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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

文檔序號(hào):3291508閱讀:243來源:國(guó)知局
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
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