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一种低温 焊接性能优良的 风电塔筒用 钢及生产方法

阅读：2发布：2021-01-12

专利汇可以提供一种低温焊接性能优良的风电塔筒用钢及生产方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种低温性能优良的风电塔筒用钢，其组分及wt%为：C：0.10~0.15%，Si：0.25~0.35%，Mn：0.85~1.20%，P：≤0.015%，S：≤0.008%，Nb：0.013~0.032%，Als：0.025~0.045%，Pr：0.03~0.07%；生产步骤：经冶炼并连铸成坯后对铸坯加热并常规保温；分段热轧；层流冷却；自然冷却至室温；正火；再次自然冷却至室温。本发明采用热轧+正火状态交货，使生产的钢板屈服强度 ≥355MPa，抗拉强度：490~630MPa，延伸率A≥30%，-50℃KV2≥260J，-60℃KV2≥220J，而且碳当量＜0.32，在低温状态下具有优良的焊接性能。可缩短在冬季温度相对较低时制备风力发电塔结构的工期，也能使出现的小规模修补更为便捷。，下面是一种低温焊接性能优良的风电塔筒用钢及生产方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种低温焊接性能优良的风电塔筒用钢，其组分及重量百分比含量为：C：
0.10~0.15%，Si：0.25~0.35%，Mn：0.85~1.20%，P： ≤ 0.015%，S： ≤ 0.008%，Nb：
0.013~0.032%，Als：0.025~0.045%， Pr：0.03~0.07%，其余为Fe及不可避免的杂质；同时满足CEV＜0.32，金相组织为铁素体+珠光体组织，其中铁素体体积比例为50~60%，其余为珠光体组织。
2.生产权利要求1所述的一种低温焊接性能优良的风电塔筒用钢的方法，其步骤：
1）经冶炼并连铸成坯后对铸坯加热并常规保温，加热温度为1160~1250℃，加热速率在
0.8~1.1min/mm；
2）进行分段热轧，并控制精轧开轧温度在900℃~950℃，终轧温度在800~860℃，累计压下率不低于75%，末三道次压下率不低于40%；
3）进行层流冷却，冷却速率控制在8~15℃/s，返红温度控制在600~680℃；
4）自然冷却至室温；
5）进行正火，正火温度控制在875~908℃，并保温32~47min；
6）再次自然冷却至室温。

说明书全文

一种低温焊接性能优良的 风电塔筒用 钢及生产方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种风电塔用钢及生产方法，具体地属于一种低温焊接性能优良的风电塔筒用钢及生产方法。

背景技术

[0002] 我国风电场建设已遍布全国各省市自治区。风电成为继火电、水电之后的第三大电源。风电能够带动各地区传统能源消费比重的逐渐下调，风电产业的发展对于国家能源结构的调整意义重大，困扰我国多个地区的雾霾，若要从根本上加以解决，风电必将是最为关键的环节之一。风电有望成为雾霾克星，与光伏、燃气等一起为清洁能源行业的发展壮大做出积极贡献。

[0003] 现有技术中有关于低温韧性优异的结构用钢有许多报道，经检索：中国专利公开号为CN101831586A的文献，公开了一种低温韧性优异的低碳当量高强度厚钢板及其生产方法。该发明采用控轧控冷工艺，通过控制冷却速率生产钢板屈服强度在345MPa以上，其低温冲击性能虽然较好，但其碳当量在0.33~0.36。

[0004] 中国专利公开为CN102899569A的文献，公开了一种超低温韧性优异的海上风电用宽厚钢板制造方法。该发明钢采用控轧控冷+正火工艺，生产出钢板屈服强度在355~410MPa，抗拉强度在470~550MPa，延伸率在26%~36%，-60 ℃冲击功100~240J。虽然该发明钢板性能较好，但其碳当量在0.38~0.43，焊接性能较差。

[0005] 中国专利公开号为CN101906579A的文献，公开了一种耐低温、高焊接性能、高强度的风电法兰用钢。该发明钢使用了Nb、V、Ti 合金，正火后延伸率在28%~39%，-50℃冲击功值为110J~180J。虽然钢板力学性能较为理想，但其碳当量在0.40~0.43，焊接性能较差。

[0006] 风电塔筒是通过钢板卷制焊接而成，如不经正火，往往会出现强度较低的部分已经弯曲，强度高的部分还未变形的现象。正火后钢板各部分强度均匀，有益于卷制。上述专利文献，在控轧控冷工艺生产的钢板采用的C、Mn含量相对较低，能够将CEV控制到较低水平，但当进行正火热处理后，强度性能将得不到保障。如若将钢板中C、Mn含量上调，则钢板正火后性能较好，但焊接性能又较差。

发明内容

[0007] 本发明针对现有技术存在的不足，提供一种既能在正火后屈服强度≥355MPa，抗拉强度在490~630MPa，延伸率A≥30%，碳当量＜0.32，-50℃KV2≥260J，-60℃KV2≥220J的低温焊接性能优良的风电塔筒用钢及生产方法。

[0008] 实现上述目的的措施：一种低温性能优良的风电塔筒用钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.10~0.15%，Si：0.25~0.35%，Mn：0.85~1.20%，P：≤ 0.015%，S：≤ 0.008%，Nb：0.013~0.032%，Als：
0.025~0.045%，Pr：0.03~0.07%，其余为Fe及不可避免的杂质；同时满足CEV＜0.32，金相组织为铁素体+珠光体组织，其中铁素体体积比例为50~60%，其余为珠光体组织。

[0009] 生产一种低温性能优良的风电塔筒用钢的方法，其步骤：1）经冶炼并连铸成坯后对铸坯加热并常规保温，加热温度为1160~1250℃，加热速率在
0.8~1.1min/mm；
2）进行分段热轧，并控制精轧开轧温度在900℃~950℃，终轧温度在800~860℃，累计压下率不低于75%，末三道次压下率不低于40%；
3）进行层流冷却，冷却速率控制在8~15℃/s，返红温度控制在600~680℃；
4）自然冷却至室温；
5）进行正火，正火温度控制在875~908℃，并保温32~47min；
6）再次自然冷却至室温。

[0010] 本发明中各元素的作用C是提高钢材强度最有效的元素，随着碳含量的增加，钢的抗拉强度和屈服强度随之提高，但延伸率和冲击韧性下降，而且钢材的焊接热影响区还会出现淬硬现象，导致焊接冷裂纹的产生。当C含量低于0.10%时，正火后强度性能达不到要求，若C含量高于0.15%钢板CEV上升，恶化焊接性能，因此，本发明C选择在0.10~0.15%。

[0011] Si是炼钢脱氧的必要元素，以固溶强化形式提高钢的强度，当Si含量低于0.25%时，强度性能偏低，当Si含量高于0.35%时，钢的韧性下降。因此，本发明Si选择在0.25~0.35%。

[0012] Mn是重要的强韧化元素，随着Mn含量的增加，钢的强度明显增加，改善钢的加工性能，而冲击转变温度几乎不发生变化，含1%的Mn大约可提高抗拉强度100MPa。Mn含量低于0.85%时，正火后强度性能较低，当Mn含量高于1.20%时，钢板CEV上升。因此，本发明Mn选择在0.85~1.20%。

[0013] P、S是钢中难以避免的有害杂质元素。高P会导致偏析，影响钢组织均匀性，降低钢的塑性；S易形成硫化物夹杂对低温韧性不利，且会造成性能的各向异性，同时严重影响钢的应变时效。因此，应严格限制钢中的P、S含量，本发明P控制在≤0.015%， S控制在≤0.008%。

[0014] Nb可延迟奥氏体再结晶，降低相变温度，晶粒细化作用明显，并可改善低温韧性。Nb通过固溶强化、相变强化、析出强化等机制来获得要求的强度。当Nb含量低于0.013%时，细化晶粒效果不理想，当Nb含量大于0.032%时，容易产生晶间裂纹。因此，本发明Nb选择在0.013~0.032%。

[0015] Als通常作为钢中的脱氧剂。但Als含量低于0.025%时，脱氧不充分，当Als含量高于0.045%时，氧化铝夹杂物增加，降低钢的洁净度。因此，本发明Als选择在0.025~0.045%。

[0016] Pr：其是很好的钢中脱硫去气剂，可以清除砷、锑、铋等有害杂质；可以改变钢中夹杂物的形状和分布情况，从而改善钢的质量。在低合金钢中加入适量稀土可以提高低温冲击韧性，改善钢材的各向异性。当Pr含量低于0.03%时，对钢材性能改善效果不明显，当Pr含量高于0.07%时，对钢材性能的改善不再提高，且增加成本。因此，本发明Pr选择在0.03~0.07%。

[0017] 本发明之所以控制碳当量＜0.32，其目的在于保证焊接厚度低于20mm的钢板时，在零度环境下无需预热，同时低的CEV钢板的冷裂纹倾向更低。

[0018] 本发明之所以控制正火温度在875~908℃，并保温32~47min，其目的在于控制钢板的金相组织中软相和硬相的比例，以保证钢板同时满足强度好，韧性优的特点。

[0019] 本发明与现有技术相比，采用热轧+正火状态交货，使生产的钢板屈服强度≥355MPa，抗拉强度：490~630MPa，延伸率A≥30%，-50℃KV2≥260J，-60℃KV2≥220J，而且碳当量＜0.32，在低温状态下具有优良的焊接性能。可缩短在冬季温度相对较低时制备风力发电塔结构的工期，同时也使未来可能出现的小规模修补更为便捷。

具体实施方式

[0020] 下面对本发明予以详细描述：表1为本发明各实施例及对比例的取值列表；
表2为本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表；
表3为本发明各实施例及对比例性能检测情况列表。

[0021] 本发明各实施例按照以下步骤生产：1）经冶炼并连铸成坯后对铸坯加热并常规保温，加热温度为1160~1250℃，加热速率在
0.8~1.1min/mm；
2）进行分段热轧，并控制精轧开轧温度在900℃~950℃，终轧温度在800~860℃，累计压下率不低于75%，末三道次压下率不低于40%；
3）进行层流冷却，冷却速率控制在8~15℃/s，返红温度控制在600~680℃；
4）自然冷却至室温；
5）进行正火，正火温度控制在875~908℃，并保温32~47min；
6）再次自然冷却至室温。

[0022] 表1 本发明实施例与比较例的化学成分列表（wt%）表2 本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表

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