CN114395731B - 一种水电工程用低焊接裂纹敏感性止裂钢hy950cf及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种20～100mm厚度水电工程用低焊接裂纹敏感性HY950CF止裂钢板及其生产方法，其包括如下化学成分：C、Si、Mn、P、S、Als、V、Cr、Ni、Mo、Nb、Cu、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、喷涂高温抗氧化涂料、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，1/4厚度‑60℃低温冲击功≥100J，焊接预热温度不高于120℃，各项性能及指标均满足水电用950MPa级低焊接裂纹敏感性止裂钢相关要求。

Description

一种水电工程用低焊接裂纹敏感性止裂钢HY950CF及其生产 方法

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HY950CF及其生产方法。

背景技术

根据估算，雅鲁藏布江水电站的装机容量可高达7000万千万，相当于三峡装机容量的三倍，为减少施工量，更高强度的低焊接裂纹敏感性钢板的开发尤为重要。HY950CF低焊接裂纹敏感性钢板，其中，“HY950CF”中的“HY”表示“汉冶”品牌，主要应用于机组蜗壳、配水环管、引水钢管及钢岔管等部件。相对于800MPa级水电钢，采用HY950CF，在相同载荷下，钢板用量能够降低约17%,焊接时间减少10%。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的是提供一种水电工程用低焊接裂纹敏感性止裂钢HY950CF，该钢板具有高强度、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。

本发明的另一目的在于提供一种水电工程用高强度低焊接裂纹敏感性止裂钢HY950CF的生产方法。

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HY950CF,钢板的厚度为20～100mm，组织为保留马氏体位向的回火索氏体组织，包含如下质量百分比的化学成分(单位，wt%)：C 0.06～0.15、Si≤0.20、Mn 0.7～1.5、P≤0.008、S≤0.001、Als 0.015～0.060、V≤0.05、Cr 0.5～0.8、Ni 1.5～4.0、Mo 0.4～0.8、Nb≤0.04、B 0.0008～0.0015，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。

本发明提供的一种水电工程用低焊接裂纹敏感性止裂钢HY950CF的生产方法，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→表面带温喷涂高温抗氧化涂料→加热→高温控制轧制→在线淬火→回火→探伤→性能检验→精整入库一系列工艺流程，其中：

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，控制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）坯料轧制前对钢坯进行详细检查清理，确认钢坯表面无裂纹后上下表面喷涂高温抗氧化涂料；

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）高温控制轧制：轧制过程中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，终轧温度860-900℃，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SUPIC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550-600℃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。

本发明通过铁水KR脱硫→转炉→LF精炼→VD真空→连铸浇注→钢坯清理→表面带温喷涂高温抗氧化涂料→加热→高温控制轧制→在线淬火→回火→探伤→性能检验→精整入库等一系列工序，完成大型水电工程用低焊接裂纹敏感性止裂钢HY950CF的生产。

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20～100mm厚度水电工程用低焊接裂纹敏感性HY950CF止裂钢板，该钢板的裂纹敏感系数Pcm≤0.30，屈服强度≥930MPa，抗拉强度950～1100MPa，1/4厚度下-60℃低温冲击功≥100J，焊接预热温度不高于120℃，在0℃下CTOD值为0.133mm。

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20～100mm厚的水电工程用低焊接裂纹敏感性HY950CF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是本发明制得的钢板1/4部位50μm和20微米不同比例金相组织回火索氏体组织的示意图。

附图2是本发明制得的钢板1/4部位50μm和20微米不同比例在SEM下的回火索氏体组织。

具体实施方式

实施例：生产一种20mm～100mm水电工程用低焊接裂纹敏感性HY950CF水电钢板，包含如下质量百分比的化学成分(单位，wt%)：

C 0.09、Si 0.16、Mn 1.1、P 0.008、S 0.001、Als 0.040、V 0.03、Cr 0.6、Ni 3.0、Mo 0.6、Nb 0.03、B 0.0010，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HY950CFZ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→表面带温喷涂高温抗氧化涂料→加热→高压水除鳞→高温控制轧制→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站扒渣处理，液面渣层厚度≤25mm，铁水经KR处理后硫含量在0.005%以下，脱硫温降≤25℃。

转炉冶炼工艺：选用包龄、包况符合工艺要求的正常钢包，同时包沿必须干净；入炉铁水必须脱S（并尽量选取P低、温度合适的炉次铁水），转炉加入废钢必须为干燥的优质边角料，确保出钢C≤0.04%，出钢P≤0.006%。出钢过程按1.5Kg/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，出钢结束前用挡渣锥挡渣，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用铁锨向钢包中添加1～3锨铝粒，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，H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；

连铸浇铸：开浇之前注意检查设备，确认连铸机设备状况优良，连铸浇铸全程采用保护浇铸，过热度按照15～20℃，浇铸过程采用轻压下和电磁搅拌正常投用，浇铸拉速比正常拉萨降一档控制，二冷水采用弱冷模式，

钢坯清理：钢坯切割后72h内清理完毕；清理温度200℃以上。

表面带温喷涂高温抗氧化涂料：钢坯清理检查合格以后以，将高温抗氧化涂料喷涂到钢坯表面，涂层厚度要求大于0.4mm。

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10-12min/cm。

高温控轧：采用高温控轧工艺，在轧制过程中注意高压水的使用并注意轧制节奏的控制，道次间隔时间1min以上，使钢板表面充分返红，使晶粒更充分的动态再结晶，获得更好的弛豫效果。钢坯开轧温度＞1020℃，开轧过程贯彻高温、低速、大压下要求，轧制过程注意板型平整，终轧温度860-900℃，。

在线淬火：轧制之后最快速度进入SUPIC超密度冷却设备，确保钢板入水温度≥800℃，将冷却流量开至最大，注意冷却水温≤30℃，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550-600℃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。

附图1和图2为获得索氏体和回火马氏体的显微组织。

本发明实施例通过上述工艺流程，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HY950CF止裂钢板，其屈服强度控制在960～980MPa，抗拉强度控制在1000～1050 MPa；伸长率控制在15%～17%；-60℃V型冲击功控制在100-170J。

本发明实施例生产的大型水电工程用低裂纹敏感性HY950CF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，焊后进行200℃*2h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。

本发明实施例生产的大型水电工程用低裂纹敏感性HY950CF止裂钢板，在0℃下进行了CTOD试验，CTOD值为0.133mm。

对本发明实施例研制的钢板进行外检，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 (2)

1.一种水电工程用低焊接裂纹敏感性止裂钢HY950CF，其特征在于：钢板的厚度为20～100mm，组织为保留马氏体位向的回火索氏体组织，包含如下质量百分比的化学成分(单位，wt%)：C 0.06～0.15、Si≤0.20、Mn 0.7～1.5、P≤0.008、S≤0.001、Als 0.015～0.060、V≤0.05、Cr 0.5～0.8、Ni 1.5～4.0、Mo 0.4～0.8、Nb≤0.04、B 0.0008～0.0015，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；所述钢板的裂纹敏感系数Pcm≤0.30，屈服强度≥930MPa，抗拉强度950～1100MPa，1/4厚度下-60℃低温冲击功≥100J，焊接预热温度不高于120℃，在0℃下CTOD值为0.133mm。

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HY950CF的生产方法，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→表面带温喷涂高温抗氧化涂料→加热→高温控制轧制→在线淬火→回火→探伤→性能检验→精整入库一系列工艺流程，其特征在于，包括以下具体工序：

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，控制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）坯料轧制前对钢坯进行详细检查清理，确认钢坯表面无裂纹后上下表面喷涂高温抗氧化涂料；

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）高温控制轧制：轧制过程中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，终轧温度860-900℃，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SUPIC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550-600℃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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