一种厚度300mm高强调质钢板Q550EZ35及其生产方法与流程

本发明属于特厚调质钢板生产技术领域，具体涉及到一种厚度300mm特厚高强调质钢q550ez35及其生产方法。

背景技术：

固定导叶是水轮发电机组导水机构中最重要的铸锻件之一，它的制造一直是大型水轮机组制造面临的一大难题。其一般采用砂型铸造、电渣熔铸和锻造等方式加工、制造。采用砂型铸造生产，铸件内部质量不稳定，易于产生缩松、缩孔、气孔、夹杂、裂纹等常见铸造缺陷。电渣熔铸导叶与常规砂型铸造、锻造导叶相比，综合质量有很大提升，但生产成本高。

技术实现要素：

本发明采用水冷钢锭为原料，以四辊轧机轧制的方式生产一种厚度300mm的高强调质钢板q550ez35，并通过机械加工、制造固定导叶。其性能具备良好低温冲击韧性、优异的抗层状撕裂性能、良好的抗环境腐蚀性能、良好的纵、横向性能、较低的碳当量及良好的焊接性能和较高的内部探伤质量等，同时保证厚度方向、轧向、宽度方向等三向性能均匀，完全满足固定导叶的使用环境及使用性能，制造成本低于电渣熔铸，易于推广、国产化。

本发明经过实验摸索及大生产应用实践，成功获得了一种厚度300mm水电站用特厚高强调质钢板q550ez35及其生产工艺，其最终用于加工制造水轮发电机组导水机构中的固定导叶，从而完成了本发明。

因此，本发明的目的在于提供一种厚度300mm高强调质钢板q550ez35及其生产方法。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种厚度300mm高强调质钢板q550ez35包含如下化学成分：c：0.10～0.14％、si：≤0.20％、mn：1.00～1.60％、p：≤0.015％、s：≤0.005％、nb：0.030～0.055％、v：0.050～0.070％、ti：≤0.010％、mo:0.35～0.60％、ni：0.90～1.50％、cr:0.50～0.80％、als：0.040～0.060％，b：≤0.00040％、cu：≤0.020％，其它为fe和残余元素；另外，需控制关键元素组合总量：cr+mo+v≤1.2％、ni+nb≤1.45％，碳当量cev≤0.64。

为得到上述厚度300mm高强调质钢板q550ez35，其采用的生产工艺流程如下：大钢锭浇铸、钢锭表面处理、加热、轧制、高温回火、堆垛冷却、调质、切割、带温校平、外观检验入库。具体生产步骤要求如下：

(1)大钢锭浇铸：采用水冷钢锭生产，根据压缩比调整大钢锭厚度，压缩比2～3；浇注前需严格控制钢水成分，满足设计要求，同时vd真空处理后需检测氢含量，并控制在1.3ppm以内；钢水合格后转模铸浇注，浇注温度1550～1555℃，浇注时间控制在23～25min内，浇铸铸余大于8吨；浇注完毕后对帽口进行保温处理，减缓冒口凝固时间；

(2)钢锭表面处理：需对钢锭本体表面裂纹、压坑、压痕及冒口飞边、残留耐材、帽口线折叠等危害性缺陷清理彻底；

(3)水冷钢锭加热：需经历预热、升温、保温等四个阶段。预热温度小于500℃，预热时间约0.5min/mm；升温阶段需控制升温速度小于70℃/h，保温温度1290±20℃，保温时间1.1～1.5min/mm。出钢前需测量钢锭本体温度，不得低于1270℃，以便于高温轧制；

(4)轧制：开轧温度＞960℃，低速大压下热轧，道次压下量给足50～80mm，保证钢锭中心部位能够充分形变，轧制过程中从机后向机前进钢必须使用高压水除去表面残留铁皮；

(5)高温回火：轧制后，快速将钢板吊运至台车炉回火，钢板入炉温度＞650℃，保温温度700±10℃，保温时间2.0～2.5min/mm。保温结束后将钢板吊出堆垛缓冷，加盖防护板，当温度降至150℃以下后方可铺开冷却至室温；

(6)调质：采用调质工艺热处理，在调质之前，钢板先进行预正火处理，正火温度910±10℃，保温时间1.5～1.8min/mm。调质过程中，淬火保温温度860±10℃，保温时间2.0～2.5min/mm，保温后采用水冷方式进行冷却，在冷却过程中需将钢板来回移动，并控制水温＜25℃，以稳定冷却速度；淬火后回火过程保温温度650±10℃，保温时间4.0～4.5min/mm，保温期间需控制温度均匀性。

本发明通过对c、mn、si、p、s、als等基本元素及cr、mo、v、ni、nb、ti、b、cu等合金元素进行组合搭配，在保证钢板强度的前提下，提高钢板低温冲击韧性以及焊接性能。通过采用水冷锭浇铸，加快钢液凝固速度，有利于减轻疏松、偏析等缺陷，同时降低钢板头部、尾部成分偏差。通过轧后的高温回火，有利于钢板内部应力释放，同时降低氢含量，提高钢板探伤质量。通过预正火均匀组织，再进行调质，有利于钢板整板性能均匀性的提升，通过控制冷速，及调质后的低温长时间回火，有利于保证钢板的低温冲击韧性及强度匹配，性能稳定，易于实现批量生产。

附图说明

图1为本发明实施实例回火组织金相图(金相显微镜，×200)。

图2为本发明实施实例回火组织金相图(扫描电镜，×1000)。

图3为本发明实施实例z向拉伸试样宏观形貌(扫描电镜，×15)。

图4为本发明实施实例z向拉伸试样微观形貌(扫描电镜，×200)。

具体实施方式

以下结合实施实例对本发明作进一步详细描述。

本实施例的钢种牌号q550ez35，生产厚度300mm，钢板单重23.4t。其包含如下化学成分：c：0.12％、si：0.16％、mn：1.14％、p：0.009％、s：0.003％、als：0.053％、v：0.056％、ti：0.007％、cr:0.62％、ni：1.34％、mo:0.44％、nb：0.037％、cu：0.014％、b：0.00017％，其中cr+mo+v＝1.116％、ni+nb＝1.377％、cev＝0.62,其它为fe和残余元素。

本实施实例厚度300mm高强调质钢板q550ez35生产步骤如下：

(1)大钢锭浇铸：水冷钢锭厚度700mm，压缩比2.7；vd真空脱气处理后，氢含量1.2ppm；浇铸温度1554℃，总浇铸时间23min，其中本体浇铸时间18min、冒口浇铸时间5分钟，浇铸后剩余铸余9吨；

(2)钢锭表面处理：钢锭脱模缓冷后，对钢锭本体表面进行肉眼检查，宽度中心区域存在细小纵裂，采用满面全部清理，彻底将纵裂及皮下裂纹清理干净，对帽口线区域清理平滑；(3)水冷钢锭加热：装炉温度350℃，预热时间6小时，升温速度53℃/h，保温温度1300℃，保温时间15小时后出钢，钢锭本体温度1290℃，满足轧制条件；

(4)轧制：开轧温度1130℃，低速大压下热轧，道次压下量给足70mm，轧制过程每道次均使用高压水除表面铁皮，并返红40s后轧制下一道次；

(5)高温回火：轧制后，快速将钢板吊运至台车炉回火，轧制结束至入炉耗时25分钟，钢板入炉温度680℃，按700℃保温，保温24小时。保温结束后将钢板吊出堆垛缓冷，当温度降至150℃以下后铺开冷却至室温；

(6)热处理：预正火温度910±10℃，保温时间1.5～1.8min/mm。调质过程中，淬火保温温度860±10℃，保温时间2.0～2.5min/mm，保温后采用水冷方式进行冷却，在冷却过程中需将钢板来回移动，并控制水温＜25℃，以稳定冷却速度；淬火后回火过程保温温度650±10℃，保温时间4.0～4.5min/mm，保温期间需控制温度均匀性。

本实施实例厚度300mm高强调质钢板q550ez35钢板实物质量如下：

(1)力学性能检测

钢板的力学性能试件取样位置及试样制备按照gb/t2975标准及gb/t5313规定进行，低温冲击韧性试验按gb/t229标准进行，拉伸性能试验按gb/t228标准进行。模拟焊后热处理制度：保温温度580℃，保温时间12小时，随炉冷却。力学性能检验结果如下表所示：

(2)金相组织检测

按gb/t13299《钢的显微组织评定办法》和gb/t6394《金属平均晶粒度的测定法》标准对金相组织进行评定，基体组织以回火贝氏体主，晶粒度10～11级，形貌如图1、图2所示。z向拉伸断口宏观上为杯锥状，主要由中心纤维区和圆周边的剪切唇组成，在扫描电子显微镜下主要为塑性较好韧窝状断口，组织形貌见图3、4。

(3)夹杂物检测

按gb/t10561《钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法》进行夹杂物评级，检测结果见下表：

(4)无损探伤检测

按照nb/t47013.3-2015《承压设备无损检测第三部分：超声波检测》标准进行无损探伤检验，合ⅰ级。

根据上述检验结果，本实施实例所生产的厚度300mm高强调质钢板q550ez35探伤质量优异：钢板整体夹杂物含量较低，探伤满足nb/t47013.3-2015ⅰ级；晶粒组织均匀、细小，以回火粒装贝氏体为主，抗层状撕裂性能优异，断面收缩率均稳定在60％以上，钢板头、尾强度、伸长率、-20℃低温冲击韧性等性能富裕量大，完全满足水电机组用钢质量使用需求。