一种高断裂韧性低时效敏感性海上风电用钢及其生产方法技术

本发明专利技术提供了一种高断裂韧性低时效敏感性海上风电用钢，属于钢铁材料技术领域，所述海上风电用钢的化学成分以质量分数计为：C：0.040～0.070％、Si：0.20～0.30％、Mn：1.30～1.60％、P≤0.010％、S≤0.003％、Ni：0.10～0.20％、Nb：0.015～0.025％、Ti：0.01～0.02％，Mo：0.05～0.15％，N≤0.005％，其余为Fe和不可避免杂质。所述海上风电用钢断裂韧性高，时效敏感性低，有利于提升海上风电用钢的安全性。本发明专利技术还提供了一种高断裂韧性低时效敏感性海上风电用钢的生产方法。

【技术实现步骤摘要】
一种高断裂韧性低时效敏感性海上风电用钢及其生产方法
本专利技术属于钢铁材料
，涉及一种高断裂韧性低时效敏感性海上风电用钢及其生产方法。
技术介绍
随着世界风力发电技术的快速发展，风电机组朝着大型化、高效率的方向发展。风电机组单机容量持续增大的趋势带来了风电塔架的持续增高，而风电塔架高度的增加势必带来其重量和所受风载的增大，因此对风电用钢的厚度和强度提出了更高的要求；同时，风电塔筒在制作过程中，需要进行卷曲的冷变形，钢铁材料在经受一定的冷变形后导致钢板的强度升高，塑性及韧性降低，为了保证塔筒的安全性，要求钢板具有较低的时效敏感性；此外，塔筒不仅要承受风机叶轮捕捉到风能，还要承受设备不同部位温度变化造成的热应力和设备本身的重量及风力直接作用在设备上所产生的载荷，因此对制作后塔筒的断裂韧性提出了较高的要求，如DNVRP2Z标准对钢板焊接接头的CTOD性能要求在-10℃下＞0.25mm。因此，为提高海上风电运行的安全性，迫切需要开发具有较好断裂韧性和低时效敏感性的大厚度海上风电用钢。高断裂韧性是指对脆性裂纹形成的抵抗能力或者是对已有脆性裂纹扩展的抵抗能力，其中已有脆性裂纹可以是组织缺陷中产生的疲劳裂纹生长到一定尺寸之后，当外部施加一定的盈利之后，由生长的疲劳裂纹产生脆性裂纹。而材料抵抗脆性裂纹形成和扩展的能力是使用BS7448标准或ASTM1209标准中规定的CTOD(裂纹尖端张开位移)试验方法来进行测试。当前的高断裂韧性钢板的技术，如日本JFE钢铁的《多层焊接接头CTOD特性优良的厚钢板及其制造方法》，采用TMCP工艺生产的钢板进行多道次焊接，利用析出物和小的夹杂物在焊接过程中抑制粗晶区长大，从而改善了钢板焊后焊接接头的CTOD性能，钢板的屈服强度≥500MPa，且合金元素含量较高，导致成本高；宝钢在《具有优良焊接接头CTOD性能的超高强度海洋工程用钢及其制造方法》一文中，提及到一种采用调质工艺生产690MPa高断裂韧性钢板的生产方法；韩国浦项钢铁《具有优异的低温冲击韧性和CTOD特性的厚钢板及其制造方法》一文中，提及到一种采用TMCP工艺生产420MPa级高断裂韧性钢板的方法，钢板合金含量较高，且未对焊后钢板的CTOD进行研究。钢板在实施冷变形，经过一段时间后，将发生自然时效，造成钢材的强度和屈强比提高，韧性下降，称之为应变时效。而作为风电用钢塔筒在成型过程中需要进行卷筒的冷加工过程，后在钢板的服役过程中要求钢板仍能满足强度、塑性及韧性的要求，这就要求钢板具有较低的应变时效敏感性。当材料的应变时效敏感性较高时，应变时效后钢板的强度升高，且钢板的韧脆转变温度提高，在低温服役环境下，收到撞击或者塑性变形后，极易发生裂纹起裂、扩展甚至失稳断裂，对海上风电安全性造成比较严重的威胁，由此，要求海上风电用钢具有较低的应变时效敏感性。当前低应变时效敏感性钢板的生产技术中，《一种低应变时效敏感性焊接结构用钢及其制备工艺》中采用C-Si-Mn-Nb-V-Ti成分设计，生产的H型钢，可满足-20℃的低应变时效敏感性的要求，未明确钢板的-40℃的低温时效敏感性；《一种低应变时效敏感性焊接结构用钢及其生产方法》中采用两阶段控轧工艺生产的460MPa级低屈强比及低时效敏感性钢板，且其时效敏感性仅明确至-20℃，未进一步论述钢板的-40℃时效敏感性；《一种抗低温应变时效脆性的超高强度船板及其生产方法》中采用TMCP工艺生产的460MPa级低应变时效敏感性钢板，钢板的低温时效敏感性可满足-60℃要求，但钢板最大厚度仅为50mm，无法满足大厚度海上风电用钢的要求。现有生产大厚度海上风电用钢技术，主要解决解决两个方面的问题：首先，受制于钢坯的压缩比，传统生产大单重、特厚钢板为模铸钢锭工艺和复合坯工艺，典型的专利如《一种大厚度、大单重低合金高强度结构钢的生产方法》、《一种离岸风电塔筒用大单重厚钢板制造工艺方法》，上述工艺采用模铸和复合坯作为坯料来增加钢板的压缩比，但与连铸坯直接生产相比，具有工序周期长，成本高的缺点；其次，现有生产技术采用正火的热处理工艺，典型专利如《一种超低温韧性优异的海上风电用宽厚钢板的制造方法》、《一种厚规格海工钢及生产方法》，但采用正火工艺生产的海上风电用钢流程较长，钢板成分采用高Ceq设计，焊接性较差。且上述工艺中未对钢板的断裂韧性及时效敏感性进行研究。综上，为保证海上风电设备的安全，满足大厚度海上风电用钢高断裂韧性和低时效敏感性的要求，同时解决模铸及复合坯生产大单重特厚海上风电用钢成材率低和生产周期长，以及轧后正火热处理焊接性差成本高的问题，需要开发一种利用连铸+TMCP工艺生产大厚度、高断裂韧性及低时效敏感性的海上风电用钢及其方法。
技术实现思路
为了解决海上风电用钢的断裂韧性和时效敏感性的技术问题，本专利技术提供了一种高断裂韧性低时效敏感性海上风电用钢，所述海上风电用钢断裂韧性高，时效敏感性低，有利于提升海上风电用钢的安全性。本专利技术还提供了一种高断裂韧性低时效敏感性海上风电用钢的生产方法。本专利技术通过以下技术方案实现：一种高断裂韧性低时效敏感性海上风电用钢，所述海上风电用钢的化学成分以质量分数计为：C：0.040～0.070％、Si：0.20～0.30％、Mn：1.30～1.60％、P≤0.010％、S≤0.003％、Ni：0.10～0.20％、Nb：0.015～0.025％、Ti：0.01～0.02％，Mo：0.05～0.15％，N≤0.005％，其余为Fe和不可避免杂质。进一步的，所述海上风电用钢采用连铸工艺生产，连铸坯厚度为200～400mm，成品厚度为40～130mm。一种高断裂韧性低时效敏感性海上风电用钢的生产方法，包括：钢水连铸成连铸坯，所述钢水化学成分与所述的海上风电用钢化学成分相同；将连铸坯进行加热、轧制、预矫直后进行轧后冷却；对轧后冷却的钢板进行热矫直。其中，所述连铸坯的加热温度为1170～1200℃，在炉时间180～540min。进一步的，所述轧制工艺采用两阶段控轧工艺，包括再结晶区轧制和未再结晶区轧制。进一步的，所述再结晶区轧制的开轧温度为1070～1150℃，累计压下率≥50％，其中单道次压下率＞10％的道次数量在两道次以上，且最大单道次压下率≥16％，道次间隔在10s以上，中间坯待温厚度为1.8～3.0倍成品厚度；待温至790～840℃进行所述未再结晶区轧制，终轧温度为750～810℃，未再结晶累计压下率≥40％。进一步的，所述预矫直工艺为：轧制所得钢板入七辊预矫直，辊缝设计为成品目标厚度减去0.5mm。进一步的，所述轧后冷却工艺采用UFC+ACC联动冷却或ACC单独冷却，终冷温度400～550℃，冷速3～20℃/s。进一步的，所述热矫直工艺中，辊缝与成品目标厚度一致，视板形改善状态，矫直1～3次。进一步的，所述钢板热矫直完成后，钢板下线进行堆冷，堆冷温度≥350℃，堆冷时间＞24h。本专利技术实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高断裂韧性低时效敏感性海上风电用钢，其特征在于，所述海上风电用钢的化学成分以质量分数计为：/nC：0.040～0.070％、Si：0.20～0.30％、Mn：1.30～1.60％、P≤0.010％、S≤0.003％、Ni：0.10～0.20％、Nb：0.015～0.025％、Ti：0.01～0.02％，Mo：0.05～0.15％，N≤0.005％，其余为Fe和不可避免杂质。/n

【技术特征摘要】
1.一种高断裂韧性低时效敏感性海上风电用钢，其特征在于，所述海上风电用钢的化学成分以质量分数计为：
C：0.040～0.070％、Si：0.20～0.30％、Mn：1.30～1.60％、P≤0.010％、S≤0.003％、Ni：0.10～0.20％、Nb：0.015～0.025％、Ti：0.01～0.02％，Mo：0.05～0.15％，N≤0.005％，其余为Fe和不可避免杂质。


2.根据权利要求1所述的一种高断裂韧性低时效敏感性海上风电用钢，其特征在于，所述海上风电用钢采用连铸工艺生产，连铸坯厚度为200～400mm，成品厚度为40～130mm。


3.一种如权利要求1或2所述的高断裂韧性低时效敏感性海上风电用钢的生产方法，其特征在于，包括：
钢水连铸成连铸坯，所述钢水化学成分与权利要求1所述的海上风电用钢化学成分相同；
将连铸坯进行加热、轧制、预矫直后进行轧后冷却；
对轧后冷却的钢板进行热矫直。


4.根据权利要求3所述的一种高断裂韧性低时效敏感性海上风电用钢的生产方法，其特征在于，所述连铸坯的加热温度为1170～1200℃，在炉时间180～540min。


5.根据权利要求3所述的一种高断裂韧性低时效敏感性海上风电用钢的生产方法，其特征在于，所述轧制工艺采用两阶段控轧工艺，包括再结晶区轧制...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄乐庆，狄国标，何元春，韩承良，徐海卫，于孟，王根矶，李涛，周永江，王朦，赵德福，张志付，胡斌，
申请(专利权)人：首钢集团有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11