CN114395691A - 一种水电工程用低焊接裂纹敏感性止裂钢sx780cf的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水电工程用低焊接裂纹敏感性止裂钢SX780CF的生产方法，其包括采用如下化学成分：C、Si、Mn、P、S、Als、V、Cr、Ni、Mo、Nb、B，其它为Fe和残留元素，其生产方法包括：KR铁水预处理、120吨顶底复吹转炉冶炼、LF炉精炼、VD炉精炼、浇注、切割、清理、加热、轧制、在线淬火、回火、外检、探伤、精整、入库。上述钢板的化学成分设计合理，钢板组织致密、强度高、具有优异的低温冲击韧性和良好的焊接性，屈服强度≥690MPa，抗拉强度:770‑930MPa，碳当量Ceq≤0.52％，裂纹敏感系数Pcm≤0.25％，1/4厚度‑40℃低温冲击功≥150J，焊接预热温度不高于120℃，在0℃下CTOD值≥0.15mm。各项性能及指标均满足水电工程用高强度低裂纹敏感性相关要求，并具有良好的止裂性能。
Description
技术领域
本发明属于宽厚板生产领域，具体涉及一种水电工程用低焊接裂纹敏感性止裂钢SX780CF的生产方法。
背景技术
SX780CF属于大型水电工程用高强度低裂纹敏感性钢，主要用于水电站的压力钢管部位。目前国内生产的SX780CF已经正式应用于白鹤滩水电站，为进一步提高SX780CF的使用性能，从而能将其应用于环境较为恶劣、抗击强度需求较高的领域，迫切需要提高SX780CF的止裂性能，并且对其焊接裂纹敏感性也提出了一定的要求。
发明内容
针对上述问题，本发明经过多次试验，获得了一种水电工程用低焊接裂纹敏感性止裂钢SX780CF的生产方法，该方法生产出的钢板具有高强度、高韧性、低焊接裂纹敏感性、表面质量好、良好的焊接性和止裂性能等优点。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种水电工程用低焊接裂纹敏感性止裂钢SX780CF的生产方法,该钢板的厚度为20～80mm，组织为低碳贝氏体组织，包含如下质量百分比的化学成分(单位，wt％)：C 0.07～0.09、Si≤0.15、Mn 0.8～1.5、P≤0.008、S≤0.001、Als 0.015～0.060、Nb+V+Ti≤0.15、Cr 0.1～0.5、Ni 0.8～1.3、Mo 0.3～0.5、B≤0.002，其它为Fe和残留元素；所述钢板的交货状态为调质,即在线淬火+回火处理；
成分设计是保证性能的基础，结合化学成分中C、Si、Mn、Cr、Mo、V、Ni等基础元素对于改善钢种强度和影响钢种塑韧性的综合作用，并控制P、S元素含量以减少其对于合金高强度类钢种的危害作用，充分发挥固溶强化与细晶强化的效果，在保证高塑韧性的前提下，确保钢板的各项性能指标均达到并高于标准的要求。
上述水电工程用低焊接裂纹敏感性止裂钢SX780CF的生产方法中，热处理采用：加热→差温轧制→在线淬火→回火，具体为：
所述差温轧制工艺：粗轧阶段采用高温低速大压下轧制，确保轧制渗透心部以提高内部质量，开轧温度≥1000℃，终轧温度≥950℃，轧制后迅速进入IC进行冷却，钢板表面温度冷却至800-850℃，此时钢板表面温度比钢板心部温度高50-100℃，IC冷却后立即进入精轧阶段，最终保证钢板终轧温度830-880℃，轧制过程中注意轧制板型控制；
轧制后直接进行在线淬火，钢板入水温度≥800℃，钢板在SUPICC超密度冷却装置冷却至常温；
钢板淬火后不精整立即回火，回火温度按照580-630℃控制，保温系数按照3.5-5min/mm控制。
通过上述工艺获得的钢板屈服强度≥690MPa，抗拉强度:770-930MPa，碳当量Ceq≤0.52％，裂纹敏感系数Pcm≤0.25％，1/4厚度处-40℃低温冲击功≥150J，焊接预热温度不高于120℃，在0℃下CTOD值≥0.15mm。
上述水电工程用低焊接裂纹敏感性止裂钢SX780CF的生产方法还包括，铁水KR脱硫→转炉冶炼→LF精炼→VD真空精炼→连铸浇注→钢坯清理→加热→差温轧制→在线淬火→回火→探伤→性能检验→精整入库一系列工艺流程，具体包括以下步骤：
1)铁水KR脱硫中，铁水经KR处理后硫含量在0.005％以下；
2)转炉冶炼中采用顶底复吹转炉进行冶炼，出钢P≤0.01％；
3)LF精炼中采用大渣量进行造渣，白渣保持时间控制在30～40min以上，控住硫含量≤0.001％；
4)VD真空精炼在≤67Pa的真空度下进行，保压时间按15-20min进行控制，氢含量≤1.0ppm；
5)浇注过程中使用连铸浇注，浇注过热度控制在10～20℃以内；
6)钢坯清理在切割后72h内完成，清理后检查钢坯表面质量，确认合格后方可装炉；
7)采用加热炉加热，一阶段加热温度≤900℃；加热采用分阶段升温-保温工艺，二阶段加热1220～1240℃，均热段1200～1220℃以获得原始均匀细小的奥氏体晶粒；
8)差温轧制：轧钢采用差温轧制工艺，粗轧阶段采用高温低速大压下轧制，确保轧制渗透心部以提高内部质量，开轧温度≥1000℃，终轧温度终轧温度≥950℃，轧制后迅速进入IC进行冷却，钢板表面温度冷却至800-850℃，此时钢板表面温度比钢板心部温度高50-100℃，IC冷却后立即进入精轧阶段，最终保证钢板终轧温度830-880℃，轧制过程中注意轧制板型控制；
9)轧制后直接进行在线淬火，钢板入水温度≥800℃，钢板在SUPICC超密度冷却装置冷却至常温；
10)为减少钢板开裂风险，钢板淬火后不精整立即回火，回火温度按照580-630℃控制，保温系数按照3.5-5min/mm控制；
11)回火后进行外检、探伤、精整、取样和组织性能检测后入库。
通过合理的化学成分设计，LF+VD工艺来保证钢质的洁净度，并严格控制钢中的S、P等夹杂物含量，并通过加热、轧制及在线淬火+回火等工艺的有效实施，成功地开发出了20～80mm厚度大型水电工程用低焊接裂纹敏感性SX780CF止裂钢板。
采用本发明提供的生产方法生产的SX780CF,与原有采用控制轧制+离线淬火+回火工艺获得的SX780CF相比，显微组织虽仍以回火贝氏体为主的，但钢板表层晶粒更加细小均匀，晶粒度高1-2级，钢板表面大角度晶界比例高10％以上。
本发明通过合理的成分设计和一系列工艺措施，成功开发出来了具有高强度、高韧性、低焊接裂纹敏感性、低碳当量、良好的焊接性并具有一定止裂性能等特点的20～80mm厚的水电工程用低焊接裂纹敏感性SX780CF止裂钢板。
附图说明
下面结合附图实施例，对本发明的技术特征作进一步论述。
附图1是本发明中的生产方法制得的钢板表层晶粒组织示意图。
附图2是现有技术中制得钢板表层晶粒组织示意图。
具体实施方式
实施例
生产一种水电工程用低焊接裂纹敏感性止裂钢SX780CF，该钢板20mm～80mm厚，包含如下质量百分比的化学成分(单位，wt％)：
C 0.08、Si 0.15、Mn 1.0、P 0.007、S 0.001、Als 0.030、Nb+V+Ti 0.14、Cr 0.3、Ni 1.0、Mo 0.4、B 0.002，其它为Fe和残留元素；所述钢板的交货状态为调质(在线淬火+回火)。
本发明的实施例采用转炉冶炼、LF、VD、连铸、加热炉、3800m宽厚板轧机轧制、SUPIC超密冷却系统在线淬火、回火的方式生产水电工程用低焊接裂纹敏感性SX780CFZ止裂钢。其工艺流程为：铁水KR脱硫→转炉→LF精炼→VD真空→连铸浇注→钢坯清理检查→加热→高压水除鳞→差温轧制→在线淬火→回火→探伤→性能检验→精整→入库，具体是通过以下步骤来实现的：
KR铁水脱S:铁水KR站进行扒渣处理，扒渣过程注意控制渣层厚度，铁水经KR处理后硫含量在0.005％以下。
转炉冶炼工艺：入炉铁水必须经过脱S，并具有较低的P含量和合适的温度，转炉加入废钢必须为干燥的优质边角料，确保出钢C≤0.06％，出钢P≤0.006％。出钢过程按1.4Kg/t钢加入铝锭，然后加入中碳锰铁，不得加入含Si的合金和脱氧剂，出钢结束前用滑板挡渣，保证钢包液面渣层厚度≤20mm,避免出钢过程下渣。
LF精炼：采用大渣量造渣工艺，石灰加入量1000-1200公斤，碱度按4.0-6.0控制，要求精炼一加热结束炉渣必须变白，二加热根据埋弧效果每次加入10-30Kg的电石，同时每隔2min向钢包中加入适量铝粒，以确保整个二加热过程维持白渣；三加热脱氧剂的加入视炉渣颜色加入，维持白渣即可。白渣保持时间≥30min，要求精炼结束的终渣为流动性良好、粘度合适的泡沫白渣，LF精炼工序对Als成分的微调次数控制在2次以内；待温度达到1600℃以上时方可取样化验成分，在成分符合要求(P含量≤0.008％，C含量≤0.06％)时方可确定执行该计划；要求提前准备好合金，在确定可以执行该计划后快速调配成分和升温，避免升温时间过长C超标；钢水Si含量的控制采用高碱度精炼渣、石灰，脱氧剂以电石、铝粒为主，以确保精炼渣系为铝酸钙渣系，要求渣中(SiO2％)必须≤8％同时碱度必须≥8；同时合金微调时，不得采用任何含Si的合金。
VD真空精炼：VD保压时间按照15～18min控制，要求在66.7Pa的真空度下，保压过程钢水翻腾效果良好，氢含量要求≤1.0PPm；破空后及时添加稻壳软吹5～8min，软吹过程中钢水不得裸露；破空后按1.5-2.0m/t加入Ca-Si处理，对夹杂物进行改性然后准备吊包离站，离站温度控制在1580℃左右；
连铸浇注：开浇之前注意检查设备，确认连铸机设备状况优良，连铸浇注全程采用保护浇注，过热度按照15～20℃，浇注过程采用轻压下和电磁搅拌正常投用，浇注拉速比正常拉速降一档控制，结晶器震动采用高频低振幅模式，适当降低结晶器冷却水量，二冷水采用弱冷模式。
钢坯清理：钢坯切割后72h内清理完毕。清理后检查钢坯表面质量，确认合格后方可装炉。
加热工艺：加热炉一阶段加热炉温≤900℃，二阶段加热炉温1220-1240℃，均热阶段加热炉温1120-1220℃。加热时间按9-11min/cm。
差温轧制：轧钢采用差温轧制工艺，粗轧阶段采用高温低速大压下轧制，确保轧制渗透心部以提高内部质量，开轧温度≥1000℃，终轧温度≥950℃，轧制后迅速进入IC进行冷却，钢板表面温度冷却至800-850℃，此时钢板表面温度比钢板心部温度高50-100℃，IC冷却后立即进入精轧阶段，最终保证钢板终轧温度830-880℃，轧制过程中注意轧制板型控制。
在线淬火：钢板轧制后直接进入SUPICC超密度冷却装置进行在线淬火，钢板入水温度≥800℃，钢板冷却至常温。注意将冷却流量开至最大，冷却水温≤25℃，冷却水比按照1.5-2.2控制，钢板在SUPIC超密度冷却设备中持续摆动冷却至室温。
回火：为减少钢板开裂风险，钢板淬火后不精整立即回火，回火温度按照580-630℃控制，保温系数按照3.5-5min/mm控制。
钢板精整取样：钢板拆垛后采用火切切割、取样，性能、探伤检测合格后精整入库。
对通过本实施例生产的钢板进行结果分析：
机械力学性能分析
成份及机械力学性能按QJ/CTG 24-2015，机械性能平均值具体见下表。
采用本发明提供的生产方法生产的SX780CF,与原有采用控制轧制+离线淬火+回火工艺获得的SX780CF相比，显微组织虽仍以回火贝氏体为主的，但钢板表层晶粒更加细小均匀，晶粒度高1-2级，钢板表面大角度晶界比例高10％以上。
通过本实施例生产的20～80mm厚水电工程用低裂纹敏感性SX780CF止裂钢板，通过合理的化学成分设计及生产工艺控制，成功地研制出大型水电工程用低裂纹敏感性SX780CF止裂钢板，其屈服强度控制在740～820MPa，抗拉强度控制在830～880MPa；伸长率控制在17％～20％；-40℃V型冲击功控制在196-250J。
通过本实施例生产的水电工程用低裂纹敏感性SX780CF止裂钢板进行了斜Y型坡口抗裂纹试验，预热温度达到100℃以后直接进行焊接，焊后不需要进行消氢处理，可以有效避免焊接冷裂纹的发生，具有良好的焊接性，适合进行野外施工。
通过本实施例生产的大型水电工程用低裂纹敏感性SX7800CF止裂钢板，在0℃下进行了CTOD试验，CTOD值≥0.15mm。
所研制的钢板外检，正品率100％；按JB/T 47030进行探伤，合一级率为99％，合三级率为100％，达到了预期效果。
以上所描述的仅为本发明的较佳实施例，上述具体实施例不是对本发明的限制，凡本领域的普通技术人员根据以上描述所做的润饰、修改或等同替换，均属于本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种水电工程用低焊接裂纹敏感性止裂钢SX780CF的生产方法，其特征在于，热处理采用：加热→差温轧制→在线淬火→回火；
通过上述工艺获得的钢板屈服强度≥690MPa，抗拉强度:770-930MPa，碳当量Ceq≤0.52％，裂纹敏感系数Pcm≤0.25％，1/4厚度处-40℃低温冲击功≥150J，焊接预热温度不高于120℃，在0℃下CTOD值≥0.15mm。
2.根据权利要求1所述的水电工程用低焊接裂纹敏感性止裂钢SX780CF的生产方法，其特征在于：
所述差温轧制工艺：粗轧阶段采用高温低速大压下轧制，确保轧制渗透心部以提高内部质量，开轧温度≥1000℃，终轧温度≥950℃，轧制后迅速进入IC进行冷却，钢板表面温度冷却至800-850℃，此时钢板表面温度比钢板心部温度高50-100℃，IC冷却后立即进入精轧阶段，最终保证钢板终轧温度830-880℃，轧制过程中注意轧制板型控制；
轧制后直接进行在线淬火，钢板入水温度≥800℃，钢板在SUPICC超密度冷却装置冷却至常温；
钢板淬火后不精整立即回火，回火温度按照580-630℃控制，保温系数按照3.5-5min/mm控制。
3.如权利要求2所述的水电工程用低焊接裂纹敏感性止裂钢SX780CF的生产方法，其特征在于，全工艺流程如下：
1)铁水KR脱硫中，铁水经KR处理后硫含量在0.005％以下；
2)转炉冶炼中采用顶底复吹转炉进行冶炼，出钢P≤0.01％；
3)LF精炼中采用大渣量进行造渣，白渣保持时间控制在30～40min以上，控住S含量≤0.001％；
4)VD真空精炼在≤67Pa的真空度下进行，保压时间按15-20min进行控制，H含量≤1.0ppm；
5)浇注过程中使用连铸浇注，浇注过热度控制在10～20℃以内；
6)钢坯清理在切割后72h内完成，清理后检查钢坯表面质量，确认合格后方可装炉；
7)采用加热炉加热，一阶段加热温度≤900℃；加热采用分阶段升温-保温工艺，二阶段加热1220～1240℃，均热段1200～1220℃以获得原始均匀细小的奥氏体晶粒；
8)差温轧制：轧钢采用差温轧制工艺，粗轧阶段采用高温低速大压下轧制，确保轧制渗透心部以提高内部质量，开轧温度≥1000℃，终轧温度≥950℃，轧制后迅速进入IC进行冷却，钢板表面温度冷却至800-850℃，此时钢板表面温度比钢板心部温度高50-100℃，IC冷却后立即进入精轧阶段，最终保证钢板终轧温度830-880℃，轧制过程中注意轧制板型控制；
9)轧制后直接进行在线淬火，钢板入水温度≥800℃，钢板在SUPICC超密度冷却装置冷却至常温；
10)为减少钢板开裂风险，钢板淬火后不精整立即回火，回火温度按照580-630℃控制，保温系数按照3.5-5min/mm控制；
11)回火后进行外检、探伤、精整、取样和组织性能检测后入库。
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