CN110042314A - 一种风电用低碳当量s355nl正火厚板及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种风电用低碳当量S355NL正火厚板及其生产方法，其特征在于：其化学成分按重量百分比计为：C 0.10‑0.14%，Mn 1.20‑1.40%，Si 0.35‑0.45%，P ≤0.015%，S ≤0.005%，Nb 0.020‑0.035%，V：0.030‑0.050%，Ni 0.20‑0.40%，Alt 0.020‑0.050%，其余部分为Fe和杂质，CEV≤0.40%。本发明合理的成分设计，控制碳当量CEV≤0.40%，保证钢板具有优异的焊接性能，满足风电设计的低碳当量技术要求。为减少低碳当量设计对正火后强度的影响，成分设计添加不影响碳当量的元素，保证钢板正火后具有‑50℃低温冲击的同时，屈服、抗拉强度满足标准要求。

Description

一种风电用低碳当量S355NL正火厚板及其生产方法

技术领域

本发明涉及冶金领域一种钢板的生产方法，具体涉及一种风电用低碳当量S355NL正火厚板及其生产方法。

背景技术

随着风力发电设备大型化发展，对大规格尺寸钢板、焊接性能需求越来越高，S355NL厚板是EN10025-3标准产品，要求正火或正火轧制交货，主要应用于风电、水电、海洋工程等关键结构部位，对产品的低温冲击性能、焊接性能、抗层状撕裂性能、内部质量等都有严格要求。现有S355NL厚板，为了保证正火后的强度要求、-50℃低温冲击性能等要求，一般加入较多的合金元素，碳当量控制在0.41-0.45％，较高的碳当量对焊接性能不利，对于80mm及以上厚板更是如此，为解决风电用厚板的焊接问题，风电设计提出了低碳当量的要求，而现有工艺生产S355NL的碳当量不能满足技术要求。

钢板厚度越大，焊接性能要求就越高，即要求低的碳当量设计来保证焊接性能，如风电塔筒门框S355NL要求CEV≤0.40％。但对于厚度100mmm厚板，低碳当量设计容易导致正火后强度不满足标准的要求，也可以采取淬火+回火的生产工艺，但与EN10025-3标准要求的交货状态不一致。

申请号2015000610499.2，公布号CN105200317：“一种特厚低温风塔用钢S355NL的生产方法”，该发明生产的S355NL钢板最大厚度为100mm，成分设计中包括C:0.15-0.18％，Mn:1.4-1.8％，V:0.30-0.50％，Ni:0.20-0.40％等，结合实施例的具体化学成分，根据碳当量计算公式，CEV在0.41％及以上。

申请号201110176676.2，公布号CN102345055：“一种可焊接细晶粒结构钢S355NLS355NLZ35钢板及其生产方法”，该发明生产的S355NL钢板厚度为20-80mm，且化学成分的碳当量≤0.43％。

发明内容

为解决现有S355NL厚板碳当量较高，不能满足风电用钢要求的问题，本发明通过合理的成分元素设计，控制低碳当量CEV≤0.40％，采用连铸坯轧制工艺、正火热处理工艺等，开发出最大厚度100mm S355NL厚板，钢板各项成分、性能完全满EN10025-3标准要求，钢板焊接性能优异，满足风塔门框在低温、恶劣环境要求中服役使用。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种风电用低碳当量S355NL正火厚板，其特征在于：其化学成分按重量百分比计为：C0.10-0.14％，Mn1.20-1.40％，Si0.35-0.45％，P≤0.015％，S≤0.005％，Nb0.020-0.035％，V：0.030-0.050％，Ni0.20-0.40％，Alt0.020-0.050％，其余部分为Fe和杂质，CEV≤0.40％。

风电用低碳当量S355NL正火厚板的生产方法，其特征在于包括如下工序:

炼钢工序：采用转炉深脱磷钢水P≤0.015％，铁水预处理脱硫和LF深脱硫钢水S≤0.005％，连铸生产制备得到320mm铸坯；

加热工序：铸坯入加热炉加热，加热系数9.0-15.0min/cm，加热温度1180-1220℃，保证Nb元素固溶、铸坯加热均匀性；

轧制工序：采用2阶段控轧工艺，第一阶段粗轧轧制终了温度≥980℃；第二阶段开轧温度≤820℃，保证终轧温度为770～810℃；

冷却工序：轧制后的钢板入超快冷系统进行快速冷却，返红温度620℃～660℃；然后进行堆垛缓冷；

正火工序：正火温度为885±10℃，在炉保温时间为170-200min，正火后单独堆放、空冷至室温。

本发明生产钢板最大厚度为100mm，钢板牌号S355NL，质量同时满足欧标S355N/S355K2/S355J2、国标Q345E/Q345D钢牌号。

钢板碳当量计算公式：CEV＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15,要降低碳当量以便满足CEV≤0.40，需降低计算公式中的C和Mn等合金元素，而降低上述元素含量会导致正火厚强度的降低甚至不满足标准要求。本发明成分设计通过增加不影响碳当量计算的元素如Nb、Si元素，采用合理的正火热处理工艺，充分发挥其细晶强化、固溶强化、析出强化来提高钢板强度，而又不降低钢板的低温韧性。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

1、S355NL正火厚板通过合理的成分设计，控制碳当量CEV≤0.40％，保证钢板具有优异的焊接性能，满足风电设计的低碳当量技术要求。

2、为减少低碳当量设计对正火后强度的影响，成分设计添加不影响碳当量的元素，如0.35-0.45％的Si、0.020-0.035％的Nb等元素，保证钢板正火后具有-50℃低温冲击的同时，屈服、抗拉强度满足标准要求。

随着风力发电设备大型化发展，对大规格尺寸钢板、焊接性能需求越来越高，本发明S355NL钢板通过合理的成分元素设计，控制低碳当量CEV≤0.40％，采用连铸坯轧制工艺、正火热处理工艺等，开发出最大厚度100mm S355NL厚板，钢板各项成分、性能完全满EN10025-3标准要求，其中钢板-50℃低温冲击功≥100J，探伤满足EN10160标准S2E3级质量要求，钢板焊接性能优异，满足风电塔筒门框在低温、恶劣环境要求中服役使用。

本发明的S355NL厚板是EN10025-3标准产品，采用连铸坯轧制、正火热处理工艺开发，最大厚度100mm厚板，产品质量优异、生产成本控制合适、综合性价比好，可实现钢板的经济、批量生产，预计吨钢毛利800元/吨以上。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行更详细的说明。

本发明提供的一种风电用低碳当量S355NL正火厚板及其生产方法，采用下述成分配比以及生产方法:：C0.10-0.14％，Mn1.20-1.40％，Si0.35-0.45％，P≤0.015％，S≤0.005％，Nb0.020-0.035％，V：0.030-0.050％，Ni0.20-0.40％，Alt0.020-0.050％，CEV≤0.40％，其余部分为Fe和杂质，生产钢板最大厚度为100mm。

实施例1:

S355NL钢板厚度为100mm，采用下述成分配比以及生产方法，成分含量(wt)为:C0.12％、Mn1.36％、P0.011％、S0.003％、Si0.42％、Alt0.034％、Nb0.03％、V0.045％、Ni0.34％、CEV0.38％，其余为Fe和杂质。

本钢板的生产方法如下:

(1)、炼钢工序：转炉深脱磷钢水P：0.012％，铁水预处理脱和LF深脱硫钢水S：0.003％，连铸坯厚度320mm。

(2)、加热工序：加热工艺为：其钢坯的加热系数9.6min/cm，加热温度1195℃。

(3)、轧制工序：采用2阶段控轧工艺，第一阶段轧制终了温度1008℃；第二阶段开轧温度813，终轧温度为799℃。

(4)、冷却工序：经轧制后的钢板在超快速冷却装置进行在线冷却，冷速为3℃/s，返红温度为634℃，轧后及时堆垛缓冷。

(5)、正火工序，正火温度为882℃，在炉时间为175min，正火后单独堆放、空冷至室温。

本100mm规格S355NL钢板，力学性能为：屈服强度359MPa，抗拉强度491MPa，断后伸长率26％，-50℃冲击功Akv：156、182、156J，探伤按EN10160标准S2E3级别合格。

实施例2:

S355NL钢板厚度为100mm，采用下述成分配比以及生产方法，成分含量(wt)为:C0.14％、Mn1.30％、P0.010％、S0.002％、Si0.38％、Alt0.031％、Nb0.033％、V0.049％、Ni0.27％、CEV0.39％，其余为Fe和杂质。

本钢板的生产方法如下:

(1)、炼钢工序：转炉深脱磷钢水P：0.010％，铁水预处理脱和LF深脱硫钢水S：0.002％，连铸坯厚度320mm。

(2)、加热工序：加热工艺为：其钢坯的加热系数11.8min/cm，加热温度1202℃。

(3)、轧制工序：采用2阶段控轧工艺，第一阶段轧制终了温度1021℃；第二阶段开轧温度812，终轧温度为793℃。

(4)、冷却工序：经轧制后的钢板在超快速冷却装置进行在线冷却，冷速为2℃/s，返红温度为649℃，轧后及时堆垛缓冷。

(5)、正火工序，正火温度为885℃，在炉时间为181min，正火后单独堆放、空冷至室温。

本100mm规格S355NL钢板，力学性能为：屈服强度365MPa，抗拉强度506MPa，断后伸长率28％，-50℃冲击功Akv：169、178、189J，探伤按EN10160标准S2E3级别合格。

实施例3:

S355NL钢板厚度为100mm，采用下述成分配比以及生产方法，成分含量(wt)为:C0.13％、Mn1.33％、P0.012％、S0.001％、Si0.44％、Alt0.034％、Nb0.034％、V0.047％、Ni0.32％、CEV0.39％，其余为Fe和杂质。

本钢板的生产方法如下:

(1)、炼钢工序：转炉深脱磷钢水P：0.012％，铁水预处理脱和LF深脱硫钢水S：0.001％，连铸坯厚度320mm。

(2)、加热工序：加热工艺为：其钢坯的加热系数10.2min/cm，加热温度1205℃。

(3)、轧制工序：采用2阶段控轧工艺，第一阶段轧制终了温度1015℃；第二阶段开轧温度807，终轧温度为788℃。

(4)、冷却工序：经轧制后的钢板在超快速冷却装置进行在线冷却，冷速为5℃/s，返红温度为636℃，轧后及时堆垛缓冷。

(5)、正火工序，正火温度为884℃，在炉时间为189min，正火后单独堆放、空冷至室温。

本100mm规格S355NL钢板，力学性能为：屈服强度368MPa，抗拉强度508MPa，断后伸长率26％，-50℃冲击功Akv：135、173、142J，探伤按EN10160标准S2E3级别合格。

实施例4:

S355NL钢板厚度为80mm，采用下述成分配比以及生产方法，成分含量(wt)为:C0.13％、Mn1.33％、P0.014％、S0.002％、Si0.41％、Alt0.032％、Nb0.027％、V0.042％、Ni0.29％、CEV0.38％，其余为Fe和杂质。

本钢板的生产方法如下:

(1)、炼钢工序：转炉深脱磷钢水P：0.014％，铁水预处理脱和LF深脱硫钢水S：0.002％，连铸坯厚度320mm。

(2)、加热工序：加热工艺为：其钢坯的加热系数11.6min/cm，加热温度1192℃。

(3)、轧制工序：采用2阶段控轧工艺，第一阶段轧制终了温度1014℃；第二阶段开轧温度817，终轧温度为802℃。

(4)、冷却工序：经轧制后的钢板在超快速冷却装置进行在线冷却，冷速为3℃/s，返红温度为657℃，轧后及时堆垛缓冷。

(5)、正火工序，正火温度为885℃，在炉时间为178min，正火后单独堆放、空冷至室温。

本80mm规格S355NL钢板，力学性能为：屈服强度371MPa，抗拉强度511MPa，断后伸长率25％，-50℃冲击功Akv：188、195、203J，探伤按EN10160标准S2E3级别合格。

Claims (5)

1.一种风电用低碳当量S355NL正火厚板，其特征在于：其化学成分按重量百分比计为：C 0.10-0.14%，Mn 1.20-1.40%，Si 0.35-0.45%，P ≤0.015%，S ≤0.005%，Nb 0.020-0.035%，V：0.030-0.050%，Ni 0.20-0.40%，Alt 0.020-0.050%，其余部分为Fe和杂质，CEV≤0.40%。

2.如权利要求1所述的风电用低碳当量S355NL正火厚板，其特征在于：钢板最大厚度为100mm。

3.如权利要求1所述的风电用低碳当量S355NL正火厚板，其特征在于：钢板屈服强度ReH≥355Mpa，抗拉强度Rm为470-630 Mpa，断后伸长率≥22%，-50℃低温冲击功≥100J，探伤满足EN10160标准S2E3级质量要求。

4.如权利要求1所述风电用低碳当量S355NL正火厚板的生产方法，其特征在于包括如下工序:

炼钢工序：采用转炉深脱磷钢水P≤0.015%，铁水预处理脱硫和LF深脱硫钢水S≤0.005%，连铸生产制备得到320mm铸坯；

加热工序：铸坯入加热炉加热，加热系数9.0-15.0 min/cm，加热温度1180-1220℃，保证Nb元素固溶、铸坯加热均匀性；

轧制工序：采用2阶段控轧工艺，第一阶段粗轧轧制终了温度≥980℃；第二阶段开轧温度≤820℃，保证终轧温度为770~810℃；

冷却工序：轧制后的钢板入超快冷系统进行快速冷却，返红温度620℃~660℃；然后进行堆垛缓冷；

正火工序：正火温度为885±10℃，在炉保温时间为170-200min，正火后单独堆放、空冷至室温。

5.如权利要求4所述风电用低碳当量S355NL正火厚板的生产方法，其特征在于快速冷却冷速2-5℃/s。