一種水電用正火型大厚度易焊接高強(qiáng)度鋼板及其生產(chǎn)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種水電用正火型大厚度易焊接高強(qiáng)度鋼板及其生產(chǎn)方法，屬于鋼鐵冶煉工藝【技術(shù)領(lǐng)域】。技術(shù)方案是包含冶煉、連鑄、電渣重熔、加熱、軋制、軋后水冷、熱堆垛、熱處理工序，由以下質(zhì)量百分比的組分熔煉而成，C：0.10%-0.18%，Si：0.15%-0.35%，Mn：0.90%-1.60%，P≤0.02%，S≤0.005%，Nb：0.020%-0.030%，Al：0.010%-0.080%，V：0.035%-0.065%，Ti≤0.025%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：確保鋼板具有良好的綜合力學(xué)性能和焊接性能下，減低成本，增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力；滿足GB/T2970的級(jí)要求，鋼板橫向、縱向拉伸、沖擊性能基本一致，具有較好的各向同性及Z向性能；重熔后實(shí)現(xiàn)高純凈度，鋼板內(nèi)在組織致密，低倍缺陷控制較低，提高鋼板的厚度、內(nèi)部質(zhì)量、焊接性能、抗層狀撕裂性能、強(qiáng)度以及低溫沖擊韌性。
【專利說明】一種水電用正火型大厚度易焊接高強(qiáng)度鋼板及其生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種水電用正火型大厚度易焊接高強(qiáng)度鋼板及其生產(chǎn)方法，屬于鋼鐵冶煉工藝【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，國(guó)外額定功率最大的水輪發(fā)電機(jī)組為700MW，我國(guó)已經(jīng)投運(yùn)的700MW及以上水輪發(fā)電機(jī)組達(dá)到了近50臺(tái)，預(yù)計(jì)還有35臺(tái)額定功率為700麗及以上的水輪發(fā)電機(jī)組將在2015年前投產(chǎn)發(fā)電，其中最大額定功率的為向家壩水電站的8臺(tái)80(MW水輪發(fā)電機(jī)組和溪落渡水電站的18臺(tái)770MW水輪發(fā)電機(jī)組。巨型水輪發(fā)電機(jī)組的應(yīng)用涉及機(jī)組及配套設(shè)備制造，機(jī)組容量和運(yùn)行水頭均高于三峽機(jī)組，水電機(jī)座環(huán)上、下環(huán)板用350mm大厚度水電用鋼S355級(jí)鋼板對(duì)金屬材料質(zhì)量和性能要求較高，特別是鋼材的力學(xué)性能、焊接性能及Z向性能等提出了更高的要求，已超出現(xiàn)有水輪發(fā)電機(jī)組的所用鋼板范圍，而普通冶煉澆鑄手段無法滿足需要，尤其是在內(nèi)部質(zhì)量上達(dá)不到要求；如何能夠生產(chǎn)組織致密、鋼質(zhì)潔凈、性能均勻、能滿足較高的探傷和性能要求的水電用大厚度易焊接高強(qiáng)度鋼板，是本領(lǐng)域亟待解決的技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明目的是提供一種水電用正火型大厚度易焊接高強(qiáng)度鋼板及其生產(chǎn)方法，提高鋼板的厚度、內(nèi)部質(zhì)量、焊接性能、抗層狀撕裂性能、強(qiáng)度以及低溫沖擊韌性，解決【背景技術(shù)】中存在的上述問題。
[0004]發(fā)明的技術(shù)方案是:一種水電用大厚度易焊接高強(qiáng)度鋼板，由以下質(zhì)量百分比的組分熔煉而成，C:0.10%-0.18%, Si:0.15%-0.35%, Mn:0.90%-1.60%, P ≤ 0.02%,S ≤ 0.005%, Nb:0.020%-0.030%, Al:0.010%_0.080%, V:0.035%-0.065%, Ti ( 0.025%，余
量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
[0005]所述水電用大厚度易焊接高強(qiáng)度鋼板的厚度為350mm。
[0006]一種水電用正火型大厚度易焊接高強(qiáng)度鋼板的生產(chǎn)方法，包含冶煉、連鑄、電渣重熔、加熱、軋制、軋后水冷、熱堆垛、熱處理工序，各工序參數(shù)如下:
①冶煉工序:將含有以下質(zhì)量百分比C:0.10%-0.18%，S1:0.15%-0.35%，Mn:0.90%-1.60%, P ≤ 0.02%, S ≤ 0.005%, Nb:0.020%-0.030%, Al:0.010%-0.080%, V:0.035%-0.065%, Ti ( 0.025%組分的鋼水先經(jīng)電爐冶煉，送入LF精煉爐精煉，然后轉(zhuǎn)入VD爐真空脫氣處理，VD前加入CaSi塊或Fe-Ca線改變夾雜物形態(tài)；
②連鑄工序:采用低碳保護(hù)渣，鑄坯下線堆垛24小時(shí)以上，帶溫清理、轉(zhuǎn)電渣重熔爐制
坯；
③電渣重熔工序:電渣爐采用低頻供電、雙極串聯(lián)、抬結(jié)晶器工藝；為確保鋼板表面質(zhì)量，對(duì)電渣錠帶溫清理，清理溫度> 150°C ;如果清理后不能及時(shí)裝爐，應(yīng)堆垛緩冷；
④加熱工序:最高加熱溫度為1240°C，均熱溫度為1100-1200°C，總加熱時(shí)間為24-30h，均熱時(shí)間≥5h ；
⑤軋制工序:電渣錠加熱溫度1150°C-1180°C，開軋溫度1050°C-1100°C，采用低速大壓下的控制手段，道次壓下率給定在8%-10%之間，道次之間預(yù)留3-5s的靜態(tài)再結(jié)晶時(shí)間，達(dá)到成品厚度時(shí)的終軋溫度保證在980°C以上，總壓下率達(dá)到60%，使鋼板充分再結(jié)晶;
⑥軋后水冷工序:鋼板軋后通過ACC水冷快冷到600°C-700°C之間，保留細(xì)化的組織快速水冷至750-850°C ；
⑦熱堆垛工序:軋后采用擴(kuò)氫工藝對(duì)鋼板進(jìn)行擴(kuò)氫；
⑧熱處理工序:爐溫500-600°C裝爐，快速升溫4-6小時(shí)，到950±20°C，提高奧氏體的形核速率，保溫I小時(shí)，然后降溫至910°C，保溫5-10小時(shí)，避免高溫長(zhǎng)時(shí)加熱導(dǎo)致奧氏體晶粒長(zhǎng)大；鋼板保溫時(shí)間到后，立即吊出進(jìn)淬火槽入水快冷，淬火槽水溫控制在30°C以下，5-IOs后吊出空冷，避免時(shí)間過長(zhǎng)導(dǎo)致表面魏氏組織嚴(yán)重，控制返紅溫度在500°C-700°C之間。
[0007]所述冶煉工序，真空脫氣處理的真空度≥66.6Pa，真空保持時(shí)間≥20min ；CaSi塊或Fe-Ca線的加入量為≥IOOkg/爐。
[0008]所述的連鑄工序，澆鑄溫度為1540_1560°C。
[0009]所述電渣重熔工序，電渣爐結(jié)晶器厚度分別為640mm、760mm、960mm三種規(guī)格，采
用與三種規(guī)格結(jié)晶器相匹配的渣系。
[0010]本發(fā)明采用碳、錳固溶強(qiáng)化；加入少量的Nb、V細(xì)化晶粒，其碳氮化物起到彌散強(qiáng)化作用；通過后續(xù)合理的熱處理工藝，生產(chǎn)的鋼板具有大的厚度和良好的性能。其中，各組分及含量在本發(fā)明中的作用是:
C:碳對(duì)鋼的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、焊接性能產(chǎn)生顯著影響。碳通過間隙固溶能顯著提高強(qiáng)度，與其他元素形成碳化物可起到析出強(qiáng)化的作用，但含碳量過高又會(huì)影響鋼的焊接性能及韌性，因此對(duì)于350mm厚的鋼板，將碳含量控制范圍設(shè)定為0.10%-0.18%。
[0011]S1:硅在煉鋼過程中作為還原劑和脫氧劑，同時(shí)Si也能起到固溶強(qiáng)化作用，但硅過量時(shí)，會(huì)造成鋼的韌性下降，導(dǎo)致焊縫熔合區(qū)脆性，故設(shè)定硅含量為0.15%-0.35%。
[0012]Mn:錳成本低廉，能增加鋼的韌性、強(qiáng)度和硬度，提高鋼的淬透性，改善鋼的熱加工性能；錳量過高，容易在大鋼錠中心產(chǎn)生偏析，且使鋼的共析點(diǎn)碳含量降低，從而增加組織中珠光體的含量，對(duì)韌性不利，故設(shè)定控制范圍為0.90%-1.60%。
[0013]P、S:在一般情況下，磷和硫都是鋼中有害元素，增加鋼的脆性。磷使焊接性能降低，降低塑性，使冷彎性能變差；硫降低鋼的延展性和韌性，在鍛造和軋制時(shí)造成裂紋。因此，應(yīng)盡量減少磷和硫在鋼中的含量(P ( 0.012%, S≤0.005%)。
[0014]Al:鋁是鋼中常用的脫氧劑。鋼中加入少量的鋁(0.020%-0.080%)，可細(xì)化晶粒，提高沖擊韌性。鋁還具有抗氧化性和抗腐蝕性能，過高則影響鋼的熱加工性能、焊接性能和切削加工性能。
[0015]Nb:含量為0.020-0.030%,鈮的加入是為了促進(jìn)鋼軋制顯微組織的晶粒細(xì)化，可同時(shí)提高強(qiáng)度和韌性，鈮可在控軋過程中通過抑制奧氏體再結(jié)晶有效的細(xì)化顯微組織，并析出強(qiáng)化基體。加熱固溶Nb阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大，冷卻時(shí)高溫析出Nb的C、N化物；銀可降低鋼的過熱敏感性及回火脆性。[0016]V: V含量為0.035%-0.065%。鋼中加釩可細(xì)化組織晶粒，提高強(qiáng)度和韌性。經(jīng)過II型控軋后，V的C、N化物析出，強(qiáng)烈提高鋼板得強(qiáng)度；釩與碳形成的碳化物，在高溫高壓下可提高抗氫腐蝕能力。
[0017]T1:鈦是良好的脫氧劑。鋼中加Ti可與C、N元素形成Ti的碳化物、氮化物或碳氮化物，這些化合物具有好的晶粒細(xì)化效果。
[0018]本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):①本發(fā)明的鋼合金含量較低，通過調(diào)整優(yōu)化鋼板中元素的配比，能在低碳當(dāng)量條件下確保鋼板具有良好的綜合力學(xué)性能和焊接性能，還能減低成本，增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力；②進(jìn)行超聲波法探傷檢查，電渣重熔生產(chǎn)大厚度水電用鋼板100%滿足GB/T 2970的I級(jí)要求鋼板的具有良好的綜合性能:鋼板橫向、縱向拉伸、沖擊性能基本一致，具有較好的各向同性及Z向性能。④重熔后鋼中主要成分變化不大，成分比較均勻。⑤重熔后實(shí)現(xiàn)高純凈度，鋼板內(nèi)在組織致密，低倍缺陷控制較低。鋼板低倍組織無裂紋、氣孔等危害缺陷，其疏松和偏析級(jí)別< 1.0級(jí)。⑥鋼板最大厚度可達(dá)到350_ ;⑦鋼板組織為鐵素體+珠光體的混合組織。
【具體實(shí)施方式】
[0019]以下通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0020]實(shí)施例1 本實(shí)施例的水電用正火型大厚度易焊接高強(qiáng)度鋼板生產(chǎn)方法的步驟如下:
(1)冶煉:將含有以下重量百分比C:0.16%, S1:0.30%, Mn:1.39%, P:0.014%, S:
0.001%, Al:0.018%, Nb:0.037%, V:0.052%, T1:0.001% 組分的鋼水先經(jīng)電爐冶煉，送入 LF精煉爐精煉，然后轉(zhuǎn)入VD爐真空脫氣處理，VD前加入CaSi塊IlOkg/爐，改變夾雜物形態(tài)；VD爐的真空度66.2Pa，真空保持時(shí)間23min，確保夾雜物、氣體的有效排除，保證鋼水的純凈;
(2)連鑄:采用低碳保護(hù)渣，鑄坯下線堆垛26小時(shí)，帶溫清理、轉(zhuǎn)電渣重熔爐制坯；
(3)電渣重熔:電渣爐采用厚度為760mm的結(jié)晶器，并采用其相匹配的渣系，同時(shí)采用了低頻供電、雙極串聯(lián)、抬結(jié)晶器等先進(jìn)工藝技術(shù)；為確保鋼板表面質(zhì)量，對(duì)電渣錠帶溫清理，清理溫度180°C，清理后及時(shí)裝爐。
[0021](4)加熱:加熱溫度1230°C，均熱溫度1150°C，總加熱時(shí)間25小時(shí)，均熱時(shí)間7h ；
(5)軋制:開軋溫度1050°C，采用低速大壓下的控制手段，道次壓下率給定在8%-10%
之間，道次之間預(yù)留3-IOs的靜態(tài)再結(jié)晶時(shí)間，達(dá)到成品厚度時(shí)的終軋溫度為995°C。
[0022](6)軋后水冷:鋼板軋后快速水冷至700°C ；
(7)熱堆垛:水冷后采用擴(kuò)氫工藝對(duì)鋼板進(jìn)行擴(kuò)氫；
(8)熱處理:
爐溫500V裝爐，快速升溫(5小時(shí))到950°C，保溫I小時(shí)，然后降溫至910°C，保溫8小時(shí)。
[0023]鋼板保溫時(shí)間到后，立即吊出進(jìn)淬火槽入水快冷，淬火槽水溫25°C，7s后吊出空冷，控制返紅溫度600°C。
[0024]本實(shí)施例350mm厚成品鋼板檢驗(yàn)的力學(xué)性能結(jié)果如表I所示。
[0025]表I實(shí)施例1實(shí)物性能水平
【權(quán)利要求】
1.一種水電用正火型大厚度易焊接高強(qiáng)度鋼板，其特征在于由以下質(zhì)量百分比的組分熔煉而成，C:0.10%-0.18%, S1:0.15%-0.35%, Mn:0.90%-1.60%, P ≤ 0.02%, S ≤ 0.005%,Nb:0.020%-0.030%, Al:0.010%_0.080%, V:0.035%-0.065%, T1 ( 0.025%，余量為 Fe 和不可避免的雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水電用正火型大厚度易焊接高強(qiáng)度鋼板，其特征在于:所述水電用大厚度易焊接高強(qiáng)度鋼板的厚度為350mm。
3.一種水電用正火型大厚度易焊接高強(qiáng)度鋼板的生產(chǎn)方法，其特征在于包含冶煉、連鑄、電渣重熔、加熱、軋制、軋后水冷、熱堆垛、熱處理工序，各工序參數(shù)如下: ①冶煉工序:將含有以下質(zhì)量百分比C:0.10%-0.18%，S1:0.15%-0.35%，Mn:0.90%-1.60%, P ≤ 0.02%, S ≤ 0.005%, Nb:0.020%-0.030%, Al:0.010%-0.080%, V:0.035%-0.065%, T1 ( 0.025%組分的鋼水先經(jīng)電爐冶煉，送入LF精煉爐精煉，然后轉(zhuǎn)入VD爐真空脫氣處理，VD前加入CaS1塊或Fe-Ca線改變夾雜物形態(tài)； ②連鑄工序:采用低碳保護(hù)渣，鑄坯下線堆垛24小時(shí)以上，帶溫清理、轉(zhuǎn)電渣重熔爐制坯； ③電渣重熔工序:電渣爐采用低頻供電、雙極串聯(lián)、抬結(jié)晶器工藝；對(duì)電渣錠帶溫清理，清理溫度> 150°C ;如果清理后不能及時(shí)裝爐，堆垛緩冷； ④加熱工序:最高加熱溫度為1240°C，均熱溫度為1100-1200°C，總加熱時(shí)間為24-30h，均熱時(shí)間≥5h ； ⑤軋制工序:電渣錠加熱溫度1150°C~1180°C，開軋溫度1050°C~1100°C，道次壓下率給定在8%~10%之間，道次之間預(yù)留3~5s的靜態(tài)再結(jié)晶時(shí)間，達(dá)到成品厚度時(shí)的終軋溫度保證在980°C以上，總壓下率達(dá)到60%，使鋼板充分再結(jié)晶； ⑥軋后水冷工序:鋼板軋后通過ACC水冷快冷到600°C~700°C之間，保留細(xì)化的組織快速水冷至750-850°C ； ⑦熱堆垛工序:軋后采用擴(kuò)氫工藝對(duì)鋼板進(jìn)行擴(kuò)氫； ⑧熱處理工序:爐溫500-600°C裝爐，快速升溫4~6小時(shí)，到950±20°C，保溫1小時(shí)，然后降溫至910°C，保溫5~10小時(shí)；鋼板保溫時(shí)間到后，立即吊出進(jìn)淬火槽入水快冷，淬火槽水溫控制在30°C以下，5~10s后吊出空冷，控制返紅溫度在500V~700V之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種水電用正火型大厚度易焊接高強(qiáng)度鋼板的生產(chǎn)方法，其特征在于:所述冶煉工序，真空脫氣處理的真空度< 66.6Pa，真空保持時(shí)間≥20m1n ；CaS1塊或Fe-Ca線的加入量為≥100kg/爐。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的一種水電用正火型大厚度易焊接高強(qiáng)度鋼板的生產(chǎn)方法，其特征在于:所述的連鑄工序，澆鑄溫度為1540-1560°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的一種水電用正火型大厚度易焊接高強(qiáng)度鋼板的生產(chǎn)方法，其特征在于:所述電渣重熔工序，電渣爐結(jié)晶器厚度分別為640mm、760mm、960mm三種規(guī)格，采用與三種規(guī)格結(jié)晶器相匹配的渣系。
【文檔編號(hào)】C22B9/18GK103451530SQ201310383958
【公開日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2013年8月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月29日
【發(fā)明者】李建立, 葉建軍, 韋明, 張朋, 桑德廣, 張亞麗, 莫德敏, 張儀杰, 陳起 申請(qǐng)人:舞陽(yáng)鋼鐵有限責(zé)任公司, 河北鋼鐵集團(tuán)有限公司