一种水电用正火型大厚度易焊接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正火型大厚度易焊接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：0.10%-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】一种水电用正火型大厚度易焊接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正火型大厚度易焊接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80(MW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，机组容量和运行水头均高于三峡机组，水电机座环上、下环板用350mm大厚度水电用钢S355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，已超出现有水轮发电机组的所用钢板范围，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正火型大厚度易焊接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高强度钢板，由以下质量百分比的组分熔炼而成，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
量为Fe和不可避免的杂质。
[0005]所述水电用大厚度易焊接高强度钢板的厚度为350mm。
[0006]一种水电用正火型大厚度易焊接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:0.10%-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%组分的钢水先经电炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，然后转入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:电渣锭加热温度1150°C-1180°C，开轧温度1050°C-1100°C，采用低速大压下的控制手段，道次压下率给定在8%-10%之间，道次之间预留3-5s的静态再结晶时间，达到成品厚度时的终轧温度保证在980°C以上，总压下率达到60%，使钢板充分再结晶;
⑥轧后水冷工序:钢板轧后通过ACC水冷快冷到600°C-700°C之间，保留细化的组织快速水冷至750-850°C ；
⑦热堆垛工序:轧后采用扩氢工艺对钢板进行扩氢；
⑧热处理工序:炉温500-600°C装炉，快速升温4-6小时，到950±20°C，提高奥氏体的形核速率，保温I小时，然后降温至910°C，保温5-10小时，避免高温长时加热导致奥氏体晶粒长大；钢板保温时间到后，立即吊出进淬火槽入水快冷，淬火槽水温控制在30°C以下，5-IOs后吊出空冷，避免时间过长导致表面魏氏组织严重，控制返红温度在500°C-700°C之间。
[0007]所述冶炼工序，真空脱气处理的真空度≥66.6Pa，真空保持时间≥20min ；CaSi块或Fe-Ca线的加入量为≥IOOkg/炉。
[0008]所述的连铸工序，浇铸温度为1540_1560°C。
[0009]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。
[0010]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，生产的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350mm厚的钢板，将碳含量控制范围设定为0.10%-0.18%。
[0011]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0.15%-0.35%。
[0012]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0.90%-1.60%。
[0013]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%)。
[0014]Al:铝是钢中常用的脱氧剂。钢中加入少量的铝(0.020%-0.080%)，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。
[0015]Nb:含量为0.020-0.030%,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；银可降低钢的过热敏感性及回火脆性。[0016]V: V含量为0.035%-0.065%。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。
[0017]T1: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。
[0018]本发明具有以下优点:①本发明的钢合金含量较低，通过调整优化钢板中元素的配比，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/T 2970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350_ ;⑦钢板组织为铁素体+珠光体的混合组织。
【具体实施方式】
[0019]以下通过实施例对本发明做进一步说明。
[0020]实施例1 本实施例的水电用正火型大厚度易焊接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%, S1:0.30%, Mn:1.39%, P:0.014%, S:
0.001%, Al:0.018%, Nb:0.037%, V:0.052%, T1:0.001% 组分的钢水先经电炉冶炼，送入 LF精炼炉精炼，然后转入VD炉真空脱气处理，VD前加入CaSi块IlOkg/炉，改变夹杂物形态；VD炉的真空度66.2Pa，真空保持时间23min，确保夹杂物、气体的有效排除，保证钢水的纯净;
(2)连铸:采用低碳保护渣，铸坯下线堆垛26小时，带温清理、转电渣重熔炉制坯；
(3)电渣重熔:电渣炉采用厚度为760mm的结晶器，并采用其相匹配的渣系，同时采用了低频供电、双极串联、抬结晶器等先进工艺技术；为确保钢板表面质量，对电渣锭带温清理，清理温度180°C，清理后及时装炉。
[0021](4)加热:加热温度1230°C，均热温度1150°C，总加热时间25小时，均热时间7h ；
(5)轧制:开轧温度1050°C，采用低速大压下的控制手段，道次压下率给定在8%-10%
之间，道次之间预留3-IOs的静态再结晶时间，达到成品厚度时的终轧温度为995°C。
[0022](6)轧后水冷:钢板轧后快速水冷至700°C ；
(7)热堆垛:水冷后采用扩氢工艺对钢板进行扩氢；
(8)热处理:
炉温500V装炉，快速升温(5小时)到950°C，保温I小时，然后降温至910°C，保温8小时。
[0023]钢板保温时间到后，立即吊出进淬火槽入水快冷，淬火槽水温25°C，7s后吊出空冷，控制返红温度600°C。
[0024]本实施例350mm厚成品钢板检验的力学性能结果如表I所示。
[0025]表I实施例1实物性能水平
【权利要求】
1.一种水电用正火型大厚度易焊接高强度钢板，其特征在于由以下质量百分比的组分熔炼而成，C:0.10%-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所述的一种水电用正火型大厚度易焊接高强度钢板，其特征在于:所述水电用大厚度易焊接高强度钢板的厚度为350mm。
3.一种水电用正火型大厚度易焊接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:0.10%-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%组分的钢水先经电炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，然后转入VD炉真空脱气处理，VD前加入CaS1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；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，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:电渣锭加热温度1150°C~1180°C，开轧温度1050°C~1100°C，道次压下率给定在8%~10%之间，道次之间预留3~5s的静态再结晶时间，达到成品厚度时的终轧温度保证在980°C以上，总压下率达到60%，使钢板充分再结晶； ⑥轧后水冷工序:钢板轧后通过ACC水冷快冷到600°C~700°C之间，保留细化的组织快速水冷至750-850°C ； ⑦热堆垛工序:轧后采用扩氢工艺对钢板进行扩氢； ⑧热处理工序:炉温500-600°C装炉，快速升温4~6小时，到950±20°C，保温1小时，然后降温至910°C，保温5~10小时；钢板保温时间到后，立即吊出进淬火槽入水快冷，淬火槽水温控制在30°C以下，5~10s后吊出空冷，控制返红温度在500V~700V之间。
4.根据权利要求3所述的一种水电用正火型大厚度易焊接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≥20m1n ；CaS1块或Fe-Ca线的加入量为≥100kg/炉。
5.根据权利要求3或4所述的一种水电用正火型大厚度易焊接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所述的一种水电用正火型大厚度易焊接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】C22B9/18GK103451530SQ201310383958
【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