專利名稱：風電用h型鋼及其生產方法
技術領域：
本發明涉及H型鋼技術領域，更具體地講，涉及一種具備優良綜合性能的風電用H 型鋼及其生產方法。
背景技術：
對于環境溫度低，風力大且腐蝕性強的沿海風力發電場來說，建設結構用的鋼材必須具備耐低溫沖擊、高強度、抗層狀撕裂以及較好的耐蝕性。隨著新能源產業的蓬勃發展，會迎來越來越多的沿海風電項目建設，這會極大地刺激風電場結構用鋼的需求，尤其是具備優良綜合性能的鋼材。于2010年6月16日公開的申請號為CN101736207A的中國專利申請公開了一種含鈮釩經濟型高強度高耐候熱軋H型鋼用鋼。然而，該申請在鋼的成分設計方面采用了 V-Nb-Cu-Cr-Ni復合的方式，雖然獲得了較高的強韌組合以及不錯的耐候性能，但合金成本太高，生產難度大。于2011年4月20日公開的申請號為CN102021475A的中國專利申請公開一種耐低溫結構用熱軋H型鋼及其制備方法。在該申請中，鋼的成分設計未對精煉環節的氮、氧、 氫進行嚴格控制。而氮、氫的析出使得在異型坯連鑄過程中易于出現鑄坯皮下氣泡、針孔， 并在軋制過程中拉長、擴展，造成最終產品出現裂紋缺陷。該申請在冷卻過程中，在終軋至 500-600°C之間采用了快冷措施，這一過程正值相變最為劇烈的階段，可能帶來很大的殘余應力，對于產品的外形尺寸和韌性不利。
發明內容
針對現有技術存在的不足，本發明的目的之一在于提供一種用于制造經濟型低碳微合金、高強、高韌性、適用于建設服役條件惡劣的風電用H型鋼的方法。本發明的另一目的在于提供一種經濟型低碳微合金、高強、高韌性、適用于建設服役條件惡劣的風電用H型鋼。本發明的一方面提供了一種風電用H型鋼的生產方法。所述生產方法包括以下步驟冶煉鋼水以得到目標鋼水，所述目標鋼水的成份由按重量計O. 14 O. 22%的 C、0. 20 O. 50% 的 Si、I. 20 I. 50 % 的 Mn、不超過 O. 010% 的 S、不超過 O. 020 % 的 P、
O.010 O. 050%的Nb、不超過40X 1(Γ6的N、不超過IOX 1(Γ6的O、不超過3Χ 1(Γ6的H，以及余量Fe和不可避免的雜質組成；對所述目標鋼水進行異型坯連鑄，連鑄時采用全保護澆鑄；軋制異型坯，并且確保終軋的壓下處于奧氏體和鐵素體兩相區中，然后進行強化空冷， 以制得風電用H型鋼。在根據本發明的風電用H型鋼的生產方法的一個實施例中，所述連鑄步驟中的全保護澆注包括在澆鑄時將鋼包水口和浸入式水口密封，采用堿性覆蓋劑覆蓋中間包液面， 并采用結晶器保護渣來覆蓋結晶器液面。在根據本發明的風電用H型鋼的生產方法的一個實施例中，所述軋制步驟包括粗軋和精軋，其中，粗軋的開軋溫度為1150 1200 □，粗軋結束的溫度為1040 1100 □;精軋的開軋溫度為980 1010 □，終軋結束溫度為820 840 口。在根據本發明的風電用H型鋼的生產方法的一個實施例中，所述強化空冷的冷卻速率為4-6 □ /S。在根據本發明的風電用H型鋼的生產方法的一個實施例中，所述目標鋼水中的 C含量為O. 14 O. 18%, Si含量為O. 20 O. 30%, Mn含量為I. 20 1.40%，S含量為0.001 O. 008%，P 含量為 O. 001 O. 020%, Nb 含量為 O. 025 O. 035%。在根據本發明的風電用H型鋼的生產方法的一個實施例中，所述目標鋼水的碳當量 CEV = C+Mn/6+ (Cr+Mo+V)/5+ (Cu+Ni)/15 ( O. 43，且錳硫比不低于 20。本發明的另一方面提供了一種風電用H型鋼。所述風電用H型鋼采用如上所述的方法制得。在根據本發明的風電用H型鋼的一個實施例中，所述風電用H型鋼的成份由按重量計 O. 14 O. 22%的 C、0. 20 O. 50%的 Si、L 20 L 50%的 Mn、不超過 O. 010%的 S、 不超過O. 020%的P、0. 010 O. 050%的Nb、不超過40X 1(Γ6的N、不超過IOX 1(Γ6的O、不超過3Χ 10_6的H，以及余量Fe和不可避免的雜質組成。與現有技術相比，本發明的風電用H型及其生產方法具有以下優點(I)提供了一種優良綜合性能的H型鋼的精確成分設計范圍，設計簡單，不添加貴重金屬，成本低廉；(2) 采用熱機械控制軋制技術生產，得到了正常熱處理都無法達到的理想組織結構，大幅優化了鋼材性能；(3)本發明的風電用H型鋼具備優異的強韌匹配，優異的內部組織和表面質量以及因此而帶來的優良抗層狀撕裂和耐蝕性能。
圖I是根據本發明的風電用H型鋼的生產方法的示例I得到的H型鋼的金相組織照片。
具體實施例方式在下文中，將參照附圖來詳細說明本發明的示例性實施例。根據本發明的風電用H型鋼的生產方法包括以下步驟冶煉鋼水以得到目標鋼水，所述目標鋼水的成份由按重量計O. 14 O. 22 %的C、0. 20 O. 50 %的Si、I. 20 1.50 %的Mn、不超過O. 010 %的S、不超過O. 020 %的P、0. 010 O. 050 %的Nb、不超過 40X10—6的N、不超過10X10—6的O、不超過3X10—6的H，以及余量Fe和不可避免的雜質組成；對所述目標鋼水進行異型坯連鑄，連鑄時采用全保護澆鑄；軋制異型坯，并且確保終軋的壓下(或稱變形)處于奧氏體和鐵素體兩相區中，然后進行強化空冷，以制得風電用H型鋼。在本發明中，如無相反的說明，各成分的含量均以重量百分比表示。根據本發明的風電用H型鋼按重量計包含O. 14 O. 22%的C、O. 20 O. 50%的 Si、I. 20 I. 50% 的 Mn、不超過 O. 010% 的 S、不超過 O. 020% 的 P、0. 010 O. 050% 的 Nb、 不超過40X10—6的N、不超過10X10—6的O、不超過3X10—6的H，其余為Fe和不可避免的雜質。優選地，本發明的風電用H型鋼由按重量計O. 14 O. 18%的C、0. 20 O. 30%的Si、
I.20 I. 40% 的 Mn、不超過 O. 001 O. 008% 的 S、不超過 O. 001 O. 020% 的 Ρ、0· 025 O. 035%的Nb、不超過40 X Kr6的N、不超過10Χ1(Γ6的O、不超過3Χ1(Γ6的H以及余量的 Fe和不可避免的雜質組成。優選地，在本發明的風電用H型鋼中，碳當量CEV = C+Mn/6+(C r+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15 ( O. 43，且錳硫比不低于 20。以下詳細描述本發明的鋼中的各元素的作用或不利影響及選定限度的理由。C是低碳鋼中最主要的間隙固溶元素，其引起的晶格畸變非常強烈，是最經濟的強化元素，但是隨著其含量的增加，鋼材的塑性、韌性下降，同時焊接性能也惡化，所以綜合考慮其適宜的含量控制在O. 14 O. 22%。Si是鋼中的置換固溶元素，不溶于滲碳體，只存在于鐵素體中，可起到固溶強化的作用，但它會顯著惡化塑性，提高韌脆轉變溫度，因此，將Si的含量控制在O. 20 O. 50%。Mn是奧氏體穩定元素，其存在可以穩定過冷的奧氏體，使Ar3溫度降低，從而使奧氏體-珠光體轉變溫度降低，細化組織，提高強度和硬度。同時，鋼中的錳比Fe更易于同S 結合，避免產生低熔點FeS，避免產生熱脆，生成的MnS具有很好的高溫塑性，可隨軋制均勻變形。在低碳鋼范圍內，錳含量的增加大幅降低鋼材的韌性，而且會影響碳當量，惡化焊接性能，綜合考慮，將錳含量定在I. 20 I. 50%。S是鋼中偏析最為嚴重的元素，其存在不僅惡化了鋼材的內部組織，同時會形成低熔點FeS，產生熱脆，而同錳結合產生的MnS會隨軋制均勻變形，是產生Z向撕裂的最主要原因，因此S含量應盡量降低，但考慮到脫硫成本，將其控制在O. 010%以下即可。P是鋼中偏析僅次于S的元素，是提高帶狀組織級別的重要元素，大量偏聚于晶界上，大幅提高鋼的低溫脆性，除在鋼材表面聚集而形成非晶層提高鋼材耐蝕性能外，沒有任何積極影響，所以P含量宜控制在O. 020%以下。Nb是鋼中作用強烈的細晶元素，同時在軋制誘導析出的過程中也能起到較強的沉淀強化作用。Nb與C、N等元素結合在奧氏體晶界形成釘軋作用，阻止奧氏體的晶粒長大， 從而起到晶粒細化的作用。此外，Nb還可以提高Ar3溫度，使得雙相區軋制變得較為容易實現。Nb含量超過O. 050%以后強化作用不再顯著增加，而且易于和Fe、C等形成低熔點共晶物，增加熱脆風險，因此將Nb含量控制在O. 010 O. 050%。下面，將描述根據本發明的風電用H型鋼的生產方法的一個示例性實施例。在本示例性實施例中，可以通過依次進行的鐵水預處理、頂底復吹轉爐冶煉、LF精煉、異型坯連鑄、兩相區控制軋制和強化空冷等工藝來實現本發明的生產方法，以獲得根據本發明的風電用H型鋼。具體而言，根據本示例性實施例的風電用H型鋼的生產方法可以包括以下步驟(I)鐵水預處理進行鐵水預處理以脫除鐵水中的硅和硫，使得鐵水硅含量控制在O. 4 O. 5%，硫含量控制在O. 001 O. 020%,鐵水溫度1250 1300 口，預處理完畢后扒凈鐵水表面的渣。(2)頂底復吹轉爐冶煉進行頂底復吹轉爐冶煉的過程主要包括將預處理后的鐵水后于廢鋼加入轉爐中，裝入量誤差在±0.5噸，采用高拉一次補吹法，渣料必須于終點前3分鐘加完，終渣堿度控制在3. O 3. 2范圍內，終點壓槍時間不小于I分鐘，采用硅鈣鋇脫氧，硅鈣鋇加入量
2.O 2. 5kg/tiH ;出鋼時順鋼流加入6 10kg/tiH合成渣，在放鋼1/2時開始加入至3/4時加完；出鋼至1/4時開始均勻加入硅錳、高錳、鈮鐵進行脫氧合金化，至3/4時加完。合成渣是含CaO 85 95%的脫硫、脫磷洛料,娃猛合金為含娃17%、含猛65%的合金,加入量為
7.5kg/t鋼，高錳合金為含錳68%的鐵合金，加入量為9. 4kg/t ，鈮鐵合金為含鈮64%的鐵合金，加入量為O. 55kg/t鋼。(3) LF 精煉LF精煉采用全程底吹氬攪拌，出站前軟吹保證在12分鐘以上，采用石灰、電石造渣，碳化硅、鋇系脫氧，出站前頂渣為白渣或黃白渣，終渣堿度3. O 3. 5。此外，在LF精煉過程中，本領域普通技術人員可根據實際情況以O. 83 I. 25kg/t 的量向鋼水中加入鈣鐵線。通過以上的步驟(I)至(3)，可以得到成份由按重量計O. 14 O. 22%的C、0. 20 O. 50 % 的 Si、l. 20 I. 50 % 的 Mn、不超過 O. 010 % 的 S、不超過 O. 020 % 的 P、0. 010 O. 050%的Nb、不超過40Χ1(Γ6的N、不超過10Χ1(Γ6的O、不超過3Χ1(Γ6的H，以及余量Fe 和不可避免的雜質組成的鋼水。然而，本發明不限于此，本領域普通技術人員應該理解，還可以通過其它方式得到符合上述成分范圍的鋼水。例如，可以通過電爐冶煉與二次精煉結合的步驟得到符合上述成份要求的鋼水。此外，優選地，用于生產本發明的風電用H型鋼的鋼水由按重量計O. 14 O. 18%的C、0. 20 O. 30%的Si、I. 20 I. 40%的Mn、不超過 O. 001 O. 008% 的 S、不超過O. 001 O. 020% 的P、0. 025 O. 035% 的Nb、不超過40X 1(Γ6 的N、不超過IOX 10_6的O、不超過3Χ 10_6的H以及余量的Fe和不可避免的雜質組成；將用于本發明的鋼水限定為該優選成份，能夠精確控制鋼材的各元素含量，提高鋼材的成品率。(4)異型坯連鑄在異型坯連鑄步驟中，采用全保護澆鑄，大包水口、浸入式水口密封良好，中間包采用堿性覆蓋劑，覆蓋良好，采用結晶器保護渣來覆蓋結晶器的鋼液面。堿性覆蓋劑可以為常用的H型鋼連鑄用堿性覆蓋劑，例如，可以使用成分包含2. 9-3. I %的Si02、40-42%的 CaO,6-6. 1%的Mg0、28-29%的A1203、1%左右的Fe2O3的堿性覆蓋劑。結晶器保護渣的成分為34 38 %的Si02、37 38 %的Ca0、9 10 %的Al203、8 10 %的C以及微量的BaS、MgO、 Fe2O3、MnO、Na20、K2O 以及 F，粘度 8. 8 9. 3Pa. s，熔點 1235 1255 □，堿度 I. 29 I. 35。 此外，拉坯速度可以為O. 85 O. 95m/min，鋼坯熱送。在本發明的生產方法中，氮、氫的析出使得在異型坯連鑄過程中易于出現鑄坯皮下氣泡、針孔，并在軋制過程中拉長、擴展，造成最終產品出現裂紋缺陷；氧含量的控制則可以大幅降低鋼中夾雜物含量，提高純凈度，對于改善鋼鐵基體連續性，避免出現探傷缺陷有重大作用，同時，低的氧含量可以改變硫化錳的形態，使得硫化錳可以在較低的溫度下析出，從而獲得更為細小的顆粒，這樣在后續的軋制拉長過程中不會形成粗而長的硫化物，改善了 Z向性能。因此，在本發明的方法中，必須在異型坯連鑄過程中對進行全保護澆注，以將鋼中的氮元素控制在不超過40X10_6、氧元素控制在不超過IOX 10_6且氫元素控制在不超過3 X 10_6。(5)兩相區控制軋制在軋制步驟中，控制軋制的溫度如下鋼坯出加熱爐的溫度為1200 1260 □，鋼坯粗軋的開軋溫度為1150 1200 □，粗軋結束的溫度為1040 1100 □，精軋的開軋溫度為980 1010 □,終軋結束溫度為820 840 □,并確保終軋的壓下處于奧氏體和鐵素體兩相區中。在本發明的生產方法的軋制過程中，單道次壓下率根據鋼材產品的規格不同可以控制在15 20%之間。此外，還可根據工藝情況將軋制坯在終軋前一道次待溫60s，以準確控制軋制坯的終軋溫度，使終軋的壓下處于奧氏體和鐵素體兩相區中。在精軋的終軋過程中，如果終軋結束溫度高于上述溫度區間，則會使奧氏體晶粒再次快速長大，從而很可能出現異常長大的奧氏體晶粒，嚴重破壞產品性能。另外，在本發明的生產方法中，各個道次， 尤其是終軋的溫度，控制得比較低且精確，這就為軋制出性能更好、更穩定的產品提供了保障。(6)強化空冷在冷卻步驟中，通過強化空冷將經過軋制的鋼材冷卻至其晶體結構不發生改變的溫度以下(例如，150 □)，以進一步使鋼材形成細小的晶粒和良好的內部微觀結構。強化空冷的冷卻速率可以為4-6 □/S。具體來說，在本發明的生產方法中，可以采取的強化的風冷措施，即在冷床上采用風機強化冷卻，進一步細化晶粒，同時又不至于產生大的內應力， 避免造成產品外形翹曲、側彎，且風冷較水冷更為均勻，能避免產品不同區域性能的較大波動。此外，需要特別注意的是，在冷卻過程中，不能將經過軋制的鋼材只冷卻至500 600 □ 之間，因為，該溫度區間正值鋼材相變最為劇烈的階段，可能帶來很大的殘余應力，對于產品的外形尺寸和韌性不利。本發明的風電用H型鋼的各項性能如下下屈服強度不低于400MPa，抗拉強度不低于500MPa，斷后伸長率不低于24%，-20 □縱向沖擊功(AKv)不低于180J，Z向斷面收縮率不低于25%，超聲探傷級別不低于歐洲標準(簡稱，歐標)2. 4級，表面質量級別不低于歐標ClassC Sub class3。即，本發明的風電用H型鋼具有優良的低溫沖擊韌性和強度配合、具備良好的內部質量和抗層狀撕裂性能、良好的表面質量和良好的耐蝕性能，能夠滿足風力發電對高性能鋼材的要求。這里，Z向斷面收縮率是指鋼材厚度方向的斷面收縮率，即描述抗層狀撕裂性能的指標，該值越大，說明鋼材厚度方向塑性、韌性越好，在應力作用下越不易被撕裂。Z向斷面收縮率的測試方法為在鋼材厚度方向兩側對焊兩根輔助鋼材，在焊接過程中避免破壞待檢鋼材的原始組織，并按要求進行拉伸試驗，獲得本鋼材的斷面收縮率即為抗層狀撕裂性能， 而此性能與硫化錳的含量以及最終軋態有直接關系。歐標2. 4級別的探傷要求為通過對 H型鋼的全部翼緣、腹板進行檢測后，對于探測到的缺陷(包括缺失和夾雜)，對于尺寸寬度在8mm以上，長度在15mm以上的進行計數，對于探測的區域來說，這樣大小的缺陷局部每平米不得超過10個，總體則不得超過5個，而對于出現缺陷面積在500平方毫米以上的情況則完全不能容忍，所考慮的缺陷尺寸要取并集考慮，即只要寬度大于8mm或者長度大于 15mm都要予以計數。歐標ClassC Sub class3的表面質量要求為根據產品的規格，規定了不同厚度(包括翼緣和腹板)條件下表面缺陷的深度限制，以及如果出現了這樣的缺陷應該按照何種方法進行修補以及如何修補，例如要生產翼緣厚度24mm的H型鋼，那么其表面缺陷的最大深度不得超過I. 7mm，如果超過此值按照上述ClassC Sub class3要求即不可進行焊接修補。下面結合具體示例對根據本發明的風電用H型鋼及其生產方法作進一步說明，但是本發明的風電用H型鋼及其生產方法不限于此。示例 I在本示例中，風電用H型鋼通過鐵水預處理、頂底復吹轉爐冶煉、LF精煉、BBl異型坯連鑄、兩相區控制軋制和軋后強化空冷來生產。詳述如下。
鐵水脫硫脫硅嚴格執行工藝規程，硫控制在O. 013 %，硅控制在O. 46 %，溫度控制在1280 □。鐵水后于8噸優質廢鋼加入轉爐，造渣料于終點前3分鐘加完，終渣堿度3. 2， 供氧時間16分40秒，終點壓槍70秒，出鋼時間4分24秒。先采用硅錳合金脫氧，加入量為7. 5kg/t Η，再加入硅鈣鋇脫氧，加入量為2. 2kg/tiH，隨鋼流加入，出鋼1/2開始至3/4加完。出鋼至1/4時開始分批加入高錳、鈮鐵、碳粉，至3/4加完。經過轉爐冶煉的鋼水進入 LF精煉爐，加入石灰、螢石進行造渣，造成流動性良好的白渣或黃白渣，采用全程底吹氬攪拌，軟吹時間12分鐘，終渣堿度3. 2，鈣鐵線加入量為I. 20kg/t鋼。經過上述過程之后，得到的鋼水成份按重量計由O. 17%的C、0. 30%的Si、I. 32%的] 11、0. 009%的S、0. 014%的 Ρ、0· 031%的Nb、32X I。-6的Ν、8Χ 10_6的0,2. 3Χ 1(Γ6的H以及余量的Fe和不可避免的雜質組成。然后，對上述成份的鋼水進行全保護異型坯連鑄，中間包覆蓋劑使用常用的H型鋼連鑄用堿性覆蓋劑，采用結晶器保護渣來覆蓋結晶器液面，二冷采用弱冷模式，穩定期拉速為O. 88m/min，鑄坯規格為BBl。在本示例中，結晶器保護渣的成份為35%的Si02、37%的 CaO, 10 % 的 Al2O3' 10 % 的 C 以及余量的 BaS, MgO, Fe2O3' Mn。、Na2O, K2O 以及 F，粘度 9. OPa. S，熔點 1250 □，堿度 I. 33。連鑄出來的鑄坯直接熱送進入加熱爐，鋼坯出爐溫度為1250 □，粗軋開軋溫度 1155 口，終軋結束溫度1060 □，精軋開軋溫度為1000 □，終軋結束溫度為830 □，終軋前一道次待溫60s，確保終軋的壓下處于兩相區中。軋后鋼材進行強化空冷，冷卻速度為4-6 □ /S。對本示例得到的風電用H型鋼進行檢測，得到該H型鋼性能如下下屈服強度為 412MPa，抗拉強度為528MPa，斷后伸長率為26%，-20 □縱向沖擊功(AKv)為210J，Z向斷面收縮率為30%，超聲探傷級別高于歐標2. 4級，表面質量級別高于歐標ClassC Sub class3。示例 2在本示例中，風電用H型鋼通過鐵水預處理、頂底復吹轉爐冶煉、LF精煉、BBl異型坯連鑄、兩相區控制軋制和軋后強化空冷來生產。詳述如下。鐵水脫硫脫硅嚴格執行工藝規程，硫控制在O. 017%，硅控制在O. 44%，溫度控制在1280 □。鐵水后于8. 9噸優質廢鋼加入轉爐，造渣料于終點前3分鐘加完，終渣堿度3. 2， 供氧時間16分41秒，終點壓槍72秒，出鋼時間4分20秒。先采用硅錳合金脫氧，加入量為7. 6kg/t Η，再加入硅鈣鋇脫氧，加入量為2. 2kg/tiH，隨鋼流加入，出鋼1/2開始至3/4加完。出鋼至1/4時開始分批加入高錳、鈮鐵、碳粉，至3/4加完。經過轉爐冶煉的鋼水進入 LF精煉爐，加入石灰、螢石進行造渣，造成流動性良好的白渣或黃白渣，采用全程底吹氬攪拌，軟吹時間12分鐘，終渣堿度3. 2，鈣鐵線加入量為I. 20kg/t鋼。經過上述過程之后，得到的鋼水成份按重量計由O. 16%的C、0. 29%的Si、I. 29%的]^、0. 008%的S、0. 016%的 Ρ、0· 030%的Nb、37X 1(Γ6的N、不超過7Χ 10_6的0、1. 9Χ 10_6的H以及余量的Fe和不可避免的雜質組成。然后，對上述成份的鋼水進行全保護異型坯連鑄，中間包覆蓋劑常用的H型鋼連鑄用堿性覆蓋劑，采用結晶器保護渣來覆蓋結晶器液面，二冷采用弱冷模式，穩定期拉速為 O. 90m/min，鑄坯規格為BBl。在本示例中，結晶器保護渣的成份為34%的Si02、38%的CaO、13% 的 Al2O3Ul % 的 C 以及余量的 BaS、MgO、Fe203、Mn0、Na20、K20 以及 F，粘度 9. 2Pa. s，熔點 1236 □，堿度 I. 27。連鑄出來的鑄坯直接熱送進入加熱爐，鋼坯出爐溫度為1250 □，粗軋開軋溫度 1160 口，終軋結束溫度1060 □，精軋開軋溫度為1005 □，終軋結束溫度為835 □，終軋前一道次待溫60s，確保終軋的壓下處于兩相區中。軋后鋼材進行強化空冷，冷卻速度為4-6 □ /
So對本示例得到的風電用H型鋼進行檢測，得到該H型鋼性能如下下屈服強度為 421MPa，抗拉強度為530MPa，斷后伸長率為26%，-20 □縱向沖擊功(AKv)為198J，Z向斷面收縮率為30%，超聲探傷級別高于歐標2. 4級，表面質量級別高于歐標ClassC Sub class3。示例 3在本示例中，風電用H型鋼通過鐵水預處理、頂底復吹轉爐冶煉、LF精煉、BBl異型坯連鑄、兩相區控制軋制和軋后強化空冷來生產。詳述如下。鐵水脫硫脫硅嚴格執行工藝規程，硫控制在O. 016 %，硅控制在O. 45 %，溫度控制在1270 □。鐵水后于8. 3噸優質廢鋼加入轉爐，造渣料于終點前3分鐘加完，終渣堿度3. 2， 供氧時間16分21秒,終點壓槍69秒，出鋼時間4分45秒。先米用娃猛合金脫氧,加入量為7. 7kg/t Η，再加入硅鈣鋇脫氧，加入量為2. 2kg/tiH，隨鋼流加入，出鋼1/2開始至3/4加完。出鋼至1/4時開始分批加入高錳、鈮鐵、碳粉，至3/4加完。經過轉爐冶煉的鋼水進入 LF精煉爐，加入石灰、螢石進行造渣，造成流動性良好的白渣或黃白渣，采用全程底吹氬攪拌，軟吹時間12分鐘，終渣堿度3. 2，鈣鐵線加入量為I. 20kg/t_。經過上述過程之后，得到的鋼水成份按重量計由O. 16%的C、0. 34%的Si、l. 33%的Μη、0. 007%的S、0. 015%的P、
O.027%的Nb,35X IO^6的Ν、4Χ 1(Γ6的0、2· 7Χ 1(Γ6的H以及余量的Fe和不可避免的雜質組成。然后，對上述成份的鋼水進行全保護異型坯連鑄，中間包覆蓋劑常用的H型鋼連鑄用堿性覆蓋劑，采用結晶器保護渣來覆蓋結晶器液面，二冷采用弱冷模式，穩定期拉速為
O.87m/min，鑄坯規格為BBl。在本示例中，結晶器保護渣的成份為37%的Si02、35%的CaO、 10% 的 Al2O3Ul % 的 C 以及余量的 BaS、MgO、Fe203、Mn0、Na20、K20 以及 F，粘度 9. OPa. S，熔點 1250 □，堿度 I. 30。連鑄出來的鑄坯直接熱送進入加熱爐，鋼坯出爐溫度為1250 □，粗軋開軋溫度 1165 口，終軋結束溫度1060 □，精軋開軋溫度為1000 □，終軋結束溫度為825 □，終軋前一道次待溫60s，確保終軋的壓下處于兩相區中。軋后鋼材進行強化空冷，冷卻速度為4-6 □ /
So對本示例得到的風電用H型鋼進行檢測，得到該H型鋼性能如下下屈服強度為 418MPa，抗拉強度為526MPa，斷后伸長率為26%，-20 □縱向沖擊功(AKv)為208J，Z向斷面收縮率為31%，超聲探傷級別高于歐標2. 4級，表面質量級別高于歐標ClassC Sub class3。在示例I的H型鋼翼緣1/3位置處取樣并進行微觀組織研究，其金相組織照片見圖I。從中可以看出其組織為典型的鐵素體+珠光體(即，F+P)組織，其中，鐵素體晶粒細密，晶粒度達到9. 5級，無帶狀組織。這些優異特征歸因于合理的成分設計和精確的兩相區控制軋制以及軋后合理的冷卻工藝，充分發揮了 Nb的細晶作用，配合其改善兩相區控制軋制的作用，提高鋼材強度的同時也改善了其沖擊韌性；低硫成分控制保證了硫化物夾雜的尺寸和數量都處于極低水平，提高了其抗層狀撕裂性能，配以低磷控制則確保了無帶狀組織的出現；全保護澆鑄使總體氣體雜質的含量得到有效控制，確保了良好的內部質量。上述幾點確保了本發明的H型鋼獲得了良好的強韌性匹配、抗層狀撕裂性能以及優異的內部、 表面質量，從而本發明的H型鋼能夠滿足風電場的結構用鋼要求。綜上所述，本發明的H型鋼不需經過熱處理，且其晶粒細小、組織均勻，具有優越的綜合力學性能，不易斷裂、不易撕裂且不易被破壞，使用安全可靠，能滿足沿海發電場結構建造需求，同時也可用作高寒沙漠地區的風電用結構鋼。盡管上面已經結合附圖和示例性實施例描述了本發明的風電用H型鋼及其生產方法，但是本領域普通技術人員應該清楚，在不脫離權利要求的精神和范圍的情況下，可以對上述實施例進行各種修改。
權利要求
1.一種風電用H型鋼的生產方法，其特征在于，所述生產方法包括以下步驟冶煉鋼水以得到目標鋼水，所述目標鋼水的成份由按重量計O. 14 O. 22%的C、O. 20 O. 50 % 的 Si、l. 20 I. 50 % 的 Mn、不超過 O. 010 % 的 S、不超過 O. 020 % 的 P、 O. 010 O. 050%的Nb、不超過40X 1(Γ6的N、不超過IOX 1(Γ6的O、不超過3Χ 1(Γ6的H，以及余量Fe和不可避免的雜質組成；對所述目標鋼水進行異型坯連鑄，連鑄時采用全保護澆鑄；軋制異型坯，并且確保終軋的壓下處于奧氏體和鐵素體兩相區中，然后進行強化空冷， 以制得風電用H型鋼。
2.根據權利要求I所述的風電用H型鋼的生產方法，其特征在于，所述連鑄步驟中的全保護澆注包括在澆鑄時將鋼包水口和浸入式水口密封，采用堿性覆蓋劑覆蓋中間包液面， 并采用結晶器保護渣來覆蓋結晶器液面。
3.根據權利要求I所述的風電用H型鋼的生產方法，其特征在于，所述軋制步驟包括粗軋和精軋，其中，粗軋的開軋溫度為1150 1200°C，粗軋結束的溫度為1040 1100°C ；精軋的開軋溫度為980 1010°C，終軋結束溫度為820 840°C。
4.根據權利要求I所述的風電用H型鋼的生產方法，其特征在于，所述強化空冷的冷卻速率為4-6 °C /s。
5.根據權利要求I所述的風電用H型鋼的生產方法，其特征在于，所述目標鋼水中的 C含量為O. 14 O. 18%, Si含量為O. 20 O. 30%, Mn含量為I. 20 I. 40%, S含量為O.001 O. 008%, P 含量為 O. 001 O. 020%, Nb 含量為 O. 025 O. 035%。
6.根據權利要求I或5所述的風電用H型鋼的生產方法，其特征在于，所述目標鋼水的碳當量 CEV = C+Mn/6+ (Cr+Mo+V)/5+ (Cu+Ni)/15 ( O. 43，且錳硫比不低于 20。
7.一種風電用H型鋼，其特征在于，所述風電用H型鋼采用權利要求I至6中任意一項所述的方法制得。
全文摘要
本發明提供了一種風電用H型鋼及其生產方法。所述生產方法包括步驟冶煉鋼水以得到目標鋼水，其成份由按重量計0.14～0.22％的C、0.20～0.50％的Si、1.20～1.50％的Mn、不超過0.010％的S、不超過0.020％的P、0.010～0.050％的Nb、不超過40×10-6的N、不超過10×10-6的O、不超過3×10-6的H，以及余量Fe和不可避免的雜質組成；對所述目標鋼水進行異型坯連鑄，連鑄時采用全保護澆鑄；軋制異型坯，并且確保終軋的壓下處于奧氏體和鐵素體兩相區中，然后進行強化空冷，以制得風電用H型鋼。本發明的H型鋼具備優良的低溫沖擊韌性和強度配合、良好的內部質量和抗層狀撕裂性能、良好的表面質量和良好的耐蝕性能，能夠滿足風力發電對高性能鋼材的要求。
文檔編號B21B1/088GK102605243SQ20121006951
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月15日 優先權日2012年3月15日
發明者張思勛, 朱京軍, 李超, 歐陽崢容, 袁鵬舉 申請人:萊蕪鋼鐵集團有限公司