空脱气—Ca处理—连铸—脱氢—轧制—空气冷却—高温热矫直—正火。本申请获得了单重大、高强度、高冲击韧性、厚度公差小、平直度良好的表面无缺陷的海上风电管桩用90～120mm的EH36钢板，能满足-40℃夏比冲击功≥120J。但该发明对厚度120mm以上和-50℃低温要求的高性能钢板未有解决方案。

武汉钢铁公司《一种高性能特厚钢板的制造方法》(申请号：CN201110285075.5)公开了一种高性能特厚钢板的制造方法，所述钢板按照质量百分比成分如下：C为0.14％、Si为0.31％、Mn为1.45％、P为0.02％、S为0.003％、Nb+V+Ti为0.020％，余量为Fe，步骤如下：(1)控制含碳当量冶炼；(2)采用Nb、V、Ti微合金化，钢包炉精炼后进行真空处理；(3)采用动态轻压下技术直弧型连铸机浇注板坯；(4)控制钢坯内部夹杂物；(5)加热；在轧机上进行两阶段控制轧制，第一阶段轧制工艺采用奥氏体再结晶轧制工艺，第二阶段轧制工艺采用奥氏体未再结晶区轧制工艺；(6)加速冷却。生产厚度规格90～100mm高性能特厚钢板的屈服强度≥380MPa，抗拉强度≥520MPa，延伸率≥20％，-20℃冲击功≥150J。该发明对厚度100mm以上和-20℃以下低温要求的高性能钢板未有解决方案。

由以上对比专利可知，目前可用于风电的特厚板存在如下不足：

产品厚度规格较小，适用范围窄；

产品不适应-50℃超低温韧性使用要求；

生产工艺复杂，生产效率低；

针对以上不足，本发明通过低贵金属合金含量设计，添加微量稀土元素RE，采用特殊的控制轧制工艺，最终得到了一种生产厚度100-150mm、-50℃低温性能冲击和Z向性能优良的风电用特厚钢板及其生产方法。

发明内容

本发明的目的在于克服上述问题和不足而提供一种厚度为100-150mm、-50℃低温性能冲击和Z向性能优良的风电用特厚钢板及其生产方法。

本发明目的是这样实现的：

一种风电用高性能特厚钢板，该钢板的成分按重量百分比计如下：C0.10％～0.18％、Si0.10％～0.35％、Mn1.2％～1.6％、P≤0.020％，S≤0.005％，Als0.015％～0.040％，RE0.01％％～0.05％，其余为Fe以及不可避免的杂质。

所述特厚钢板厚度为100-150mm。

本发明成分设计理由如下：

碳：在特厚板钢的化学成分设计中，碳对钢的强度、韧性、焊接性能、冶炼成本影响很大。为了使钢板具有良好的焊接性能、较好的低温冲击韧性，必须降低钢中的含碳量，使其控制在中下限。因为碳是较强的固溶强化元素，能显著提高钢板强度，但碳含量过高，不利于焊接和渗碳体等第二相难控制，会使韧性、塑性和钢板焊接性能明显恶化，本发明的碳含量定为0.10％～0.18％。

锰：锰是提高强度和韧性的有效元素，它是弱碳化物形成元素，它在冶炼中的作用是脱氧和消除硫的影响，还可以降低奥氏体转变温度，细化铁素体晶粒，对提高钢板强度和韧性有益。同时还能固溶强化铁素体和增加钢的淬透性。一般用低碳高锰类型的钢作为焊接结构钢时，锰/碳比值越大(达2.5以上)，钢的低温韧性就越好。锰含量过高时，则钢硬化而延展性变坏，本发明的锰含量定为1.2％～1.6％。

硅：硅起到脱氧剂的作用，同时有固溶强化作用，还可以极大的延缓碳化物的形成，滞后渗碳体的长大，增加了奥氏体稳定性。但是硅含量高，钢种易出现夹杂物，钢材易生锈，热轧生产中铁锈容易被轧入钢板表层，同时硅都显示出对多线程焊接时局部脆性区域有危害性，本发明的硅含量定为0.10％-0.35％。

磷：磷是钢中的有害元素，虽然它是固溶强化效果最好的元素之一，但是磷偏析晶界，恶化韧性，含量直接影响到钢板的塑性和韧性。磷对钢是非常有害的元素。应尽量减少其含量，应该尽量控制其含量到最低。

硫：硫是钢中的有害元素。硫化锰、氧化物夹杂或碳化物等第二相颗粒的存在都会降低钢的塑性和强韧性，降低钢的延伸率。硫化锰有一定塑性，随轧制方向拉长延伸，加大了钢的各向异性，这对钢的横向性能非常不利。硫形成的硫化铁使钢在热轧和焊接中产生热脆裂纹，含硫较高时，抗硫化氢腐蚀能力大为下降，尽量控制其含量最低。

铝：铝是脱氧元素，可作为氮化铝形成元素，有效地细化晶粒，其含量不足0.01％时，效果较小；超过0.07％时，脱氧作用达到饱和；再高则对母材及焊接热影响区韧性有害。所以，在特厚板中将铝含量限定在0.015％～0.04％的范围内。

稀土：加入钢中有多种有利作用，如稀土与0、S有很强的亲和力，脱氧能力比A1、Mg、Ti强，与Ca相近，能有效地提高钢材洁净度；稀土加入钢中生成球状稀土硫化物或硫氧化物，取代长条形硫化锰夹杂。改变夹杂物的性质、形态和分布。从而起到夹杂物变质的作用，进而提高钢的韧塑性，尤其是横向冲击韧性及低温韧性，本发明稀土含量限定在0.01％～0.04％范围内。

以上是添加各种元素的含量范围以及作用，本发明以填加微量稀土生产高性能特厚钢板为基本特征。

本发明技术方案之二是提供一种风电用高性能特厚钢板的生产方法，冶炼—精炼—钢坯浇铸—加热—轧制—堆垛缓冷—热处理，

精炼：LF炉进行精炼处理、VD脱气，降低有害气体O、H、N等以及S的有害作用，LF炉添加铝1-2.5公斤/吨，VD真空度40-70Pa，保持15-40min；

钢坯浇铸：浇铸温度1560-1580℃，在浇铸过程中喂稀土丝；增加外来形核源，使铸坯内部柱状晶区减小，中心等轴晶区扩大，提高了铸坯的凝固组织质量。

轧制：加热温度控制在1180～1220℃以保证细小的奥氏体晶粒，起到轧后细化晶粒的作用。轧前和轧制过程中用高压水充分除鳞，采用高温大压下，开轧温度1150-1200℃，前3道次压下率大于等于15％，最终轧制100-150mm厚度钢板。

热处理：轧后钢板进行正火处理，加热温度为860-900℃，保温时间为1.5-2.0min/mm。

本发明通过冶炼和真空浇铸，对铸坯进行探伤和清理，在宽厚板轧机上采用交叉轧制的方法，生产出探伤合格、低温冲击韧性优良的特厚钢板。

本发明的有益效果在于：

(1)能生产厚度100～150mm的特厚钢板，一级探伤合格；

(2)具有良好的低温性能，－50℃冲击功AKv≥150J；

(3)具有良好的Z向断面收缩率，大于等于35％。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步的说明。

本发明实施例根据技术方案的组分配比，进行冶炼—钢坯浇铸—加热—轧制—堆垛缓冷—热处理。

精炼：LF炉进行精炼处理、VD脱气，LF炉添加铝1-2.5公斤/吨，VD真空度40-70Pa，保持15-40min；

钢坯浇铸：浇铸温度1560-1580℃,在浇筑过程中喂稀土丝；

轧制：加热温度控制在1180～1220℃，采用高温大压下，开轧温度1150-1200℃，前3道次压下率大于等于15％；

热处理：轧后钢板进行正火处理，加热温度为860-900℃，保温时间为1.5-2.0min/mm。

本发明实施例钢的成分见表1。本发明实施例钢的主要工艺参数见表2。本发明实施例钢的性能见表3。

表1本发明实施例钢的成分(wt％)

实施例	C	Si	Mn	P	S	ALs	RE
								1	0.12	0.35	1.60	0.01	0.003	0.04	0.01
2	0.135	0.24	1.38	0.011	0.0022	0.031	0.032
								3	0.162	0.24	1.42	0.01	0.0024	0.031	0.04
4	0.18	0.25	1.20	0.011	0.0012	0.015	0.025

表2本发明实施例钢的主要工艺参数

表3本发明实施例钢的性能

为了表述本发明，在上述中通过实施例对本发明恰当且充分地进行了说明，以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (1)

1.一种风电用高性能特厚钢板，其特征在于，该钢板的成分按重量百分比计如下：C：0.10％～0.18％、Si：0.10％～0.35％、Mn：1.2％～1.6％、P≤0.020％，S≤0.005％，Als：0.015％～0.040％，RE：0.025％～0.05％，其余为Fe以及不可避免的杂质；所述特厚钢板厚度为100-150mm；所述风电用高性能特厚钢板的生产方法包括冶炼—精炼—钢坯浇铸—加热—轧制—堆垛缓冷—热处理，

精炼：LF炉进行精炼处理、VD脱气，LF炉添加铝1-2.5公斤/吨，VD真空度40-70Pa，保持15-40min；

钢坯浇铸：浇铸温度1560-1580℃,在浇铸过程中喂稀土丝；

轧制：加热温度控制在1180～1220℃，采用高温大压下，开轧温度1150-1200℃，前3道次压下率大于等于15％；

热处理：轧后钢板进行正火处理，加热温度为860-900℃，保温时间为1.5-2.0min/mm。