600MPa级低裂纹敏感性水电压力钢管用钢板及其生产方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于冶金工业中连铸炼钢技术，具体涉及一种600MPa级低裂纹敏感性水 电压力钢管用钢板及其生产方法。
【背景技术】
[0002] 随着我国水利发电事业的快速发展，在建或计划筹建的水电站多以装机容量为 600~800MW的巨型水轮发电机组为主，因此对用于制造水电站压力管道、岔管及蜗壳钢板 的厚度和性能等要求也在不断提高，并且由于这些制造部件常年处于潮湿、弱酸环境中，故 不仅要求钢板厚度和强度，也要求钢板具有较好的低温韧性和较好的焊接性能。
[0003] 经检索，申请号为201210244423. 9的中国发明专利提供了一种薄规格低焊接裂 纹敏感性水电钢生产方法，该发明与本发明的相同之处在于强度级别均为600MPa级，乳制 均采用两阶段控轧模式；但该发明中提及的最大钢板厚度为25mm，与本发明的厚度30~ 100mm存在着差别，且该发明未注明使用的是连铸板坯或铸锭坯；同时该发明与本发明还 存在着工艺流程的不同，该发明为热机械控制工艺（TMCP)加回火热处理工艺，本发明采用 的是离线调质热处理工艺，本发明的成分设计也与其存在差别，该发明化学成分的重量百 分比为：C:0? 04 ~0? 07%、Si:0? 10 ~0? 40%、Mn:1. 10 ~1. 60%、Ni:0? 18 ~0? 4%、Ti: 0? 01 ~0? 02%、M〇 彡 0? 30%、P彡 0? 012%、S彡 0? 006%、Nb彡 0? 03%、Cr彡 0? 3%，余量 为Fe和不可避免的杂质，以低碳加铬、镍、铌、钼、钛为成分设计主体，本发明的碳含量相比 该发明高，且减少了铬合金的使用，这样不仅可以降低冶炼过程中低碳钢强吹氧造成对炉 体耐材的损失，也可降低生产成本。
[0004] 申请号为201210579208. 4的中国发明专利提供了一种600MPa级水电压力钢管 钢板及其制造方法，与本发明的相同之处在于均采用连铸板坯生产，强度级别均为600MPa 级，采用两阶段控轧模式及离线调质工艺生产。但该发明中提及的最大钢板厚度为50_， 50mm不满足于巨型发电机组使用要求；同时该发明与本发明还存在着工艺不同，该发明为 两阶段控制轧制加弱冷水冷却（冷速<5°C)后进行离线热处理，本发明采用的是高冷速冷 却后进行亚温调质处理，这种工艺差别主要体现在两种的组织结果和钢板性能效果不同， 钢板快速冷却得到的组织为贝氏体，而弱冷却得到是铁素体加珠光体或含少量贝氏体，而 组织的不同直接导致性能的不同；本发明的成分设计也与其存在差别，该发明的化学成分 按重量百分比为C:0? 06 ~0? 09%、Si:0? 20 ~0? 40%、Mn:1. 4 ~1. 6%、P彡 0? 015%、 S彡 0. 005%、Nb:0. 02 ~0. 04%、Ni:0. 20 ~0. 40%、Cr:0. 10 ~0. 30%、Mo:0. 10 ~ 0. 30%、V:0. 03~0. 05%、Ti:0. 01~0. 02%，余量为Fe和不可避免的杂质。该发明以低 碳加铬、镍、铌、钒、钛、钼为成分设计主体，本发明不额外添加铬，控制Cr含量< 0. 06%，且 Nb、Ni的添加量少于该发明，这样可以降低生产成本。
[0005] 申请号为201210125992. 1的中国发明专利提供了一种水电用大厚度易焊接调质 高强度钢板及其生产方法，与本发明的相同之处在于均采用两阶段控轧模式于和亚温淬火 工艺生产。但该发明中提及生产工艺流程与本发明有着极大区别，该发明为电炉冶炼加模 铸生产，本发明为转炉加连铸生产。本发明的成分设计也与其存在差别，该发明化学成分重 量百分含量为：c:0? 15 ~0? 18%、Si:0? 15 ~0? 35%、Mn:0? 90 ~1. 00%、P彡 0? 012%、 S彡 0? 005%、Ni:1. 52 ~1. 60%、Cr:0? 30 ~0? 40%、Nb:0? 020 ~0? 030%、A1 :0? 020 ~ 0. 050%、Mo:0. 20 ~0. 30%、V:0. 055 ~0. 065%、B:0. 0007 ~0. 0015%、Ti:0. 015 ~ 0.025%，余量为Fe和不可避免的杂质，该发明相对于本发明属于高碳、高镍、低锰、高铬、 高钒、高钛设计，其生产成本远远高于本发明，且实例中成分不符合目前水电钢要求；该发 明轧后采用的是弱冷水，而本发明采用的是强冷水，最终得到的钢板实物性能指标也有不 同，该发明的实例中有两个抗拉强度低于目前水电钢板610MPa的要求。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是解决现有技术的不足，提供一种600MPa级低裂纹敏感性水电压 力钢管用钢板及其生产方法。本发明钢板力学性能指标可满足600MPa水电钢板要求，厚度 达到30~100_，且具有良好焊接性能和低温韧性，本发明解决了目前连铸板坯生产厚度 范围限制，并通过成分、工艺设计提高钢板焊接性能、降低屈强比、提高使用安全性。
[0007] 为实现上述目的，本发明所设计的600MPa级低裂纹敏感性水电压力钢管用钢板， 其化学成分的重量百分数为：C:0. 070~0. 090%、Si:0. 20~0. 40%、Mn:1. 40~1. 60%、 P彡 0? 012%、S彡 0? 005%、Cu彡 0? 06%、Ni:0? 15 ~0? 25%、Cr彡 0? 06%、Mo:0? 10 ~ 0. 25%、V:0. 05 ~0. 06%、Nb:0. 015 ~0. 025%、Ti:0. 007 ~0. 020%、N彡 0. 008%、Als: 0. 015~0. 040%、As< 0. 010%，其余为Fe及不可避免的夹杂，并满足焊接裂纹敏感性组 合Pcm彡 0? 20,其中Pcm=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B。
[0008] 作为优选方案，所述600MPa级低裂纹敏感性水电压力钢管用钢板，其化学成分 的重量百分数为：C:0? 08 ~0? 09%、Si:0? 20 ~0? 25%、Mn:1. 40 ~1. 50%、P:0? 010 ~ 0? 012%、S:0? 001 ~0? 003%、Cu彡 0? 06%、Ni:0? 20 ~0? 25%、Cr彡 0? 06%、M〇 :0? 10 ~ 0? 16%、V:0? 05 ~0? 06%、Nb:0? 015 ~0? 020%、Ti:0? 007 ~0? 010%、N彡 0? 008%、Als: 0. 015~0. 025%、As< 0. 010%，其余为Fe及不可避免的夹杂，并满足焊接裂纹敏感性组 合Pcm< 0. 20。
[0009] 作为更优选方案，所述600MPa级低裂纹敏感性水电压力钢管用钢板，其化学成分 的重量百分数为：C:0? 090%、Si:0? 21%、Mn:1. 41%、P:0? 012%、S:0? 001%、Cu:0? 05%、 Ni：0. 24 %,Cr：0. 06 %,Mo：0. 12 %,V：0. 057 %,Nb：0. 015 %,Ti：0. 007 %,N：0. 005%, Als:0. 019%、As:0. 007%，其余为Fe及不可避免的夹杂。
[0010] 上述600MPa级低裂纹敏感性水电压力钢管用钢板的生产方法，它通过铁水预处 理、转炉冶炼、氩站软吹、脱氧合金化、LF炉精炼、RH炉精炼、氩封保护板坯连铸、板坯加热、 高压水除鳞、两阶段控制轧制、ACC冷却、离线亚温淬火和回火得到600MPa级低裂纹敏感性 水电压力钢管用钢板，具体步骤如下：
[0011] 1)铁水预处理：脱去S;
[0012] 2)转炉冶炼：将步骤1)中预处理后的铁水注入转炉冶炼，转炉冶炼终点C含量小 于 0? 03% ;
[0013] 3)氩站软吹：吹氩时间为3~5min，吹氩气使钢水中合金均匀化；
[0014] 4)脱氧合金化：向步骤2)中加入硅铝合金脱氧合金化，脱氧合金化终点0含量小 于 15ppm;
[0015] 5)LF炉精炼：在LF炉中进行还原性深脱硫精炼，脱硫精炼终点S含量达到 0? 002% 以下；
[0016] 6)RH炉精炼：在RH炉中进行真空循环脱气精炼，脱气处理时间为15~25min，真 空度维持在50Pa~80Pa，向RH炉中加入钛铁，循环处理3~5min;
[0017] 7)氩封保护板坯连铸：控制钢中0、N、H含量在120ppm以下，采用全程氩封保护浇 注，连铸生产板坯，板坯低倍评级为一级；
[0018] 8)板还加热：加热速率为9~llmin/cm，均热时间为板还厚度X0. 15min/mm，板 坯目标加热温度为1160~1200°C;
[0019] 9)高压水除鳞：除鳞泵站供水压力为21. 5~24. 5MPa;
[0020] 10)两阶段控制轧制：
[0021] 控制第一阶段终轧温度为1050~1100°C，纵轧的每道次压下量不低于20mm，控轧 过程中的板坯待温厚度为成品厚度加30~40mm;
[0022] 控制第二阶段开轧温度为880~960°C，终轧温度为850~890°C，累计道次不少 于4次；
[0023] 11)ACC冷却：将步骤10)轧制后的钢板快速进入ACC冷却，开冷温度为790~ 840°C，冷却速度大于15°C/s，出ACC出口后钢板的温度小于400°C;
[0024] 12)离线进行热处理：首先对钢板在780~810°C进行加热保温，到温出炉后即可 进入淬火处理，淬火介质为水；
[0025] 13)回火：钢板经过淬火后的温度需在300~450°C条件下空冷至常温，空冷至常 温后再将钢板加热保温值600~650°C进行回火处理；
[0026] 14)精整并待用。
[0027] 作为优选方案，乳制30~60mm钢板所选用的板还厚度应彡200mm，乳制60~80mm 钢板所选用的板还厚度应彡250mm，轧制80~100mm钢板所选用的板还厚度应彡300mm。
[0028] 作为优选方案，所述钢板的厚度为30~100mm。能够满足用于制造水电站压力管 道、岔管及蜗壳钢板的要求。
[0029] 本发明中各元素及主要工序的作用
[0030] 本发明的C含量选择在0. 07~0. 09%，C是钢中最基础的强化元素，也是提高强 度最经济的元素，但含量过高会降低钢板的韧性和焊机性能，尤其对于该钢板这种使用与 潮湿和弱酸的环境中，同时碳含量高于0. 09%时，-50°c低温韧性很难保证。
[0031]本发明的Si含量选择在0. 20~0. 40%、Mn含量选择在1. 40~1. 60%，Si和Mn 均属于固溶强化元素，可提高强度且对韧性影响较小。
[0032]本发明的P含量彡0? 012 %、S含量彡0? 005 %、N含量彡0? 008 %、As含量 < 0. 010%，P、S、N、As均属于钢中有害元素，分别会产生冷脆、热脆及柯氏气团，危害钢的 韧性及时效性能。
[0033]本发明的Nb含量选择在0. 015~0. 025%、V含量选择在0. 05~0. 06%、Ti含量 选择在0? 007~0? 020 %、Ni含量选择在0? 15~0? 25 %、Mo含量选择在0? 10~0? 25 %， Nb、V、Ti、Ni、Mo在钢中形成碳化物、碳氮化物，起到细化晶粒和弥散强化作用，提高奥氏体 稳定性及低温韧性，稳定钢板淬火后性能均匀性（即淬透性）。
[0034] 本发明的Als含量选择在0. 015~0. 040%，Als可以细化晶粒，起到