一種不含Ni的低溫韌性優良的風電鋼及生產方法
【專利摘要】一種不含Ni的低溫韌性優良的風電鋼，其組分及wt%為：C：0.10~0.16%；Si：0.25~0.40%；Mn：1.24~1.45%；P：≤0.015%；S：≤0.008%；Als：0.030~0.045%或0.015~0.028%；N：0.003~0.005%；Ti：0.030~0.040%或0.015~0.025%，或加Nb：0.015~0.035%。生產步驟：經冶煉并連鑄成坯后加熱；進行兩階段軋制；水冷；自然冷卻至室溫后待用。本發明采用控軋控冷狀態交貨，鋼板屈服強度≥460MPa，抗拉強度：550~720MPa，延伸率A≥26%，?60℃KV2≥200J，可廣泛應用于風力發電塔工程鋼結構。
【專利說明】
一種不含N i的低溫韌性優良的風電鋼及生產方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種風電鋼及其生產方法，具體地屬于一種不含Ni的低溫韌性優異的 風電鋼及其生產方法。
【背景技術】
[0002] 國家能源局發布的《能源行業加強大氣污染防治工作方案》中提出，到2017年，煤 炭占一次能源消費總量的比重降低到65%以下，而且明確了北京市、天津市、河北省和山東 省凈消減煤炭消費分別為1300萬噸、1000萬噸、4000萬噸和2000萬噸。由此預測到2020年， 風電裝機規模將可能達到250GW。風電能帶動各地區傳統能源消耗比重的逐漸下調，對國家 能源結構的調整意義重大。風電有望成為霧霾克星，與光伏、燃氣等一起為清潔能源行業的 發展壯大做出積極貢獻。
[0003] 但隨著國家在"一帶一路"戰略實施，對于風電鋼的性能要求應為更為嚴格及整體 高性能化，尤其對于延伸率、低溫性能要求更高。這是因為：（請于充分描述)絲綢之路經濟 帶圈定有新疆、陜西、甘肅、寧夏、青海、內蒙古、黑龍江、西藏等13個省市，其中有許多地方 如黑龍江風力較大，具有較好的發電能力，但在冬季風電塔需服役于極低溫度環境，風電塔 在該地建設需要更優異的低溫強韌性。此外，高性能的風電產品，既能體現國家生產制造能 力，又開拓海外市場。
[0004] 現有技術中有關于不加入Ni的460MPa級鋼有許多報道，經檢索： 中國專利公開號為CN101613828A的文獻，公開了屈服強度460MPa級低屈強比建筑用特 厚鋼板及制造方法，該發明采用控乳控冷+淬火+回火工藝，該發明鋼的屈服強度達到 440MPa以上，抗拉達到550MPa以上，延伸率在25%以上，-20°C沖擊功大于100J。該發明存在 鋼強度富余量不大，且需進行兩次熱處理工藝復雜，增加成本，且其-20°C沖擊功不具備競 爭力，對使用范圍有限制的不足。
[0005] 中國專利公開號為CN1537968A的文獻，公開了 一種屈服強度460MPa級低合金高強 度結構鋼板材的制造方法。該發明鋼采用控乳控冷工藝，所生產鋼板屈服強度高于460MPa， 但-20°C和_40°C沖擊功值均很低，即不足100J。
[0006] 中國專利公開號為CN103361552A的文獻，公開了一種V-N微合金化460MPa級厚板 及其制造方法。該發明雖強度性能較好，但延伸率在21%~25%，-20 °C沖擊功165~218J。也未 提供-40°C甚至更低溫度下的沖擊功值，難以滿足更高要求。
[0007] 中國專利公開號為CN102400053A的文獻，公開了屈服強度460MPa級建筑結構用鋼 板及其制造方法。該發明鋼在加入Nb、Ti細化晶粒同時還加入了 Cr、Mo、B中的一種元素，其 存在合金元素多，且有貴重元素，無疑增加了成本;且延伸率僅17%~22.5%，-20°C沖擊功在 126~220J，未提供-40 °C甚至更低溫度下的沖擊功值。
[0008] 從以上公開的未加入Ni的460MPa級鋼專利文獻可以看出，有的發明鋼采用了較為 復雜的熱處理工藝，有的加入了貴合金，均增加了成本。雖然以上發明鋼的強度性能均達到 指標要求，但共同點是低溫韌性一般，不能應用在環境溫度較低的地區，限制了其大范圍應 用。
【發明內容】
[0009] 本發明針對現有技術的不足，提供一種屈服強度2 460MPa，抗拉強度：550~ 720MPa，延伸率A 2 26%，-60 °CKV2 2 200J，不含貴重金屬元素，并無需進行熱處理的不含Ni 的低溫韌性優良的風電鋼及生產方法。
[0010] 實現上述目的的措施： 一種不含Ni的低溫韌性優良的風電鋼，其組分及重量百分比含量為:C: 0.10~0.16%; Si：0.25-0.40%；Mn：1.24-1.45%；P： <0.015%；S： <0.008%；Als：0.030-0.045%；N：0.003-0 ? 005%; Ti : 0 ? 030~0 ? 040%，其余為Fe及不可避免的雜質；并滿足公式：Ti+Als : 0 ? 070~ 0.075%,Ti/4/(C+100*N)：0.012-0.026%〇
[0011] -種不含Ni的低溫韌性優良的風電鋼，其組分及重量百分比含量為：C: 0.10~ 0.16%；Si：0.25-0.40%；Mn：1.24-1.45%；P： < 0.015%；S： < 0.008%；Als：0.015-0.028%；N： 0.003~0.005%;恥：0.015~0.035% ;!^:0.015~0.025%，其余為？6及不可避免的雜質；并滿足 公式：Nb+Ti+Als:0 ? 065~0 ? 071%，（Nb/7+Ti/4)/(C+100*N) :0 ? 013~0 ? 022%。
[0012] 生產一種不含Ni的低溫韌性優良的風電鋼的方法，其步驟： 1) 經冶煉并連鑄成坯后，將鑄坯加熱到1220~1260 °C，并控制加熱速率不低于7.5min/ cm； 2) 進行兩階段乳制，并控制精乳開乳溫度在900~950°C，終乳溫度在800~870 °C;在精乳 階段，當采用壓下量大于20mm時，如采用2道次乳制，則控制末道次壓下率在30~35%，當采用 3道次乳制時，末道次壓下率控制在25~30%，當采用大于3道次乳制時，則不控制末道次壓下 率； 3) 水冷工藝:乳制后進入層流，返紅溫度控制在500~680 °C，冷卻速度控制在9~13°C; 4) 自然冷卻至室溫后待用。
[0013] 本發明中各元素及主要工藝的機理及作用 C是提高鋼材強度最有效的元素，隨著碳含量的增加，鋼的抗拉強度和屈服強度隨之提 高，但延伸率和沖擊韌性下降，當C含量低于0.10%時，強度性能達不到要求，若C含量高于 0.16%鋼板沖擊功和韌性大幅下降。因此，本發明C選擇在0.10~0.16%。
[0014] Si是煉鋼脫氧的必要元素，以固溶強化形式提高鋼的強度，當Si含量低于0.25% 時，強度性能偏低，當Si含量高于0.40%時，鋼的韌性下降。因此，本發明Si選擇在0.25~ 0.40%〇
[0015] Mn是重要的強韌化元素，隨著Mn含量的增加，鋼的強度尤其是抗拉強度明顯增加。 Mn含量低于1.24%時，鋼板強度性能較低，當Mn含量高于1.45%時，鋼中偏析會較明顯，影響 沖擊韌性。因此，本發明Mn選擇在1.24~1.45%。
[0016] P、S是鋼中難以避免的有害雜質元素。高P會導致偏析，影響鋼組織均勻性，降低鋼 的塑性;S易形成硫化物夾雜對低溫韌性不利，且會造成性能的各向異性，同時嚴重影響鋼 的應變時效。因此，應嚴格限制鋼中的P、S含量，本發明P控制在< 0.015%，S控制在< 0.008%〇
[0017] Nb、Ti通過與鋼中的C、N等元素形成Nb和Ti的碳氮化物釘扎在晶界上起細化晶粒 作用，Als與鋼中的N形成細小彌散分布的難熔化合物起抑制晶粒長大的作用，為了合理分 配鋼中C、N元素，因此本發明中Nb選擇0.015~0.035%、!^選擇在0.015~0.040%^18選擇在 0.015~0.045%，且對三種元素不同加入方式和加入量的情況下，進行了詳細的限定。
[0018] 在本發明中為何要對限定一下幾個元素之和，即： 1'1+厶18:0.070~0.075%，1'1/4/(〇+100*吣 ：0.012~0.026%，或限定恥+1'1+厶18:0.065~ 0?071%，（Nb/7+Ti/4V(C+100*N):0?013~0?022%。
[0019] Nb、Ti、Al均具有一定的細化晶粒作用，本發明中在薄規格情況下可不加Nb，當Ti+ A1 s:含量低于0.070%時，細化晶粒效果不明顯，但含量高于0.075%時細化晶粒效果也不明 顯，且會加大夾雜物形成的幾率。
[0020] 當T i / V (C+100*N)低于0.012%時，T i形成的碳氮化物較少，釘扎效果不明顯，當含 量高于0.026%，多余的Ti反而會影響沖擊性能，使沖擊性能變差。本發明在厚規格中加入一 定的Nb強化鋼板的細化晶粒效果，各成分含量的控制與不加Nb的原因相同。
[0021] 在本發明中，之所以采用控乳控冷工藝，是因為該工藝較常規正火工藝而言，節省 了能源，節約了成本，縮短了生產周期，有益于排產交貨。同時，用澆水的方式，配合少量的 細化晶粒元素，增加了鋼板強度，使鋼板在不加入Ni等貴金屬的情況下，具有較好的沖擊韌 性。
[0022] 本發明與現有技術相比，本發明采用控乳控冷狀態交貨，生產鋼板屈服強度2 460MPa，抗拉強度：550~720MPa，延伸率A 2 26%，-60°CKV2 2 200J，可廣泛應用于風力發電塔 工程鋼結構。
【具體實施方式】
[0023] 下面對本發明予以詳細描述： 表1為本發明各實施例及對比例的取值列表； 表2為本發明各實施例及對比例的主要工藝參數列表； 表3為本發明各實施例及對比例性能檢測情況列表。
[0024] 本發明各實施例按照以下生產工藝生產： 1) 經冶煉并連鑄成坯后，將鑄坯加熱到1220~1260 °C，并控制加熱速率不低于7.5min/ cm； 2) 進行兩階段乳制，并控制精乳開乳溫度在900~950°C，終乳溫度在800~870 °C;在精乳 階段，當采用壓下量大于20mm時，如采用2道次乳制，則控制末道次壓下率在30~35%，當采用 3道次乳制時，末道次壓下率控制在25~30%，當采用大于3道次乳制時，則不控制末道次壓下 率； 3) 水冷工藝:乳制后進入層流，返紅溫度控制在500~680 °C，冷卻速度控制在9~13°C; 4)自然冷卻至室溫后待用。
[0025] 表1本發明實施例與比較例的化學成分列表(wt%)
續表1本發明實施例與比較例的化學成分列表(Wt%)
表2本發明各實施例及對比例的主要工藝參數列表
表3本發明各實施例及對比例的力學對比列表
從表3可以看出，本發明鋼板進行常溫拉伸實驗性能，-60°C縱向沖擊試驗，并與對比鋼 對比發現，本發明鋼屈服強度和抗拉強度均優于對比鋼，本發明鋼延伸率A高于對比鋼且均 不低于26%，說明本發明鋼具有良好的塑韌性。本發明-60 °C沖擊功值較高在200J以上，優于 對比鋼，說明本發明鋼具有更為優異的低溫韌性。
[0026] 本發明鋼采用控乳控冷工藝，具有高強度、優良低溫韌性、高延伸率和低成本等特 點。可廣泛應用于風力發電塔工程鋼結構。
[0027] 上述實施例僅為最佳例舉，而并非是對本發明的實施方式的限定。
【主權項】
1. 一種不含Ni的低溫韌性優良的風電鋼，其組分及重量百分比含量為:C:0.10~0.16%; Si：0.25-0.40%；Mn:1.24-1.45%；P： <0.015%；S： <0.008%；Als：0.030-0.045%；N：0.003- 0.005%; Ti : 0.030~0.040%，其余為Fe及不可避免的雜質；并滿足公式:Nb+Ti+Als: 0.070~ 0.075%,Ti/4/(C+100*N):0.012-0.026%〇2. -種不含Ni的低溫韌性優良的風電鋼，其組分及重量百分比含量為:C: 0.10~0.16%; Si：0.25-0.40%；Mn:1.24-1.45%；P： <0.015%；S： <0.008%；Als：0.015-0.028%；N：0.003- 0.005%;恥:0.015~0.035%;11:0.015~0.025%，其余為？6及不可避免的雜質 ；并滿足公式:恥 +Ti+Als：0.065-0.071%,(Nb/7+Ti/4)/(C+100*N):0.013-0.022%〇3. 生產權利要求1及2所述的一種不含Ni的低溫韌性優良的風電鋼的方法，其步驟： 1) 經冶煉并連鑄成坯后，將鑄坯加熱到1220~1260°C，并控制加熱速率不低于7.5min/ cm； 2) 進行兩階段乳制，并控制精乳開乳溫度在900~950 °C，終乳溫度在800~870°C;在精乳 階段，當采用壓下量大于20mm時，如采用2道次乳制，則控制末道次壓下率在30~35%，當采用 3道次乳制時，末道次壓下率控制在25~30%，當采用大于3道次乳制時，則不控制末道次壓下 率； 3) 水冷工藝:乳制后進入層流，返紅溫度控制在500~680 °C，冷卻速度控制在9~13°C; 4)自然冷卻至室溫后待用。
【文檔編號】C22C38/12GK105821302SQ201610301108
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年5月9日
【發明人】范巍, 陳顏堂, 童明偉, 張開廣, 董中波, 郭斌, 孔君華
【申請人】武漢鋼鐵股份有限公司