CN115404407A - 一种大单重厚规格tmcp风电钢及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大单重厚规格TMCP风电钢及其制造方法，TMCP风电钢的化学成分及其对应的质量百分比为：C：0.11～0.14%，Si：0.15～0.30%，Mn：1.00～1.15%，Al：0.020～0.060%，Nb：0.02～0.03%，Ti：0.010～0.020%，Cr：0.10～0.20%，Cu：≤0.10%，P：≤0.019%，S：≤0.005%，N：≤0.080%，其余为铁及不可避免的杂质元素；碳当量Ceq=[C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15]，且碳当量Ceq≤0.38%。本发明通过严格控制Mn/C比和Mn的绝对值，来获得良好的连铸板坯的内部质量，连铸板坯无中心偏析；通过重粗轧、弱精轧的轧制控制方案，通过严格控制粗轧阶段倒数三道次的压下率，来改善厚规格钢板的心部变形渗透，提高钢板最终的探伤合格率。
Description
技术领域
本发明涉及钢铁冶金技术领域，具体地说是一种大单重厚规格TMCP风电钢及其制造方法。
背景技术
随着国家双碳战略的稳步推进，采用更多清洁能源替代传统的化石能源是未来的发展方向，风电作为一种可再生的能源，在我国的能源结构中占比逐步提升，风电的建设也逐步向海上风电发展，风电钢由传统的正火态交货逐步向TMCP(Thermo MechanicalControl Process：热机械控制工艺)态发展。
目前主要的TMCP风电钢的主要技术路线均是采用低碳高锰的技术路线，碳含量一般小于0.10％，锰含量一般大于1.40％，随着风电钢的壁厚及单重逐步增大，内部质量的要求逐步提高，通常要求NB/T 47013.3的T1级，采用该传统技术路线容易产生探伤不合格的问题，影响产品的综合合格率。本发明通过采用一种全新的成分和工艺控制路线，通过优化匹配锰碳比，设计高碳和低锰的成分，并结合改进的粗轧和精轧规程，全面提升大单重厚规格TMCP风电钢板的产品合格率、降低生产成本。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种大单重厚规格TMCP风电钢及其制造方法，提升TMCP风电钢的合格率并降低生产成本。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种大单重厚规格TMCP风电钢，TMCP风电钢的化学成分及其对应的质量百分比为：
C：0.11～0.14％，Si：0.15～0.30％，Mn：1.00～1.15％，Al：0.020～0.060％，Nb：0.02～0.03％，Ti：0.010～0.020％，Cr：0.10～0.20％，Cu：≤0.10％，P：≤0.019％，S：≤0.005％，N：≤0.080％，其余为铁及不可避免的杂质元素；
碳当量Ceq＝[C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15]，且碳当量Ceq≤0.38％。
作为本发明进一步优选地，钢板的锰碳比值：Mn/C≤10。
作为本发明进一步优选地，钢板的厚度范围为50～100mm。
一种大单重厚规格TMCP风电钢的制造方法，风电钢的生产工艺路线为：按成分配置钢种→铁水KR预脱硫→转炉冶炼→LF精炼→RH真空处理→→喂线→软搅拌→板坯连铸→板坯再加热→粗轧→中间坯待温冷却→精轧→钢板快速冷却→钢板热矫→下线堆冷→超声探伤→剪切→入库；
具体包括以下步骤：
S1、按照风电钢的成分及对应的质量百分数，配置钢种，炼成铁水，并通过KR搅拌法脱去铁水中的硫，并控制铁水中硫含量S≤0.010％
S2、将铁水送入转炉中，炼铁成钢；在LF精炼炉处理后，控制钢液硫含量S≤0.005％；
S3、经过RH真空处理，并保证钢中H含量≤2ppm；
S4、RH结束后喂入纯Ca线200～400m，并进行软搅拌，搅拌时间≥10min；
S5、板坯连铸阶段：进行无氧化保护浇注，通过板坯连铸机轧制出扁平板；
S6、板坯加热阶段：将原始板坯进行加热至预设温度，并控制在炉时间；
S7、板坯粗轧阶段：通过粗轧轧机，将原始板坯轧制成钢板，并控制板坯的待温厚度和粗轧结束前的倒数三个道次的压下率均；
S8、板坯精轧阶段：通过精轧轧机，对粗轧钢板精轧；完成后对钢板快速冷却，经过钢板热矫、下线堆冷和超声探伤后，将钢板剪切入库。
作为本发明进一步优选地，板坯连铸阶段，中间包过热度控制在25±5℃，拉速为0.65±0.05m/min。
作为本发明进一步优选地，板坯加热阶段，将原始板坯加热至1150℃～1200℃，板坯在炉时间≥1.1min/mm。
作为本发明进一步优选地，板坯粗轧阶段：厚度规格为80～100mm的板坯，待温厚度≤1.5倍的成品厚度；厚度规格为50～79mm的板坯，待温厚度≤2.0倍的成品厚度；粗轧结束前的倒数三个道次的压下率均≥15％。
作为本发明进一步优选地，板坯精轧阶段，倒数第1、2道次的压下率≤8％。
本发明具有如下有益效果：
1.本发明通过严格控制Mn/C比和Mn的绝对值，来获得良好的连铸板坯的内部质量，连铸板坯无中心偏析。
2.本发明采用了两阶段的轧制规程路线，通过重粗轧、弱精轧的轧制控制方案，通过严格控制粗轧阶段倒数三道次的压下率，来改善厚规格钢板的心部变形渗透，提高钢板最终的探伤合格率。
3.本发明通过严格控制精轧阶段倒数两道次的压下率，可有效改善轧后钢板的板型，提升此类低温控轧钢板的板型合格率。
4.本发明采用经济性的成分设计，相比常规的成分路线，具有显著的经济效益。
附图说明
图1是本发明实施例1的风电钢板的金相组织图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。
本发明的TMCP风电钢化学成分及质量配比的设计思路如下：
碳(C)：碳是影响强度、韧性、硬度及焊接性能的主要元素，可以与Nb、Ti、Cr、Mo、Fe形成碳化物，起到析出强化和晶粒细化韧化材料的作用。碳含量的增加，对提高钢的强度和硬度有明显作用，但碳含量的增加会对钢的延性、韧性及焊接性能有负面影响。所以，本发明选择的碳含量为0.11～0.14％，一方面主要是通过提高碳含量来提升TMCP风电钢的强度，另一方面通过控制合适的碳含量范围来保证钢板的韧性及优良的焊接性能。
锰(Mn)：锰是固溶强化元素，既可以提高钢的强度和硬度，也能够改善钢的韧性。适度提高钢的淬透性，扩大γ相区，降低钢的γ→α相变温度，有助于获得细小的相变产物。此外，锰还能提高微合金元素铌(Nb)在钢中的溶解度，抑制碳氮化铌的析出，但过多的Mn会导致铸坯中心Mn偏析，对厚板的强韧性和探伤有较大伤害，本发明钢采用的锰质量百分比为1.0～1.15％，同时为控制中心偏析，Mn/C比控制在10以内。
铌(Nb)：铌是有效的晶粒细化元素，能够明显的抑制奥氏体晶粒长大，延迟γ→α转变，从而获得更加细小的组织。在热轧过程中，析出的碳氮化铌可以延迟再结晶及晶粒的长大过程，碳氮化铌通过钉扎位错，使得基体中可以保留更多的位错密度，提高钢的强度和韧性。固溶状态的铌可以延迟γ→α转变，细化铁素体晶粒，提高钢的韧性，在冷却过程中固溶的铌可以继续以Nb(CN)析出，进一步提高钢的强度，因此，本发明钢优选采用的铌的质量百分比为0.02～0.03％。
钛(Ti)：钛是强的固氮元素，可以形成弥散分布的TiN颗粒，从而可以在坯料加热过程和轧制过程中抑制奥氏体晶粒粗化，起到细化晶粒的作用，提高钢的低温韧性。本发明钢中钛加入的质量百分比为0.010～0.020％。
铬(Cr)：铬是碳化物形成元素，能够提高钢板硬度，起到沉淀强化的作用；铬作为铁素体形成元素，在高Nb钢中可以得到更多的针状铁素体组织；铬还能够提高钢的抗腐蚀及耐氢致开裂性能，但过量的铬将降低钢板的延伸性能，促进晶粒的长大而影响韧性，导致焊接区域的冷裂纹的产生。本发明钢中铬的加入的质量百分比为0.10～0.20％。
铝(Al)：Al为强固N元素，形成细小的AlN颗粒析出，可抑制板坯加热、轧制、淬火加热及焊接过程中的晶粒长大，达到细化晶粒、提高钢板的低温韧性及改善焊接性能。本发明选择的铝质量百分比为0.02～0.06％。
下面结合具体实施例和附图做进一步的描述。
选用钢板的成分配比如下表：
| 实施例 | C | Si | Mn | P | S | Nb | Ti | Cr | Al | N | Ceq |
| 1 | 0.14 | 0.18 | 1.10 | 0.018 | 0.004 | 0.028 | 0.013 | 0.15 | 0.035 | 0.0032 | 0.36 |
| 2 | 0.13 | 0.25 | 1.06 | 0.019 | 0.003 | 0.025 | 0.016 | 0.16 | 0.041 | 0.0038 | 0.35 |
| 3 | 0.11 | 0.20 | 1.15 | 0.015 | 0.003 | 0.021 | 0.018 | 0.16 | 0.032 | 0.0041 | 0.35 |
表1.冶炼炉次熔炼成分配比
冶炼过程和母板轧制过程中的重要工艺控制参数如下表：
表2.炼炉次及母板轧制工艺过程控制参数
3组优选实施例经过若干轧钢道次后，对各个热轧母板的力学性能做出统计。3组钢板采用板坯断面为320×2265mm，经过的轧钢道次和规程如表3-5：
表3.实施例1的轧钢道次及规程
表4.实施例2的轧钢道次及规程
表5.实施例3的轧钢道次及规程
最终得出的热轧母板的力学性能如表6所示：
综上，优选的3组实施例的合金含量均有很高的经济性，主要体现在Mn含量的添加量少，通过严格控制Mn/C比和Mn的绝对值，来获得良好的连铸板坯的内部质量，连铸板坯无中心偏析，再通过严格控制粗轧阶段的待温厚度和精轧阶段的倒数两道次的压下率，来改善厚规格钢板的心部变形渗透，提高钢板最终的探伤合格率，实现了成品具有良好的强度和冲击功，并且实现了此类厚规格钢板优良的板形平整度，平整度控制不超过5mm/m。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种大单重厚规格TMCP风电钢，其特征在于：TMCP风电钢的化学成分及其对应的质量百分比为：
C：0.11～0.14%，Si：0.15～0.30%，Mn：1.00～1.15%，Al：0.020～0.060%，Nb：0.02～0.03%，Ti：0.010～0.020%，Cr：0.10～0.20%，Cu：≤0.10%，P：≤0.019%，S：≤0.005%，N：≤0.080%，其余为铁及不可避免的杂质元素；
碳当量Ceq =[C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15] ，且碳当量Ceq≤0.38%。
2.根据权利要求1所述的一种大单重厚规格TMCP风电钢，其特征在于：钢板的锰碳比值：Mn/C≤10。
3.根据权利要求1所述的一种大单重厚规格TMCP风电钢，其特征在于：钢板的厚度范围为50～100mm。
4.基于权利要求1-3任一所述的一种大单重厚规格TMCP风电钢的制造方法，其特征在于：风电钢的生产工艺路线为：按成分配置钢种→铁水KR预脱硫→转炉冶炼→LF精炼→RH真空处理→→喂线→软搅拌→板坯连铸→板坯再加热→粗轧→中间坯待温冷却→精轧→钢板快速冷却→钢板热矫→下线堆冷→超声探伤→剪切→入库；
具体包括以下步骤：
S1、按照风电钢的成分及对应的质量百分数，配置钢种，炼成铁水，并通过KR搅拌法脱去铁水中的硫，并控制铁水中硫含量S≤0.010％
S2、将铁水送入转炉中，炼铁成钢；在LF精炼炉处理后，控制钢液硫含量S≤0.005％；
S3、经过RH真空处理，并保证钢中H含量≤2ppm；
S4、RH结束后喂入纯Ca线200～400m，并进行软搅拌，搅拌时间≥10min；
S5、板坯连铸阶段：进行无氧化保护浇注，通过板坯连铸机轧制出扁平板；
S6、板坯加热阶段：将原始板坯进行加热至预设温度，并控制在炉时间；
S7、板坯粗轧阶段：通过粗轧轧机，将原始板坯轧制成钢板，并控制板坯的待温厚度和粗轧结束前的倒数三个道次的压下率均；
S8、板坯精轧阶段：通过精轧轧机，对粗轧钢板精轧；完成后对钢板快速冷却，经过钢板热矫、下线堆冷和超声探伤后，将钢板剪切入库。
5.根据权利要求4所述的一种大单重厚规格TMCP风电钢的制造方法，其特征在于：板坯连铸阶段，中间包过热度控制在25±5℃，拉速为0.65±0.05m/min。
6.根据权利要求4所述的一种大单重厚规格TMCP风电钢的制造方法，其特征在于：板坯加热阶段，将原始板坯加热至1150℃～1200℃，板坯在炉时间≥1.1min/mm。
7.根据权利要求4所述的一种大单重厚规格TMCP风电钢的制造方法，其特征在于：板坯粗轧阶段：厚度规格为80～100mm的板坯，待温厚度≤1.5倍的成品厚度；厚度规格为50～79mm的板坯，待温厚度≤2.0倍的成品厚度；粗轧结束前的倒数三个道次的压下率均≥15%。
8.根据权利要求4所述的一种大单重厚规格TMCP风电钢的制造方法，其特征在于：板坯精轧阶段，倒数第1、2道次的压下率≤8%。
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