一种可用于制造大型结构部件的特厚高强高致密度钢板及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种可用于制造大型结构部件的特厚高强高致密度钢板，其特征在于：钢板的厚度可达300mm，强度级别达到屈服强度550MPa级，超声波无损检验达到Ⅰ级水平达到SEL072‑77德国《厚钢板超声波检验供货技术条件》Ⅰ级，达到GB/T 2970‑2016《厚钢板超声波检测方法》Ⅰ级。钢板低倍组织致密，完全消除了疏松，中心偏析≤0.5级，一般偏析≤0.5级。本发明专利技术钢板的制造方法为：特殊初炼、精炼、浇铸工艺生产波浪边扁钢锭，波浪边扁钢锭经特殊的锻造、轧制工艺生产出超厚钢板。具有特厚、高强度、高致密度等优点，可广泛应用于大型、特大型水电发电机组部件及其它高端大型结构部件的建造。

An extra thick high-strength high density steel plate for manufacturing large structural components and its manufacturing method

The invention relates to a special thick and high density high density steel plate which can be used to make large structural parts. The characteristic is that the thickness of the steel plate is up to 300mm, the strength level reaches the yield strength 550MPa, and the ultrasonic nondestructive test reaches the level I of SEL072, and reaches the grade I of the technical condition for the ultrasonic inspection of the thick steel plate of SEL072, Germany. Reach GB/T 2970 \2016\ thick steel plate ultrasonic testing method \level I. The low magnification of the steel plate is compact, completely eliminating the porosity, the central segregation is less than 0.5, and the general segregation is less than 0.5. The manufacturing method of the invention of the invention is to produce wave edge flat ingot with special initial refining, refining and casting process. The wave edge flat steel ingot is produced by special forging and rolling process. It has the advantages of super thick, high strength, high density and so on. It can be widely used in the construction of large and large and large hydropower generating unit components and other high-end large structure components.

【技术实现步骤摘要】
一种可用于制造大型结构部件的特厚高强高致密度钢板及其制造方法
本专利技术属于冶金炼钢
，具体涉及一种特厚、高强、高致密度钢板及其制备方法。
技术介绍
随着我国机水电发电机组制造技术的进步，逐步从行业追赶者变为行业领导者，水电装机容量也越来越大，部分大型、特大型水电建设项目达到了世界之最，相应对发电机组关键受力部位使用的建造钢板也提出前所未有的要求，朝向特厚、高强、高致密度的趋势发展。另外，在其它制械制造行业，在设备大型化趋势下，特厚、更高强度的钢板越来越成为应用的主流产品，同时，越是特厚、高强钢板，对钢板的质量要求越高。特厚钢板因其厚度大，受金属本身特性的影响，在成型环节必须要有所工艺突破，否则难以满足高的质量要求，行业对此类钢板的生产难度主要表现在：⑴、钢板特厚，最厚达到300mm；⑵、强度越来越高，达到屈服强度550MPa级；⑶、内部质量要求特别高，超声波无损检验要达到Ⅰ级水平。然而钢板厚度越大，钢板的致密度越难保证，对于常规钢板，厚度不大的情况下可以依靠设备进行保证致密度，但是对于大厚度钢板的生产，由于设备无法保证大厚度钢板的压下率，造成钢板的致密度无法满足生产要求。当然对于大厚度钢板来讲，影响致密度的不止有轧制工艺，钢水的冶炼，钢坯的浇铸等等都是关键工序。就目前为止，还没有出现能够满足本申请产拼要求的特厚钢板出现。
技术实现思路
针对制造大型、特大型水电发电机组用部件及其它高端大型结构部件用钢板的技术难题，本专利技术提供一种特厚、高强度、高致密度钢板的制造方法，可适应但不限于钢种牌号Q550D-Z35的特厚钢板的生产，达到以下技术要求：⑴、钢板最厚300mm；⑵、强度级别达到屈服强度550Mpa级；⑶、钢板高致密度，超声波无损检验达到Ⅰ级水平，包括达到SEL072-77德国《厚钢板超声波检验供货技术条件》Ⅰ级，达到GB/T2970-2016《厚钢板超声波检测方法》Ⅰ级。为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种大型结构部件的特厚高强高致密度钢板的制造方法，具体步骤如下：(1)、钢锭及锻坯尺寸确定钢锭选择波浪边扁钢锭，根据目标钢板单重和厚度、宽度、长度尺寸确定采用的钢锭公称重量，根据钢锭的高厚比、宽厚比、锥度、高度、形状等参数，提前设计锻造工艺，确定锻坯(锻造后的钢坯)尺寸。(2)初炼初炼在EAF电弧炉内进行，要求炉况良好情况下冶炼本钢种。入炉原材料控制适当的料型比，即控制适当的Ⅰ级废钢、Ⅱ级废钢、生铁和轻薄料比例，其中Ⅰ级废钢不少于80％，生铁保证钢液纯沸腾配碳量要求。(3)精炼精炼包括LF精炼和VD真空精炼，LF精炼采用扩散脱氧与沉淀脱氧结合，合理造渣、快速变渣，保证扩散脱氧剂和沉淀脱氧剂用量，严格控制钢液温度；VD真空精炼控制钢液面渣量、严格保证钢液温度，真空度，真空时间，搅拌气体流量，钢液进行钙处理，保证精炼后钢液[H]含量不超过1.0ppm，[O]含量不超过10ppm。(4)钢锭浇铸：钢锭选择波浪边扁钢锭，钢锭模使用前预热至80～150℃，采用低过热度浇铸、浇铸过热度30℃～55℃，钢锭本体浇铸速度1.6t/min～3.6t/min，帽口浇铸速度0.8t/min～2.4t/min，浇铸过程氩气保护钢流；铸毕加入保温剂12kg/t钢～25kg/t钢和发热剂，保证钢锭补缩充分，钢锭致密均匀。在浇铸钢锭过程中，钢锭浇铸结束至完全凝固及冷至低温这一过程是钢锭质量控制的重要阶段，根据钢锭凝固收缩原理，冷却速度直接影响钢锭内部疏松、缩孔、偏析、裂纹的产生和扩大，并影响最终钢板的超声波无损检验质量。其中钢锭浇铸结束至完全凝固这一时期要控制适当的冷却速度，一般按控制冷却速度，其中d是钢锭厚度，根据锭型大小k取21～26mm/min，冷却过快或过慢，都将造成钢锭内部缺陷包括疏松、缩孔、偏析、裂纹等，严重影响轧成钢板后的探伤质量，冷却方法包括空冷、风冷。钢锭完全凝固至冷却到室温这一过程要尽量慢，否则产生内部裂纹，根据锭型大小，一般控制冷却时间在48h～96h，冷却方法包括空冷、坑冷、加热坑冷。(5)锻造：锻造的目的在于最大限度提高钢坯致密度、破碎粗大铸造组织，先进行墩粗，变形量不低于40％，然后是拔长平锻阶段，控制钢锭宽度方向、厚度方向两个方向的锻造交替进行，保证钢锭90°方向的变形量均不低于65％，并保证对焊合铸造缺陷，提高致密度起到效果，最大压下量不低于350mm；锻后钢坯进行退火：锻后钢坯在600℃～680℃，保温3.0min/mm～8min/mm进行退火，退火的目的主要包括两部分，一是消除钢坯内部应力，避免在随后的轧钢加热过程产生内部裂纹缺陷而影响轧成钢板后的超声波无损检验质量；另外是去除氢，防止钢坯在高致密度情况下因氢造成内部裂纹，退火后带温清理表面缺陷，控制锻造后钢坯厚度在600mm～1000mm；(6)轧板锻坯(锻造后钢坯)重新加热，控制均热时间，达到锻坯断面温度均匀后开始轧板，轧板过程执行“大压下”工艺，轧制在奥氏体区进行，开轧温度1000℃～1150℃，终轧温度980℃～850℃，保证压下率≥20％的轧板道次数不少于3道，轧板总道次尽量多，具体根据锭型、钢板厚宽尺寸确定，控制大压下率压下时机：控制大压下率压下时机，在钢坯尽量薄的时机大压下，一般在最终钢板厚度2.0倍左右时实施，结合大压下率道次和压下时机的匹配，达到钢坯心部变形渗透。轧制后以3℃/s～6℃/s的速度冷却到700℃左右，然后，在缓冷坑中以10℃/h～25℃/h的速度冷却到室温。从而实现最终钢板高致密度。优选地，初炼熔氧期控制吹氧量，大渣量操作，最大限度脱除钢液中的磷，并降低钢液氧含量，减少增氮，出钢前控制钢液碳含量不得低于0.04％，同时根据硅和锰的氧化情况，后期保证足够的纯沸腾时间来净化钢液。优选地，初炼完成之后，将盛放钢液的钢包烘烤至内壁温度＞1000℃，出钢后大包二次测温温度1550℃以上。出钢随钢流预脱氧：出钢随钢流加入120kg/t～300kg/t钢水MnSi合金和铝预脱氧，出钢过程钢包底吹搅拌气体压力≥0.3MPa。具体地，LF精炼过程中渣量不低于20kg/t钢，钢液[AL]含量在0.015％以上。VD真空精炼过程钢液面渣量2.0kg/t～3.5kg/t钢，高真空度保持时间≥20min，真空前10-15分钟氩气流量不得小于60NL/min，高真空后期为10-50NL/min软吹，保证钢液真空脱气效果和促进夹杂物上浮去除。步骤(6)轧板的加热采用阶梯加热，升温控制速度：1000℃以下升温速度≤150℃/h，分别在650℃～800℃和900℃～1000℃设置两个保温平台，保温时间前者按5mm/min～7mm/min，后者按3mm/min～4mm/min，1000℃以上快速升温，快速升温速度按120℃/h～180℃/h，控制最高加热温度不超过1290℃，均热温度为1200-1260℃。本申请设计的关键技术如下：本专利技术特厚、高强、高致密度钢板制造方法的关键在于波浪边扁钢锭制造和锻造步骤。步骤(1)重点是波浪边扁钢锭的选择和浇铸工艺控制，实现钢锭顺序凝固、充分补缩，获得致密均匀的钢锭。另外，经过计算、分析，提高各阶段利用率并为锻造工艺创造基础条件。步骤⑵严格控制钢液过氧化，最大限度的脱P，降低含氧量，大渣量扒本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可用于制造大型结构部件的特厚高强高致密度钢板，其特征在于：钢板的厚度可达300mm，强度级别达到屈服强度550MPa级，超声波无损检验达到Ⅰ级水平达到SEL072‑77德国《厚钢板超声波检验供货技术条件》Ⅰ级，达到GB/T 2970‑2016《厚钢板超声波检测方法》Ⅰ级。

【技术特征摘要】
1.一种可用于制造大型结构部件的特厚高强高致密度钢板，其特征在于：钢板的厚度可达300mm，强度级别达到屈服强度550MPa级，超声波无损检验达到Ⅰ级水平达到SEL072-77德国《厚钢板超声波检验供货技术条件》Ⅰ级，达到GB/T2970-2016《厚钢板超声波检测方法》Ⅰ级。2.根据权利要求1所述可用于制造大型结构部件的特厚高强高致密度钢板，其特征在于：钢板低倍组织致密，完全消除了疏松，中心偏析≤0.5级，一般偏析≤0.5级。3.根据权利要求1所述的可用于制造大型结构部件的特厚高强高致密度钢板，其特征在于：钢板的牌号为Q550D-Z35。4.根据权利要求1所述的可用于制造大型结构部件的特厚高强高致密度钢板，其特征在于：钢板主要是由以下质量百分比的组分熔炼而成：C：0.08％～0.25％，Si：0.05％～0.45％，Mn：0.90％～1.50％，P≤0.010％，S≤0.002％，Ni：1.00％～2.00％，Cr:0.40％～1.50％，Mo:0.40％～1.50％，Cu:0.03％～0.60％，Nb：0.010％～0.050％，Al：≥0.030％，Ti：0.003％～0.030％，V:0.002％～0.060％，Ca：0.0010％～0.0030％，B：0.0001％～0.0030％，余量为Fe和不可避免的杂质。5.一种大型结构部件的特厚高强高致密度钢板的制造方法，其特征在于，包括如下步骤(1)、钢锭及锻坯尺寸确定钢锭选择波浪边扁钢锭，根据目标钢板单重和厚度、宽度、长度尺寸，以及目标锻坯尺寸和锻造工艺要求，确定钢锭公称重量，确保达到目标钢板尺寸、重量，满足锻造工艺要求；(2)初炼(3)精炼(4)钢锭浇铸：钢锭选择浪边扁钢锭，钢锭模使用前预热至80～150℃，采用低过热度浇铸、浇铸过热度30℃～55℃，钢锭本体浇铸速度1.6t/min～3.6t/min，帽口浇铸速度0.8t/min～2.4t/min，浇铸过程氩气保护钢流；铸毕加入保温剂12kg/t钢～25kg/t钢和适量发热剂，保证钢锭补缩充分，钢锭致密均匀；(5)锻造：锻造的目的在于最大限度提高钢坯致密度、破碎粗大铸造组织，先进行墩粗，变形量不低于40％，然后是拔长平锻阶段，控制钢锭宽度方向、厚度方向两个方向的锻造交替进行，保证钢锭90°方向的变形量均不低于65％，最大压下量不低于350mm；锻后钢坯进行去应力退火，退火后带温清理表面缺陷，控制锻造后钢坯厚度在600mm～1000mm；(6)轧板锻坯重新加热，控制均热时间，达到锻坯断面温度均匀后开始轧板，轧板过程执行“大压下”工艺，结合大压下率道次和压下时机的匹配，达到钢坯心部变形渗透。6.根据权利要求5所述的大型结构部件的特厚高强高致密度钢板的制造方法，其特征在于：初炼在EAF电弧炉内进行，入炉原材料控制适当的料型比，即控制适当的Ⅰ级废钢、Ⅱ级废钢、生铁和轻薄料比例，其中Ⅰ级废钢不少于80％，生铁保证钢液纯沸腾配碳量要求。7.根据权利要求5所述的大型结构部件的特厚高强高致密度钢板的制造方法，其特征在于：初炼熔氧期控制吹氧量，大渣量操作，最大限度脱除钢液中的磷，并降低钢液氧含量，减少增氮，出钢前控制钢液碳含量不得低于0.04％，同时根据硅和锰的氧化情况，后期保证足够的纯沸腾时间来净化钢液。8.根据权利要求5所述的大型结...

【专利技术属性】
技术研发人员：李红文，李经涛，常跃峰，刘海英，马菁，诸建阳，
申请(专利权)人：江阴兴澄特种钢铁有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32