一种1000MPa级水电用钢及其生产方法与流程

本发明属于钢铁冶炼，涉及一种1000mpa级水电用钢及其生产方法。

背景技术：

1、随着经济的快速发展和“节能减排”政策的实施，水力发电作为能源转换最有效的绿色能源已成为当今可再生能源的首选。水电行业的快速发展为水电用钢带来了广阔的市场，同时也对水电用钢提出了更高级别的要求，特别是对钢材的强度提出了更高的要求。

2、从2000年开始，中国开始普遍采用600mpa级水电钢，继而采用800mpa级的水电用钢。目前800mpa级水电钢已经在白鹤滩、乌东德、镇安等水电站获得大量应用。大容量水电站及高水头抽水蓄能电站的建设，将进一步提高用钢强度级别，已有大型水电站在设计过程中开始对1000mpa级水电钢提出了使用需求。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种1000mpa级水电用钢及其生产方法，生产的20～60mm保探伤、保力学性能的1000mpa级水电用钢钢板，获得产品的实物质量各项性能优良，钢板屈服强度富余量在60mpa以上，抗拉强度富余量在50mpa以上，-60℃常规冲击吸收能量在200j以上，性能稳定、富裕量大。

2、本发明的技术方案：

3、一种1000mpa级水电用钢：钢的化学组成重量百分比为c=0.10～0.13，si≤0.15，mn=1.10～1.40，p≤0.010，s≤0.003，alt=0.040～0.070，cr=0.40～0.60，mo=0.50～0.70，ti=0.008~0.018，ni=1.20~1.50，cu=0.20~0.40，v=0.035~0.045，b=0.0010~0.0020，ceq≤0.59，pcm≤0.29，其余为fe和残留元素；钢板组织为回火索氏体，钢板屈服强度富余量在60mpa以上，抗拉强度富余量在50mpa以上，-60℃常规冲击吸收能量在200j以上。

4、优化的方案，所述钢的化学组成重量百分比为c=0.10～0.13，si≤0.10，mn=1.10～1.40，p≤0.010，s≤0.003，alt=0.050～0.070，cr=0.50～0.60，mo=0.50～0.70，ti=0.008~0.018，ni=1.40~1.50，cu=0.20~0.40，v=0.035~0.045，b=0.0010~0.0020，ceq≤0.59，pcm≤0.29，其余为fe和残留元素。

5、一种1000mpa级水电用钢的生产方法，采用工艺路线为转炉冶炼→lf精炼→vd真空精炼→连铸→板坯加热→控制轧制→淬火+回火热处理，关键工艺步骤如下：

6、a. 转炉冶炼：确保出钢c≥0.05%，p≤0.010%，出钢温度≥1580℃；避免出钢过程下渣；

7、b. lf 精炼：确保白渣保持时间控制在20min以上，lf精炼结束前进行钙处理；

8、c. rh真空精炼：在≤67pa下的保真空时间≥15min；

9、d.连铸：连铸采用断面为260mm或300mm，连铸实行全程保护浇铸，浇注温度按液相线温度+ (20～30℃)控制，连铸拉速≤1m/min，过热度≤16℃；

10、e. 板坯加热：板坯在步进炉中进行加热，温度控制在1180~1220℃；

11、f. 控制轧制：采用cr方式轧制，开轧温度1050～1150℃；一阶段终轧温度＞950℃，保证后三道次压下率在18%以上；二阶段开轧温度在840~880℃，精轧累计压下率＞50%，终轧温度≤810℃；

12、g. 热处理：采用淬火+回火工艺，淬火温度910~930℃，保温时间2.0~2.5min/mm；回火温度610~640℃，保温时间2.5~3.5min/mm，得到1000mpa级水电用钢。

13、进一步的，所述工艺步骤g热处理：淬火水量≥8500m³/h，辊速为0.04m/min。

14、发明原理说明：

15、本发明钢的化学成分设计原理依据：

16、c：碳元素在钢中常与其它合金元素形成碳化物，在室温或较低温度下能起到强化作用。从保证钢板强度的方面，碳含量应保持在一定的水平上，但从提高钢板韧性的方面，又应降低碳含量。因此考虑到本钢的力学性能和焊接性能的要求，本发明钢的c含量控制在0.10~0.13%。

17、si：容易在铁素体中形成固溶，使钢的强度尤其屈服强度得到提高，但含量过高时，低温韧性下降。本发明钢的si控制在≤0.15%的范围，对综合性能有利。

18、mn：是固溶强化元素，同时能细化晶粒，对提高钢板的强度和韧性均有利。

19、p：冷脆性元素，在冷加工时容易产生“冷脆”，且是易偏析元素，增加回火脆性，对钢的低温韧性非常不利。因此应该严格控制钢中磷的含量，本发明钢中的p控制在0.010%以下。

20、s：不利上平台能量和韧性的提高，且有热裂倾向，含量应尽量低，本发明钢中的s控制在0.003%以内。

21、v：有较强的析出强化和细晶强化效果，可提高钢的强度和韧性，减小过热敏感性，提高热稳定性。本发明钢将v控制在0.035~0.045%。

22、ni：在钢中为纯固溶元素，它与铁以互溶形式存在于α和γ铁相中，通过其在晶粒内的内吸附作用细化铁素体晶粒，提高钢的低温冲击韧度。本发明钢将ni控制在1.40~1.50%。

23、ti：是强氮化物形成元素，可形成细小的碳、氮化物颗粒。在板坯加热过程中，ti的氮化物能有效地钉扎奥氏体晶界，阻止奥氏体晶粒的粗化，从而得到较为细小的奥氏体显微组织，进而在轧制过程中细化奥氏体及铁素体晶粒；另外，ti的氮化物颗粒的存在可抑制焊接热影响区的晶粒粗化，同时提高基体金属和焊接热影响区的低温韧性。本发明钢中的ti控制在0.008~0.018%以内。

24、cr，mo：cr可使贝氏体分化速度减缓，降低淬火时的临界冷却速度，提高钢板淬透性。mo元素能强烈抑制珠光体转变，使钢极易获得贝氏体组织。此外mo还能改善钢的回火稳定性，减弱和消除含cr钢的回火脆化。当利用cr-mo复合强化时，由于cr对不同类型碳化物组成及分布的复杂影响，须使cr、mo含量维持在彼此相互作用的最佳值时，才能收到最佳的强化效果。

25、cu：在钢中起到沉淀强化作用，能提高钢的强度。但过量的cu容易使铸坯产生裂纹，且对焊接性能不利。一般按ni/cu大于1的比例加入，能消除铸坯裂纹以及减小对焊接性能的影响。因此本发明钢的cu按0.20~0.30%控制。

26、本发明钢的生产工艺设定理由：

27、1）炼钢工艺：该钢在炼钢在出钢后进行扒渣操作，主要是了控制后期在精炼脱硫过程中钢渣返磷。精炼进行脱氧造白渣操作，主要作用是脱硫，去除夹杂，减少钢中硫化物夹杂对低温冲击的恶化。保真空处理≥15min，主要目的是去除钢水中的有害气体及杂质。真空处理完毕后，进行钙化处理，目的是对夹杂物进行变性，改变夹杂物形状及尺寸，同时控制≥15min软吹时间，是为了促进变性后的夹杂物能过充分上浮去除，从而提高钢水纯净度。连铸采取低过热度浇钢，主要目的是提高铸坯低倍质量，减轻铸坯的中心偏析，疏松等缺陷。

28、2）轧钢工艺：该钢轧制前铸坯加热温度控制在1180~1220℃，加热速度控制在8~12min/cm，铸坯均匀烧透，各点温度差≤20℃。第一阶段轧制时，确保中间坯厚度≥3.0倍成品厚度。第二阶段轧制，避开再结晶温度区，在未再结晶区以大压下量进行控轧，使变形奥氏体形成大量形变带及位错，当轧制完毕后，形变位错发生回复，从而获得细小的铁素体，保证最终钢板的强度、韧性。同时保证单道次大压下率，促进钢板心部变形及钢板心部缺陷的压合，同时细化晶粒。开轧温度1050～1150℃；一阶段终轧温度＞950℃，保证后三道次压下率在18%以上；二阶段开轧温度在840~880℃，精轧累计压下率＞50%，终轧温度≤810℃；

29、3）热处理工艺：钢板轧后采用淬火+回火的工艺热处理。钢板通过淬火热处理，获得相应的组织，保证钢板的强度及低温冲击性能。本发明采用的淬火温度910~930℃，保温时间2.0~2.5min/mm；钢板经回火处理，可以大大降低淬火产生的内应力，降低钢板表面硬度，提高低温韧性，使得钢板具有良好的强韧性匹配。本发明采用的回火温度为610~640℃，保温时间2.5~3.5min/mm。

30、本发明的有益效果：通过选用大断面连铸坯以保证压缩比，成分上严格控制各有害元素的含量，通过lf+rh工艺来保证钢质的洁净度；采用控轧+淬火+回火热处理使钢的晶粒度达到7.5～10.0级。通过上述措施的有效实施，成功地生产出了20mm～60mm保探伤、保力学性能的1000mpa级水电用钢板。本发明通过从转炉冶炼到钢板热处理的整个过程严格按上述生产工艺执行，获得产品的实物质量各项性能优良，钢板屈服强度富余量在60mpa以上，抗拉强度富余量在50mpa以上，-60℃常规冲击吸收能量在200j以上，性能稳定、富裕量大。