CN112126847B - 大厚度q420fte高强度风塔结构用钢板及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大厚度Q420FTE高强度风塔结构用钢板，其特征在于，钢板厚度规格为[60,80]mm，钢板化学成分质量百分比为：C：0.15～0.18％，Si：0.25～0.45％，Mn：1.45～1.65％，P≤0.018％，S≤0.006％，Als：0.015～0.045％，Nb：0.025～0.040％，V：0.040～0.055％，Ti：0.010～0.025％，余量为Fe以及不可避免的杂质，同时要求碳当量CEV≤0.47％。本发明还公开一种上述钢板的制作方法，本发明采用适中的碳含量及碳当量，采用控轧控冷生产方法，特别是采用有特色的水冷工艺，使60～80mm的特厚钢板实现沿厚度方向均匀一致的强韧性匹配，不仅保证了钢板的Z35厚度方向性能、探伤性能等要求，还简化了工艺流程、缩短了制造周期，提高了焊接性能。

Description

大厚度Q420FTE高强度风塔结构用钢板及其生产方法
技术领域
发明属于高质量钢铁产品制造领域，特别涉及一种大厚度Q420FTE高强度风塔结构用钢板及其生产方法。
背景技术
风能属于可再生清洁能源，相对于大批量采用石油、煤炭等化石能源的火电，风能取之不尽用之不竭，而且对环境没有污染，是国家鼓励生产的能源。为此近年来各省市、自治区大批量建造风电场。风电项目的塔筒一般采用Q345D、E结构钢板。但为降低风电成本，机组装机容量越来越大，塔筒也越来越高，因此建造塔筒使用的钢板强度也随之升高，钢板厚度逐渐增加。另外，随着海上风电项目的增加，也会促进塔筒用钢强度升高、厚度增加。本发明就适应了风电结构用钢的升级需求。
对于连铸坯断面不是太大，又没有钢锭铸造的中厚板厂来说，采用控轧控冷工艺生产厚度60～80mm的高等级高强度风塔结构用钢具有较大的难度。为保证钢板沿厚度方向的组织和性能，多数企业生产该厚度范围的Q420FTE级风塔钢，采用正火工艺。合金含量高，制造周期长，生产成本高。由于碳当量较高，导致可焊性较差。
而对于采用控轧控冷工艺生产大厚度钢板，其难度在于沿钢板厚度方向上组织和性能的控制，对于控轧过程中道次压下量的分配、控冷过程中水量、速度的控制均有较高的技术要求。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种大厚度Q420FTE高强度风塔结构用钢板及其生产方法。
本发明是这样实现的，一种大厚度Q420FTE高强度风塔结构用钢板，其特征在于，钢板厚度规格为[60,80]mm，钢板化学成分质量百分比为：C：0.15～0.18％，Si：0.25～0.45％，Mn：1.45～1.65％，P≤0.018％，S≤0.006％，Als：0.015～0.045％，Nb：0.025～0.040％，V：0.040～0.055％，Ti：0.010～0.025％，余量为Fe以及不可避免的杂质，同时要求碳当量CEV≤0.47％。
本发明还公开一种大厚度Q420FTE高强度风塔结构用钢板的生产方法，其特征在于：其工艺流程为：
S1、高炉铁水：要求Si≤0.50％，P≤0.130％，S≤0.030％。
S2、铁水预脱硫：入炉铁水S≤0.003％；
S3、转炉冶炼：采用转炉顶底复合吹炼；
S4、脱氧合金化：脱氧合金化后，符合成分要求：C：0.15～0.18％，Si：0.25～0.45％，Mn：1.45～1.65％，P≤0.018％，S≤0.006％，Als：0.015～0.045％，Nb：0.025～0.040％，V：0.040～0.055％，Ti：0.010～0.025％，余量为Fe以及不可避免的杂质，同时满足碳当量CEV≤0.47％；
S5、精炼：满足[N]≤40ppm、[O]≤25ppm、[H]≤1.5ppm；为控制气体含量和合金元素含量，采用LF+VD精炼，保证VD真空度和保真空时间、软吹时间，VD真空度控制在≤67Pa，保真空时间≥10分钟，脱气结束后软吹时间≥12分钟，控制好软吹压力，最大程度的使钢水中的夹杂物上浮；
S6、板坯连铸：连铸采用全过程保护浇注，稳定中包液面，过热度控制在10～25℃之间，拉速稳定在1.05m/min，铸成250mm厚板坯；
S7、板坯下线堆垛缓冷：将连铸坯入坑缓冷48小时；
S8、板坯清理；
S9、板坯再加热：对冷却后的坯料进加热炉进行加热，出炉温度控制在1170～1210℃，加热时间9～10min/cm厚度；
S10、轧制：采用3500轧机粗轧和3500轧机精轧，钢坯出炉后轧制，粗轧开轧温度1150℃以上，粗轧阶段提高道次压下量，保证有2个道次压下量≥30mm或至少两个道次压下率≥18％；待温厚度为成品厚度的1.5～2.0倍；精轧开轧温度以保证终轧温度为准，终轧温度控制在800±10℃；
S11、加速冷却：轧后控制入水冷温度，保证开冷温度在750～770℃之间；对于60mm、70mm钢板20组冷却水全开，并采用较低的辊道速度，确保返红温度在580～620℃，冷却速率约4～8℃/s；对于80mm钢板的冷却水采用间隔开启集管、过水两遍冷却的方式，采用适中的辊道速度，确保返红温度控制在560～600℃，冷却速度约4～8℃/s；通过以上控轧控冷工艺获得铁素体和珠光体和少量贝氏体组织；
S12、钢板堆垛缓冷：对于步骤11冷却后的钢板堆垛缓冷48小时，以释放应力和扩氢；下线堆垛开始温度应≥300℃，下铺上盖，铺盖钢板与轧制钢板温度相近，48小时后拆垛；然后表面检查、定尺切割；
S13、成品取样检验：
S14、入库。
上述技术方案中优选的，所述步骤S5中，炼钢过程通过转炉、LF和VD炉控制磷硫含量，磷控制在180ppm以下，硫控制在60ppm以下，通过VD真空炉控制有害气体含量，满足[N]≤40ppm、[O]≤25ppm、[H]≤1.5ppm。
上述技术方案中优选的，所述S10中，精轧采用双道次轧制，最后两道次采用4～10mm的小压下量。
上述技术方案中优选的，所述S10中连铸坯料是在奥氏体再结晶区、未再结晶区及形变诱导相变区控制轧制，通过高温区的奥氏体再结晶区，细化奥氏体晶粒。
本发明具有的优点和技术效果：本发明采用适中的碳含量及碳当量，采用控轧控冷生产方法，特别是采用有特色的水冷工艺，使60～80mm的特厚钢板实现沿厚度方向均匀一致的强韧性匹配，不仅保证了钢板的Z35厚度方向性能、探伤性能等要求，还简化了工艺流程、缩短了制造周期，提高了焊接性能。
附图说明
图1是实施例1金相组织图；
图2是实施例2金相组织图；
图3是实施例3金相组织图；
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一种大厚度Q420FTE高强度风塔结构用钢板，其特征在于，钢板厚度规格为[60,80]mm，钢板化学成分质量百分比为：C：0.15～0.18％，Si：0.25～0.45％，Mn：1.45～1.65％，P≤0.018％，S≤0.006％，Als：0.015～0.045％，Nb：0.025～0.040％，V：0.040～0.055％，Ti：0.010～0.025％，余量为Fe以及不可避免的杂质，同时要求碳当量Ceq≤0.47％。
本发明还公开一种大厚度Q420FTE高强度风塔结构用钢板的生产方法，其特征在于：本发明的工艺流程为：高炉铁水→铁水预脱硫→转炉冶炼→脱氧合金化→LF精炼→VD精炼→板坯连铸→板坯下线堆垛缓冷→板坯清理→板坯再加热→3500轧机轧制→层流冷却→钢板堆垛缓冷→成品取样检验→入库；具体来说：
S1、高炉铁水：要求Si≤0.50％，P≤0.130％，S≤0.030％。
S2、铁水预脱硫：入炉铁水S≤0.003％；
S3、转炉冶炼：采用转炉顶底复合吹炼；
S4、脱氧合金化：脱氧合金化后，符合成分要求：C：0.15～0.18％，Si：0.25～0.45％，Mn：1.45～1.65％，P≤0.018％，S≤0.008％，Als：0.015～0.045％，Nb：0.025～0.040％，V：0.040～0.055％，Ti：0.010～0.025％，余量为Fe以及不可避免的杂质，同时满足碳当量Ceq≤0.47％；
S5、精炼：满足[N]≤40ppm、[O]≤25ppm、[H]≤1.5ppm；为控制气体含量和合金元素含量，采用LF+VD精炼，保证VD真空度和保真空时间、软吹时间，VD真空度控制在≤67Pa，保真空时间≥10分钟，脱气结束后软吹时间≥12分钟，控制好软吹压力，最大程度的使钢水中的夹杂物上浮；
S6、板坯连铸：连铸采用全过程保护浇注，稳定中包液面，过热度控制在10～25℃之间，拉速稳定在1.05m/min，铸成250mm厚板坯；
S7、板坯下线堆垛缓冷：将连铸坯入坑缓冷48小时；
S8、板坯清理：使用火焰烧割枪对钢坯表面的裂纹、切割瘤等缺陷进行清理；
S9、板坯再加热：对冷却后的坯料进加热炉进行加热，出炉温度控制在1170～1210℃，加热时间9～10min/cm厚度；
S10、轧制：采用3500轧机粗轧和3500轧机精轧，钢坯出炉后轧制，粗轧开轧温度1150℃以上，粗轧阶段提高道次压下量，保证有2个道次压下量≥30mm或至少两个道次压下率≥18％；待温厚度为成品厚度的1.5～2.0倍；精轧开轧温度以保证终轧温度为准，终轧温度控制在800±10℃；
S11、加速冷却：轧后控制入水冷温度，保证开冷温度在750～770℃之间；对于60mm、70mm钢板20组冷却水全开，并采用较低的辊道速度，确保返红温度在580～620℃，冷却速率约4～8℃/s；对于80mm钢板的冷却水采用间隔开启、过水两遍冷却，采用适中的辊道速度，确保返红温度控制在560～600℃，冷却速度约4～8℃/s；通过以上控轧控冷工艺获得铁素体+珠光体+少量贝氏体组织；
S12、钢板堆垛缓冷：对于步骤11冷却后的钢板堆垛缓冷48小时，以释放应力和扩氢；下线堆垛开始温度应≥300℃，下铺上盖，铺盖钢板与轧制钢板温度相近，48小时后拆垛；
S13、成品取样检验：
S14、入库。
上述技术方案中优选的，所述步骤S5中，炼钢过程通过转炉、LF和VD炉控制磷硫含量，磷控制在180ppm以下，硫控制在80ppm以下，通过VD真空炉控制有害气体含量，满足[N]≤45ppm、[O]≤25ppm、[H]≤1.5ppm。其优点是：获得纯净度较高、内部质量较好的钢坯。
上述技术方案中优选的，所述S10中，精轧采用双道次轧制，最后两道次采用4～10mm的小压下量。其优点是：能够获得良好的轧后板型，在水冷区冷却均匀，从而获得均匀的组织和性能。
上述技术方案中优选的，所述S10中连铸坯料是在奥氏体再结晶区、未再结晶区及形变诱导相变区控制轧制，通过高温区的奥氏体再结晶区，细化奥氏体晶粒。其优点是：获得均匀而细化的晶粒度，满足低温冲击要求。
在所述S11中，为保证大厚度钢板厚度中心组织的细化而均匀，采用了有特色的水冷工艺，即：根据不同的成品厚度，采用小水量、慢辊速冷却，以及小水量、中等辊速、两遍冷却。其优点是：使钢板厚度中心获得均匀而细化的组织，使钢板在厚度方向性能均匀。
具体实施例如下：
实施例1
本发明的工艺流程为：高炉铁水→铁水预脱硫→转炉冶炼→脱氧合金化→LF精炼→VD精炼→板坯连铸→板坯下线堆垛缓冷→板坯清理→板坯再加热→3500轧机轧制→层流冷却→钢板堆垛缓冷→成品取样检验→入库。
根据本发明提供的化学成分范围，按照上述工艺流程以及规定的工艺条件，在120t转炉上冶炼钢水，将钢水浇铸成250mm厚板坯，经缓冷再加热后，在3500mm宽厚板轧机上轧制60mm钢板。
钢板的化学成分为：C：0.16％，Si：0.33％，Mn：1.54％，P：0.013％，S：0.005％，Als：0.038％，Nb：0.032％，V：0.048％，Ti：0.019％，Ceq：0.426％。
加热、轧制、正火工艺为：出炉温度1180℃，粗轧开轧温度1172℃，终轧温度1045℃，粗轧中间坯厚度为110mm；精轧开轧温度为812℃，终轧温度798℃；入水温度764℃，开启20组冷却水，辊道速度45m/min，出水温度588℃，终冷温度616℃。
钢板的性能情况见表1。
表1
Figure GDA0002759897800000061
Figure GDA0002759897800000071
钢板厚度1/4处的金相组织(500×)如下图1
实施例2
本发明的工艺流程为：高炉铁水→铁水预脱硫→转炉冶炼→脱氧合金化→LF精炼→VD精炼→板坯连铸→板坯下线堆垛缓冷→板坯清理→板坯再加热→3500轧机轧制→层流冷却→钢板堆垛缓冷→成品取样检验→入库。
根据本发明提供的化学成分范围，按照上述工艺流程以及规定的工艺条件，在120t转炉上冶炼钢水，将钢水浇铸成250mm厚板坯，经缓冷再加热后，在3500mm宽厚板轧机上轧制70mm钢板。
钢板的化学成分为：C：0.16％，Si：0.36％，Mn：1.61％，P：0.016％，S：0.004％，Als：0.039％，Nb：0.035％，V：0.046％，Ti：0.017％，Ceq：0.438％。
加热、轧制、正火工艺为：出炉温度1175℃，粗轧开轧温度1161℃，粗轧终轧温度1032℃，中间坯厚度为120mm；精轧开轧温度为803℃，终轧温度796℃；入水温度763℃，开启20组冷却水，辊道速度40m/min，出水温度582℃，终冷温度612℃。
钢板的性能情况见表2。
表2
Figure GDA0002759897800000072
钢板厚度1/4处的金相组织(500×)如下图2
实施例3
本发明的工艺流程为：高炉铁水→铁水预脱硫→转炉冶炼→脱氧合金化→LF精炼→VD精炼→板坯连铸→板坯下线堆垛缓冷→板坯清理→铸坯再加热→3500轧机轧制→层流冷却→钢板堆垛缓冷→成品取样检验→入库。
根据本发明提供的化学成分范围，按照上述工艺流程以及规定的工艺条件，在120t转炉上冶炼钢水，将钢水浇铸成250mm厚板坯，经再加热后，在3500mm宽厚板轧机上轧制80mm钢板。
钢板的化学成分为：C：0.18％，Si：0.41％，Mn：1.57％，P：0.012％，S：0.004％，Als：0.032％，Nb：0.034％，V：0.048，Ti：0.021％，Ceq：0.451％。
加热、轧制、正火工艺为：出炉温度1166℃，粗轧开轧温度1163℃，粗轧终轧温度1043℃，中间坯厚度为140mm；精轧开轧温度为806℃，终轧温度809℃；入水温度783℃，开启11组冷却水，辊道速度60m/min，过水二遍，出水温度553℃，终冷温度604℃。
钢板的性能情况见表3。
表3
Figure GDA0002759897800000081
钢板1/4厚度处的金相组织(500×)如下图3：
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种大厚度Q420FTE高强度风塔结构用钢板，其特征在于，钢板厚度规格为[60,80]mm，钢板化学成分质量百分比为：C：0.15～0.18％，Si：0.25～0.45％，Mn：1.45～1.65％，P≤0.018％，S≤0.006％，Als：0.015～0.045％，Nb：0.025～0.040％，V：0.040～0.055％，Ti：0.010～0.025％，余量为Fe以及不可避免的杂质，同时要求碳当量CEV≤0.47％；
上述大厚度Q420FTE高强度风塔结构用钢板的生产方法为：
S1、高炉铁水：要求Si≤0.50％，P≤0.130％，S≤0.030％；
S2、铁水预脱硫：入炉铁水S≤0.003％；
S3、转炉冶炼：采用转炉顶底复合吹炼；
S4、脱氧合金化：脱氧合金化后，符合成分要求：C：0.15～0.18％，Si：0.25～0.45％，Mn：1.45～1.65％，P≤0.018％，S≤0.006％，Als：0.015～0.045％，Nb：0.025～0.040％，V：0.040～0.055％，Ti：0.010～0.025％，余量为Fe以及不可避免的杂质，同时满足碳当量CEV≤0.47％；
S5、精炼：满足[N]≤40ppm、[O]≤25ppm、[H]≤1.5ppm；为控制气体含量和合金元素含量，采用LF和VD精炼，保证VD真空度和保真空时间、软吹时间，真空度控制在≤67Pa，保真空时间≥10分钟，脱气结束后软吹时间≥12分钟，控制好软吹压力，最大程度的使钢水中的夹杂物上浮；
S6、板坯连铸：连铸采用全过程保护浇注，稳定中包液面，过热度控制在10～25℃之间，拉速稳定在1.05m/min，铸成250mm厚板坯；
S7、板坯下线堆垛缓冷：将连铸坯入坑缓冷48小时；
S8、板坯清理；
S9、板坯再加热：对冷却后的坯料进加热炉进行加热，出炉温度控制在1170～1210℃，加热时间9～10min/cm厚度；
S10、轧制：采用3500轧机粗轧和3500轧机精轧，钢坯出炉后轧制，粗轧开轧温度1150℃以上，粗轧阶段提高道次压下量，保证有2个道次的压下量≥30mm或至少两个道次压下率≥18％；待温厚度为成品厚度的1.5～2.0倍；精轧开轧温度以保证终轧温度为准，终轧温度控制在800±10℃；
S11、加速冷却：轧后控制入水冷温度，保证开冷温度在750～770℃之间；对于60mm、70mm钢板20组冷却水全开，并采用较低的辊道速度，确保返红温度在580～620℃，冷却速率为4～8℃/s；对于80mm钢板的冷却水采用间隔开启集管、过水两遍冷却的方式，采用适中的辊道速度，确保返红温度控制在560～600℃，冷却速度为4～8℃/s；通过以上控轧控冷工艺获得铁素体和珠光体和少量贝氏体组织；
S12、钢板堆垛缓冷：对于步骤11冷却后的钢板堆垛缓冷48小时，以释放应力和扩氢；下线堆垛开始温度应≥300℃，下铺上盖，铺盖钢板与轧制钢板温度相同，48小时后拆垛，然后表面检查、定尺切割；
S13、成品取样检验；
S14、入库。
2.根据权利要求1所述大厚度Q420FTE高强度风塔结构用钢板，其特征在于，所述生产方法S5中，炼钢过程通过转炉、LF和VD炉控制磷硫含量，磷控制在180ppm以下，硫控制在60ppm以下，通过VD真空炉控制有害气体含量，满足[N]≤45ppm、[O]≤25ppm、[H]≤1.5ppm。
3.根据权利要求1所述大厚度Q420FTE高强度风塔结构用钢板，其特征在于，所述生产方法S10中，精轧采用双道次轧制，最后两道次采用4～10mm的小压下量。
4.根据权利要求1所述大厚度Q420FTE高强度风塔结构用钢板，其特征在于，所述生产方法S10中连铸坯料是在奥氏体再结晶区、未再结晶区及形变诱导相变区控制轧制，通过高温区的奥氏体再结晶区，细化奥氏体晶粒。
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