水电用调质型大厚度易焊接z向高强度钢板及其生产方法
【专利摘要】本发明涉及一种水电用调质型大厚度易焊接Z向高强度钢板及其生产方法，属于钢铁冶炼工艺【技术领域】。技术方案是包含冶炼、连铸、电渣重熔、加热、轧制、轧后水冷、热堆垛、热处理工序，由以下质量百分比的组分熔炼而成，C≤0.18%，Si≤0.60%，Mn≤1.80%，P≤0.012%，S≤0.005%，Ni≤2.00%，Mo≤0.70%，Cr≤1.5%，Cu≤0.5%，Nb≤0.060%，Al≥0.020%，V≤0.12%，Ti≤0.05%，B≤0.004%，N≤0.015%，余量为Fe和不可避免的杂质。本发明具有以下优点：确保钢板具有良好的综合力学性能和焊接性能下，减低成本，增强市场竞争力；满足GB/T2970的I级要求，钢板横向、纵向拉伸、冲击性能基本一致，具有较好的各向同性及Z向性能；重熔后实现高纯净度，钢板内在组织致密，低倍缺陷控制较低，提高钢板的厚度、内部质量、焊接性能、抗层状撕裂性能、强度以及低温冲击韧性。
【专利说明】水电用调质型大厚度易焊接Z向高强度钢板及其生产方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种水电用调质型大厚度易焊接Z向高强度钢板及其生产方法，属于钢铁冶炼工艺【技术领域】。
【背景技术】
[0002]目前，国外额定功率最大的水轮发电机组为700MW，我国已经投运的700MW及以上水轮发电机组达到了近50台，预计还有35台额定功率为700丽及以上的水轮发电机组将在2015年前投产发电，其中最大额定功率的为向家坝水电站的8台800MW水轮发电机组和溪落渡水电站的18台770MW水轮发电机组。巨型水轮发电机组的应用涉及机组及配套设备制造。水电机座环上、下环板用265mm大厚度水电用钢S500级钢板对金属材料质量和性能要求较高，特别是钢材的力学性能、焊接性能及Z向性能等提出了更高的要求，而普通冶炼浇铸手段无法满足需要，尤其是在内部质量上达不到要求；如何能够生产组织致密、钢质洁净、性能均匀、能满足较高的探伤和性能要求的水电用大厚度易焊接高强度钢板，是本领域亟待解决的技术问题。
【发明内容】
[0003]本发明目的是提供一种水电用调质型大厚度易焊接Z向高强度钢板及其生产方法，提高钢板的厚度、内部质量、焊接性能、抗层状撕裂性能、强度以及低温冲击韧性，解决【背景技术】中存在的上述问题。
[0004]发明的技术方案是:一种水电用大厚度易焊接Z向高强度钢板，由以下质量百分比的组分熔炼而成，C≤0.18%, Si ≤0.60%, Mn ≤1.80%, P≤0.012%, S≤0.005%,Ni ≤2.00%, Mo ≤0.70%, Cr ≤ 1.5%, Cu ≤0.5%, Nb ≤0.060%, Al ≤ 0.020%, V ≤ 0.12%,Ti ≤0.05%, B≤0.004%, N≤0.015%，余量为Fe和不可避免的杂质。
[0005]所述水电用大厚度易焊接Z向高强度钢板的厚度为265mm。
[0006]一种水电用调质型大厚度易焊接Z向高强度钢板的生产方法，包含冶炼、连铸、电渣重熔、加热、轧制、轧后水冷、热堆垛、热处理工序，各工序参数如下:
①冶炼工序:将含有以下质量百分比C≤0.18%，Si ≤0.60%, Mn ≤1.80%，P≤0.012%，S ≤ 0.005%, Ni ≤2.00%, Mo ≤0.70%, Cr ≤ 1.5%, Cu ≤0.5%, Nb ≤0.060%, Al ≤ 0.020%,V≤0.12%，Ti ≤0.05%, B≤0.004%, N≤0.015%组分的钢水先经电炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，当钢水温度达到或超过1640± 10°C时转入VD炉真空脱气处理，VD前加入CaSi块或Fe-Ca线改变夹杂物形态；
②连铸工序:采用低碳保护渣，铸坯下线堆垛24小时以上，带温清理、转电渣重熔炉制
坯；
③电渣重熔工序:电渣炉采用低频供电、双极串联、抬结晶器工艺；为确保钢板表面质量，对电渣锭带温清理，清理温度> 150°C ;如果清理后不能及时装炉，应堆垛缓冷；
④加热工序:最高加热温度为1240°C，均热温度为1100-1200°C，总加热时间为24-30h，均热时间≤5h ；
⑤轧制工序:采用II型控轧，II阶段开轧温度<920°C，终轧温度< 880°C ；
⑥轧后水冷工序:轧后浇水至返红温度650-680°C；
⑦热堆垛工序:钢板堆垛不搭头、不歪斜，确保板型良好；
⑧热处理工序:淬火工艺890°C保温，保温2.0min/mm ;钢板出炉前提前打开冷却水，水温≤30°C,钢板入水时间≤2.0小时,钢板出水返红温度50°C。
[0007]回火温度550~700°C。
[0008]所述冶炼工序，真空脱气处理的真空度≤66.6Pa，真空保持时间≤25min ；CaSi块或Fe-Ca线的加入量为≤ IOOkg/炉。
[0009]所述的连铸工序，浇铸温度为1540_1560°C。
[0010]所述电渣重熔工序，电渣炉结晶器厚度分别为640mm、760mm、960mm三种规格，采
用与三种规格结晶器相匹配的渣系。
[0011]本发明采用碳、锰固溶强化；加入少量的Nb、V细化晶粒，其碳氮化物起到弥散强化作用；通过后续合理的热处理工艺，钢板具有大的厚度和良好的性能。其中，各组分及含量在本发明中的作用是:
C:碳对钢的屈服强度、抗拉强度、焊接性能产生显著影响。碳通过间隙固溶能显著提高强度，与其他元素形成碳化物可起到析出强化的作用，但含碳量过高又会影响钢的焊接性能及韧性，因此对于265_厚的钢板，将碳含量控制范围设定为CS0.18%。
[0012]S1:硅在炼钢过程中作为还原剂和脱氧剂，同时Si也能起到固溶强化作用，但硅过量时，会造成钢的韧性下降，导致焊缝熔合区脆性，故设定硅含量为Si ( 0.60%。
[0013]Mn:锰成本低廉，能增加钢的韧性、强度和硬度，提高钢的淬透性，改善钢的热加工性能；锰量过高，容易在大钢锭中心产生偏析，且使钢的共析点碳含量降低，从而增加组织中珠光体的含量，对韧性不利，故设定控制范围为Mn ( 1.80%。
[0014]P、S:在一般情况下，磷和硫都是钢中有害元素，增加钢的脆性。磷使焊接性能降低，降低塑性，使冷弯性能变差；硫降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。因此，应尽量减少磷和硫在钢中的含量(P ( 0.012%, S≤0.005%)。
[0015]Al:铝是钢中常用的脱氧剂。钢中加入少量的铝(Al≤0.020%)，可细化晶粒，提高冲击韧性。铝还具有抗氧化性和抗腐蚀性能，过高则影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能。
[0016]Nb:含量为Nb ( 0.060%,铌的加入是为了促进钢轧制显微组织的晶粒细化，可同时提高强度和韧性，铌可在控轧过程中通过抑制奥氏体再结晶有效的细化显微组织，并析出强化基体。加热固溶Nb阻止奥氏体晶粒长大，冷却时高温析出Nb的C、N化物；铌可降低钢的过热敏感性及回火脆性。
[0017]V: V含量为V≤0.12%。钢中加钒可细化组织晶粒，提高强度和韧性。经过II型控轧后，V的C、N化物析出，强烈提高钢板得强度；钒与碳形成的碳化物，在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力。
[0018]T1:含量为Ti≤0.05%，钛是良好的脱氧剂，钢中加Ti可与C、N元素形成Ti的碳化物、氮化物或碳氮化物，这些化合物具有好的晶粒细化效果。
[0019]Cr:铬是碳化物形成的主要元素，增加奥氏体的稳定性，降低临界冷却速度，提高淬透性、回火稳定性和冲击韧性，但加入量较多会降低焊接性，所以其含量控制在Cr ( 1.5%。
[0020]Mo:钥的碳化物溶于奥氏体，提高钢的强度，提高淬透性，阻止奥氏体长大，提高回火稳定性，消除回火脆性。其含量控制在Mo ( 0.70%。
[0021]B:硼元素增加淬透性，其效果比铬、锰要高100倍以上，但硼钢易在晶界析出硼化物造成热脆，而且对焊接性造成较大的损害，故将其控制在BS 0.004%。
[0022]Cu:铜在钢中能够起到一定的析出强化作用，同时，铜的加入可以明显提高钢的耐腐蚀性，铜含量控制在Cu ( 0.5%。
[0023]本发明具有以下优点:①本发明的钢碳当量较低，通过调整优化钢板中元素的配t匕，能在低碳当量条件下确保钢板具有良好的综合力学性能和焊接性能，还能减低成本，增强市场竞争力；②进行超声波法探伤检查，电渣重熔生产大厚度水电用钢板100%满足GB/T2970的I级要求钢板的具有良好的综合性能:钢板横向、纵向拉伸、冲击性能基本一致，具有较好的各向同性及Z向性能。④重熔后钢中主要成分变化不大，成分比较均匀。⑤重熔后实现高纯净度，钢板内在组织致密，低倍缺陷控制较低。钢板低倍组织无裂纹、气孔等危害缺陷，其疏松和偏析级别< 1.0级。⑥钢板最大厚度可达到265_ ；
【具体实施方式】
[0024]以下通过实施例对本发明做进一步说明。
[0025]实施例1
本实施例的水电用调质型可焊接大厚度调质Z向高强度钢板生产方法的步骤如下:
(1)冶炼:将含有以下重量百分比C:0.16%, S1:0.40%, Mn:1.50%, P:0.011%, S:0.002%, N1:1.20%, Mo:0.50%, Cr:1.1%，Cu:0.3%, Nb:0.040%, Al:0.030%, V:0.06%, Ti:0.02%，B:0.002%, N:0.015%组分的钢水先经电炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，当钢水温度达到一定温度时转入VD炉真空脱气处理，VD前加入CaSi块120kg/炉；VD炉的真空度66.0Pa，真空保持时间25min，确保夹杂物、气体的有效排除，保证钢水的纯净；
(2)连铸:采用低碳保护洛，拉速按0.8m/min控制，铸坯下线堆垛24小时以上，带温清理、转电渣重熔炉制坯；
(3)加热:最高加热温度1230°C，均热温度1150°C，总加热时间29小时，均热时间6h；
(4)轧制:采用II型控轧，II阶段开轧温度920°C，终轧温度870°C。
[0026](5)轧后水冷:轧后适当浇水至返红温度660°C ；
(6)热堆垛:水冷后及时避风堆垛，堆垛温度650°C，堆垛时间72h；
(7)热处理:
淬火工艺:890°C保温，保温2.0min/mm ;钢板出炉前提前打开冷却水，水温20°C，钢板入水时间2.0小时，钢板出水返红温度:30°C。
[0027]回火:回火温度在680°C，得到成品钢板。
[0028](8) 265mm实施例1成品钢板检验的力学性能结果如表I所示。
[0029]表I实施例1实物性能水平
【权利要求】
1.一种水电用调质型大厚度易焊接Z向高强度钢板，其特征在于由以下质量百分比的组分熔炼而成，C ≤ 0.18%, Si ( 0.60%,Mn ( 1.80%, P ( 0.012%，S ≤ 0.005%, Ni ( 2.00%,Mo ( 0.70%, Cr ( 1.5%, Cu ( 0.5%, Nb ( 0.060%, Al≤ 0.020%, V ≤ 0.12%, Ti ( 0.05%,B≤0.004%, N≤0.015%，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种水电用调质型大厚度易焊接Z向高强度钢板，其特征在于:水电用大厚度易焊接Z向高强度钢板的厚度为265mm。
3.一种水电用调质型大厚度易焊接Z向高强度钢板的生产方法，其特征在于包含冶炼、连铸、电渣重熔、加热、轧制、轧后水冷、热堆垛、热处理工序，各工序参数如下: ①冶炼工序:将含有以下质量百分比C≤0.18%，Si ( 0.60%, Mn ( 1.80%，P≤0.012%，S ≤ 0.005%, Ni ( 2.00%, Mo ( 0.70%, Cr ≤ 1.5%, Cu ( 0.5%, Nb ( 0.060%, Al ≤ 0.020%,V≤0.12%，Ti ( 0.05%, B≤0.004%, N≤0.015%组分的钢水先经电炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，当钢水温度达到或超过1640± 10°C时转入VD炉真空脱气处理，VD前加入CaSi块或Fe-Ca线改变夹杂物形态； ②连铸工序:采用低碳保护渣，铸坯下线堆垛24小时以上，带温清理、转电渣重熔炉制坯； ③电渣重熔工序:电渣炉采用低频供电、双极串联、抬结晶器工艺；为确保钢板表面质量，对电渣锭带温清理，清理温度> 150°C ;如果清理后不能及时装炉，应堆垛缓冷； ④加热工序:最高加热温度为1240°C，均热温度为1100-1200°C，总加热时间为24-30h，均热时间≤5h ； ⑤轧制工序:采用II型控轧，II阶段开轧温度<920°C，终轧温度< 880°C ； ⑥轧后水冷工序:轧后浇水至返红温度650-680°C； ⑦热堆垛工序:钢板堆垛不搭头、不歪斜，确保板型良好； ⑧热处理工序:淬火工艺890°C保温，保温2.0min/mm ;钢板出炉前提前打开冷却水，水温≤30°C,钢板入水时间≤2.0小时,钢板出水返红温度50°C, 回火温度550~700°C。
4.根据权利要求3所述的一种水电用调质型大厚度易焊接Z向高强度钢板的生产方法，其特征在于:所述冶炼工序，真空脱气处理的真空度<66.6Pa，真空保持时间>25min ；CaSi块或Fe-Ca线的加入量为≤IOOkg/炉。
5.根据权利要求3或4所述的一种水电用调质型大厚度易焊接Z向高强度钢板的生产方法，其特征在于:所述的连铸工序，浇铸温度为1540-1560°C。
6.根据权利要求3或4所述的一种水电用调质型大厚度易焊接Z向高强度钢板的生产方法，其特征在于:所述电渣重熔工序，电渣炉结晶器厚度分别为640mm、760mm、960mm三种规格，采用与三种规格结晶器相匹配的渣系。
【文档编号】C22C33/04GK103451562SQ201310383949
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年8月29日 优先权日:2013年8月29日
【发明者】李建立, 叶建军, 韦明, 张朋, 桑德广, 张亚丽, 莫德敏, 张仪杰, 陈起 申请人:舞阳钢铁有限责任公司, 河北钢铁集团有限公司