一种超低温1000MPa级高强水电钢板及其生产方法与流程

本发明属于冶金，尤其涉及一种超低温1000mpa级高强水电钢板及其生产方法。

背景技术：

1、大型水力发电工程项目用800mpa高强度钢板已得到广泛应用，更大压力管道用1000mpa级高强钢板也提出了需求，要求钢板不但具有高强度，还应具备优异的低温韧性、良好的焊接性能等。随着水电工程逐渐向高海拔、高寒地区方向发展，要求1000mpa级水电钢板屈服强度≥890mpa，抗拉强度950～1150mpa，同时钢板具备-80℃横向低温冲击和较低焊接预热温度，以满足水电工程现场苛刻的使用要求。但现有的1000mpa级水电钢板仅满足﹣60℃低温冲击要求，不能满足项目材料设计所需更低的-80℃低温冲击要求。

2、cn108385034b公开了一种不大于100mm厚1000mpa级水电用钢板的lgb-q&t方法，该发明成分设计c：0.12～0.21%、si：0.30-0.80％，成分设计中c含量高、添加0.30%以上si合金等对低温冲击性能不利；采用lgb+q+t工艺，控轧后的钢板需水冷至400~600℃，要求冷却速率为10~25℃/s，控轧控冷后的钢板进行离线再加热淬火+高温回火的调质热处理，对在线冷却装备要求非常高，生产工艺控制难度非常大，该lgb+q+t工艺生产最大厚度仅为80mm，且钢板仅满足﹣60℃v型冲击功≥70j，不能满足更低-80℃冲击要求。

3、cn108193137b公开了一种不大于80mm厚1000mpa级水电用钢板的dq-q&t方法，该发明采用dq+q+t工艺，即控轧后的钢板水冷至室温，冷却速率20～50℃/s，控轧控冷后的钢板进行离线再加热淬火+高温回火的调质热处理，对在线冷却装备要求非常高，生产工艺控制难度非常大，该dq+q+t工艺生产最大厚度仅为80mm，且钢板仅满足﹣60℃v型冲击功≥70j，不能满足更低-80℃冲击要求。

4、此外，现有的1000mpa级调质水电钢板为保证钢板q+t热处理后高强度要求，一般采用c≥0.12%设计，以及nb、v、ti、ni、cr、mo、cu合金复合添加方式，合金种类多、合金成本高，同时采用lgb+q+t、dq+q+t等工艺生产，即控轧后的钢板需在水中快速冷却至较低温度或水冷至室温，对在线冷却装备要求非常高，生产工艺控制难度非常大，且上述工艺生产钢板最大厚度不超过100mm，不能满足大型水电工程钢岔管用特厚板生产需求。

技术实现思路

1、本发明目的就是为了解决现有高强水电钢板冲击要求高、生产难度大、钢板厚度无法保证的问题，提供了一种超低温1000mpa级高强水电钢板，可以有效阻止钢板晶粒粗化和控制碳化物析出，提高屈服强度和抗拉强度，满足更低-80℃冲击要求的同时提高钢板厚度，提升水电工程项目施工现场的焊接质量和焊接效率。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、一种超低温1000mpa级高强水电钢板，其化学成分以重量百分比计包含有：0.085~0.115%的c，0.90~1.40%的mn，0.10~0.28%的si，≤0.015%的p，≤0.003%的s，0.020~0.080%的al，≤0.05%的nb， 0.030~0.060%的v，0.008~0.020%的ti，1.60~2.50%的ni，0.30~0.60%的cr，0.30~0.60%的mo，0.001~0.002%的b，≤0.26%的pcm，其余部分为fe和杂质。

4、进一步地，所述超低温1000mpa级高强水电钢板的微观组织结构为回火索氏体。

5、进一步地，所述超低温1000mpa级高强水电钢板的厚度为48mm~120mm。

6、本发明中化学成分的限定理由如下：

7、c是仅次于铁的主要元素，它直接影响钢材的强度、塑性、韧性和焊接性能等；为降低钢的焊接裂纹敏感性，一般控制钢中c含量不超过0.12%，但为保证足够的淬透性，需保证c含量不低于0.08%。

8、si是炼钢过程中重要的还原剂和脱氧剂，si能溶于铁素体和奥氏体中提高钢的硬度和强度，但较高的si含量会降低钢的焊接性能，超低温钢对si的要求更为苛刻，一般要求si含量不超过0.30%。

9、mn用于提高钢材强度，由于mn价格相对便宜，且能与fe无限固溶，在提高钢材强度的同时，对塑性的影响相对较小，因此mn被广泛用于钢中的强化元素。

10、al作为脱氧剂或合金化元素加入钢中，在钢中的主要作用是细化晶粒、固定钢中的氮。一般alt的含量无法有效固n、阻止bn的形成，增加铝含量可以提高氮化铝析出温度，加入过量的al元素，减缓和阻碍b的氮化过程，一般建议alt≥0.02%。

11、v在钢中主要以碳化物的形式存在，在调质钢中主要是细化晶粒，提高钢的强度和屈服比，增加淬火钢的回火稳定性。

12、ti和氮、氧、碳都有极强的亲和力，是一种良好的脱氧去气剂和固定氮和碳的有效元素，加入微量ti元素即可提高钢的强度，合金成本非常低；但较高的ti易形成大颗粒ti、n析出，会降低钢的低温韧性，一般-60℃及下低温韧性要求ti含量不超过0.020%。

13、b在钢中的主要作用是增加钢的淬透性，从而节约其他较稀贵的金属，与镍、铬、钼等一起使用，其含量一般规定在0.001%～0.005%范围内。一般需在钢中加入其它固氮元素，从而充分发挥自由b的淬透性作用。

14、ni的晶格常数与γ‐铁相近，所以可成连续固溶体。这就有利于提高钢的淬硬性，ni可降低临界点并增加奥氏体的稳定性，一方面既强烈提高钢的强度，另一方面又始终使铁的韧性保持极高的水平，一般-60℃要求低温钢都用加1.20%及以上ni，-80℃要求低温钢都用加1.60%及以上ni，同时ni含量大于2.50%会增加碳当量、影响焊接性能。

15、cr能增加钢的淬透性并有二次硬化的作用，在调质结构中的主要作用是提高淬透性，使钢经淬火回火后具有较好的综合力学性能。

16、mo在钢中能提高淬透性和热强性，防止回火脆性，提高钢的抗回火性或回火稳定性，使零件可以在较高温度下回火，从而更有效地消除或降低残余应力，提高塑性。

17、为了进一步实现本发明的目的，还提供了一种超低温1000mpa级高强水电钢板的生产方法，包括炼钢工序、坯料加热工序、轧制工序、热处理工序，具体步骤如下：

18、（1）炼钢工序：按照设计的化学成分冶炼钢水并连铸成板坯，化学成分按重量百分比计为c：0.085~0.115%、mn：0.90~1.40%、si：0.10~0.28%、p≤0.015%，s≤0.003%，al：0.020~0.080%，nb≤0.05%，v：0.030~0.060%，ti：0.008~0.020%，ni：1.60~2.50%，cr：0.30~0.60%，mo：0.30~0.60%，b：0.001~0.002%，pcm≤0.26%，其余部分为fe和杂质；

19、（2）加热工序：铸坯入加热炉加热，加热系数10.0~14.0 min/cm，加热温度1140~1160℃，低温加热防止铸坯加热晶粒长大；

20、（3）轧制工序：采用两阶段控轧工艺，第一阶段总压下率≥60%，轧制终了温度≥1000℃，第二阶段采用低温轧制技术，开轧温度800℃~880℃，终轧温度780℃~840℃，轧制后的钢板在空气中冷却至室温；

21、（4）热处理工序：钢板入炉进行离线淬火+首次长时间回火+二次快速回火热处理，其中淬火温度880~930℃、在炉时间1.5~2.0 min/mm，首次回火温度500~540℃、在炉时间3.0~5.0 min/mm，二次回火温度600~640℃、在炉时间1.5~2.0 min/mm。

22、进一步地，所述步骤（1）中，连铸采用动态轻压下，连铸板坯中心偏析不超过c1.0级。

23、进一步地，所述步骤（2）中，加热系数为10.2~12.1 min/cm，加热温度为1143~1156℃。

24、与现有技术相比，本发明的技术方案的优点具体在于：

25、（1）本发明的超低温1000mpa级高强水电钢板在满足钢板屈服强度≥890mpa、抗拉强度950～1150mpa的同时，钢板-80℃横向低温冲击功≥100j，冲击性能优于现有1000mpa级水电钢板仅满足﹣60℃低温冲击要求，极大地满足高海拔、高寒地区水电项目材料设计所需更低的-80℃低温冲击要求；

26、（2）本发明的钢板采用低温加热后控制轧制、空气中冷却，经淬火+首次长时间回火+二次快速回火热处理后得到超低温1000mpa级高强水电钢板，较现有1000mpa级水电钢板采用lgb+q+t、dq+q+t等工艺生产，本发明钢板首次回火后得到回火索氏体+马氏体板条，二次快速回火后板条马氏体进一步转变为回火索氏体，且有效阻止了晶粒粗化和控制碳化物析出，-80℃低温冲击值从40-90j提高至100j以上；

27、（3）本发明生产钢板最大厚度达120mm，控轧后的钢板不需在水中快速冷却至较低温度或水冷至室温，生产工艺控制难度大大降低，优于现有的1000mpa级水电钢板最大厚度仅100mm，满足大型水电工程钢岔管用特厚板生产需求。