一种厚规格高韧性的正火Q355级风电钢板及制造方法与流程

本发明属于金属材料，具体涉及一种厚规格高韧性的正火q355级风电钢板及制造方法，特别是低温韧性良好，采用“控轧+dq/acc水冷”及正火热处理工艺，可制造厚度规格80-120mm、-60℃纵向冲击功≥245j的高韧性风电钢。

背景技术：

1、随着风力发电设备的快速发展，风电机组的装机容量也更大（5-13mw），对厚规格大尺寸钢板、焊接性能的需求也越来越高， -60℃纵向冲击要求的q355nf是gb/t 1591-2018标准新增牌号，要求正火或正火轧制交货，其主要应用于风电、水电、海洋平台等关键结构部位，对产品的低温冲击性能、抗层状撕裂性能、焊接性能及内部质量均有严格要求。作为低温风电用钢，除强度指标外，最主要的指标就是低温冲击韧性，具有足够的冲击韧性，有足够的防脆性开裂能力和抗裂纹扩展的止裂能力。碳钢材料的低温韧性，可以通过提高纯净度、细化晶粒以及合金化等方法加以改善。比如控制碳钢中碳、氧、磷、硫等元素含量，加入锰、镍、铜等元素显著提高钢的强度和韧性。现有保低温冲击的s355nl厚板，为保证正火后强度与-50℃低温冲击要求，一般加入较多的合金元素，碳当量控制在0.43-0.45%，不利于焊接。

2、随钢板厚度的增加，对焊接性能的要求也就越高，这就要求低碳当量的成分设计。如风电塔筒用s355nl通常要求cev≤0.43%，但对于80-120mm的正火钢板，低碳当量设计就意味着正火后存在强度不足的风险，可通过调质手段生产，但与gb/t 1591-2018要求的交货状态不一致。

3、对比文件1，专利“一种特厚低温风塔用s355nl的生产方法”（公开号cn103343283a），采用“c:0.15-0.18%、si：0.25-0.45%；mn：1.40-1.80%；nb：0.2-0.4%；v：0.3-0.5%；ti：0.40 -0.50%；ni：0.20-0.40%； p：≤0.02%；s：≤0.004%”成分设计，该发明生产的s355nl钢板最大厚度为100mm。合金含量较高，生产难度大。采用250mm断面轧制，轧制压缩比仅2.5，且-50℃纵向冲击功75-117j，无法满足-60℃纵向冲击功要求。

4、对比文件2，专利“一种正火高强韧性150mm特厚板及其生产方法”（公开号cn104962814a），其化学成分设计“c：0.14%-0.19%；si：0.20%-0.50%；mn：1.40%-1.70%；ni：0.30%-0.40%；cu：0.10%-0.30%；nb：0.035%-0.050%；v：0.030%-0.050%；ti：0.010%-0.020%；alt：0.015%-0.050%；p：≤0.015%；s：≤0.005%”， 碳当量ceq＝c+mn/6+(cr+mo+v)/5+(ni/+cu)/15：0.41%-0.53%，生产钢板最大厚度150mm。该发明加入cu、ni、nb、v、ti等元素，合金含量高，且从实施例1中的化学成分来看，碳当量ceq=0.48，不利于钢板焊接性能的保证。正火后采取弱水冷的方式，对钢板表面质量有一定的影响。

5、对比文件3，专利“一种特厚钢板的生产方法”（公开号cn102029305a），采用“c：0.10%-0.16%、si：0.25%-0.35%、mn：1.25%-1.55%、p≤0.020%、s≤0.005%、nb：0.03%-0.05%、v：0.02%-0.04%、ti：0.005%-0.015%、als：0.015%-0.045%”的成分设计，该发明生产钢板最大厚度150mm。采用300mm断面铸坯轧制，轧制压缩比2.0，轧制状态交货，仅可以满足-20℃冲击要求，无法满足-60℃纵向冲击功要求。

6、对比文件4，专利“一种风电用低碳当量s355nl正火厚板及其生产方法”（公开号cn110042314a），采用“c：0.10-0.14%，mn：1.20-1.40%，si：0.35-0.45%，p≤0.015%，s≤0.005%，nb：0.020-0.035%，v：0.030-0.050%，ni：0.20-0.40%，alt：0.020-0.050%，其余部分为fe和杂质，cev≤0.40%。”的成分设计，该发明生产钢板最大厚度100mm。-50℃纵向冲击功≥100j，无法满足-60℃纵向冲击功要求。

7、由以上专利对比可知，目前国内生产厚规格低温冲击钢板存在以下不足：

8、合金含量高，生产成本高；碳当量普遍偏高，不利于焊接；轧态交货低温冲击韧性难以保证。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供一种厚规格高韧性的正火q355级风电钢板及制造方法，在简单组分配比的基础上，控制碳当量，采用合理的轧制工艺，优化的正火工艺制度，开发一种厚规格高韧性（低温韧性良好）的正火q355级风电钢板，解决现有保低温冲击韧性的355强度级风电钢成分设计复杂，生产成本高，韧性指标余量低等问题。

2、本发明是通过如下技术方案实现的：一种厚规格高韧性的正火q355级风电钢板，包括如下质量百分比的各组分：c：0.125-0.15%；si：0.20-0.30%；mn：1.40-1.50%；nb：0.03-0.04%；ti：0.01-0.02%；ni：0.25-0.30%；cu：0.25-0.30%；alt：0.02-0.04%；p：≤0.015%；s：≤0.003%；n：≤0.0060%；h：≤0.0002%；其余为fe及不可避免杂质；其中cev范围0.40-0.43%。

3、进一步的：完全奥氏体化温度范围837-848℃；采取如下公式计算所得ac3(℃)=910-203*c+44.7*si-30.0*mn-700*p-400*al+104*v-400*ti-15.2*ni+11.0*cr+31.5*mo+20.0*cu-120*as。

4、本发明还公开了一种厚规格高韧性的正火q355级风电钢板的制造方法，其特征在于：包括如下步骤：钢水冶炼、板坯连铸、板坯加热、钢板轧制、dq/acc冷却、正火热处理步骤；其中：

5、（1）钢水冶炼步骤：铁水通过脱硫扒渣，进入转炉冶炼，并经“lf炉+rh炉”精炼和真空处理；真空处理时间为16-20min；

6、（2）板坯浇铸步骤：使用335mm规格连铸坯，浇铸过程中保持恒拉速，拉速范围0.55m-0.6m/min，保证板坯中心偏析c类≤1.0；

7、（3）板坯加热步骤：采用步进梁式加热炉将板坯分段加热至设定均热温度1200-1230℃；板坯在炉时间330-392min，使钢坯充分奥氏体化；

8、（4）钢板轧制步骤：在轧制过程中，采用两阶段控轧及控冷工艺，第一阶段轧制开始温度≥1050℃，总压下率在60-80%，且第一阶段轧制末2-3道次单道次压下量≥30mm；中间坯待温厚度为1.4-1.7倍成品钢板厚度；第二阶段轧制开轧温度≤850℃，终轧温度780-820℃；

9、（5）dq+acc水冷步骤：利用“dq+acc”冷却系统，开始冷却温度790-810℃，返红温度570-630℃，冷速5-8℃/s；冷却结束后，快速下线堆垛缓冷，堆垛缓冷温度450±50℃，堆垛时间≥36h；

10、（6）正火热处理步骤：正火温度890-900℃，正火在炉时间=钢板升温加热时间+保温时间；其中升温加热速度为1.5-1.7min/mm，保温时间30-60min。

11、进一步的：上述风电用钢性能如下：正火态机械性能：屈服强度reh≥340mpa、抗拉强度rm≥500mpa、断后伸长率a≥30%、-60℃纵向冲击功akv2≥245j、心部-60℃纵向冲击功akv2≥100j，厚度方向拉伸断面收缩率≥55%，钢板ut探伤可满足nb/t 47013.3 ti级要求；正火热处理后微观组织为铁素体+珠光体。

12、本发明的优点在于：本方案通过合适经济的成分体系设计，采用较低碳当量设计，添加微合金元素nb、ti，合金元素ni、cu，采用控轧控冷工艺及优化的正火工艺，可稳定生产80-120mm的保-60℃低温冲击韧性的风电钢。钢板内部质量优良，探伤级别可达到nb/t47013.3-2015 ti级。合金成本相对较低，工序简单，具备批量工业生产条件，在低温冲击韧性风电用钢领域具备较好的应用前景。