專利名稱：一種稀土處理的高強度耐沖擊風電用鋼板的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于低合金高強度鋼領域，特別涉及一種稀土處理的高強度耐沖擊風電用鋼板。
背景技術：
風力發(fā)電是技術最成熟、最具規(guī)模開發(fā)條件和商業(yè)化前景的清潔能源發(fā)電方式，近年來，在各國大力開發(fā)清潔能 源的政策下，風力發(fā)電行業(yè)迅速發(fā)展?；陲L能產(chǎn)業(yè)的廣闊前景，其發(fā)展速度越來越快，風力發(fā)電機組的單臺設計容量也越來越大，塔架高度越來越高。風力發(fā)電塔的結構是由鋼板卷制而成的圓錐形簡體，發(fā)電塔不但要承受機艙、風輪重達二三十噸的重量，還要受到各種風況下的動態(tài)風載荷作用，使用環(huán)境惡劣，不僅受到溫度、溫度差的影響，而且還受到風沙的侵蝕，因此對風塔用鋼鋼材品質、強度級別和質量等級都提出了越來越高的要求。目前國內公開的同級別鋼板制造方法如下中國專利CN102345056A公開了“ 一種結構鋼S420ML中厚板及生產(chǎn)方法”，該熱軋鋼板化學成分重量百分比為C :0. 12 ~ O. 15%,S1:0. 25 O. 40%,Mn :1. 45 1. 55%,P :彡 O. 017%，S :彡 O. 003% ,Nb: O. 03 O. 04%, T1: O. 010 O. 020%, N1: O. 010 O. 020%,余量為Fe和不可避免雜質元素組成。用常規(guī)連鑄方法將其澆鑄成250mm厚的連鑄板坯，加熱至1200°C 1260°C進行粗軋，開軋溫度1050°C 1150°C，一階段終軋溫度980°C 1000°C，待溫厚度為成品厚度的2. 5 3. 5倍，二階段開軋溫度彡900°C，二階段保證單道次壓下率彡12%，累積壓下率彡60%，終軋溫度范圍為800°C 880°C，精軋后以5 10°C /s的冷速冷卻到640 680°C，然后送往矯直機矯直。采用本方法生產(chǎn)的S420ML低合金高強度熱軋鋼板性能達到標準要求。中國專利CN101397265A公開了“ 一種屈服強度420MPa級超細晶鋼板及其制造方法”該熱軋鋼板化學成分重量百分比為c :0. 06 O. 09%，S1:0. 30 O. 60%，Mn :1. 00 1. 30%, P ·.( O. 015%, S ·.( O. 010%, T1:0. 010 O. 020%，余量為 Fe 和不可避免雜質元素組成。該超細晶鋼板制造方法的主要技術特征為連鑄坯或鋼錠加熱至970°C 1050°C，鋼坯軋后冷卻至780 820°C，在輥道上待溫至720 780°C開始第二階段軋制，終軋溫度為700 760°C，軋后鋼板冷卻至440 480°C，鋼板出水后空冷。本發(fā)明鋼屈服強度大于420MPa、具有較高的強度、良好的韌性和焊接性。上述公開專利均獲得了力學性能穩(wěn)定、強韌性匹配良好的Q420鋼板，不足之處是鋼板強度余量不足，低溫沖擊韌性較低。

發(fā)明內容
基于上述不足，本發(fā)明的目的是提供一種稀土處理的屈服強度大于420MPa，-40°C時低溫沖擊韌性大于200J的風電用鋼板。本發(fā)明的突出優(yōu)勢在于通過加入稀土改變夾雜物形態(tài)，細化組織晶粒。顯著改善鋼板的低溫沖擊性能。
本發(fā)明的技術方案本發(fā)明的化學成分按重量百分比為C :0. 12 O. 16%、S1:0. 20 O. 50%、Mn 1.20 1. 60%, P ·.( O. 020%, S ·.( O. 010%、Nb:0. 03 O. 06%、T1:0. 006 O. 012%, RE (Ce)
O.01 O. 03%，余量為Fe和不可避免的雜質；采用以下方法制作而成1、加熱和軋制加熱溫度1200 1240°C，保溫時間為120 180min。采用兩階段控制軋制工藝，在奧氏體再結晶區(qū)軋制時，開軋溫度1100 1150°C，至少有I 2道次壓下率控制在25%以上，在奧氏體未再結晶區(qū)軋制時，開軋溫度920 950°C，至少有2道次壓下率大于15%，累積壓下率大于60%，目的是為了保證其在未再結晶區(qū)有足夠的變形量，在變形的奧氏體內有更高密度的位錯累計，為鐵素體相變提供更有利的形核條件。較大的變形也有利于Nb的 碳氮化合物的析出，由于變形誘導析出的作用，較大的道次變形率將有利于析出物的形成并且使其更加細小和彌散，同時，細小和彌散的析出物及其釘扎作用為鐵素體提供高密度的形核地點并且阻止其長大和粗化，這對于鋼的強度與韌性都起到有利的作用。將終軋溫度控制在未再結晶區(qū)的低溫段，即終軋溫度為840 870°C。2、冷卻軋制結束后，鋼板進入加速冷卻裝置，終冷溫度630 660°C，出水后冷床空冷。由于鋼板在軋制過程中積累了密度很高的位錯和極高的應變能，高密度的位錯將與Nb的析出物Nb(CN)粒子相互作用，在軋制完成至加速冷卻的空冷(馳豫)過程中，這種相互作用促使在奧氏體晶粒內部形成大量細小的多邊形位錯胞結構，Nb原子在位錯墻上的偏聚以及大量微細Nb(CN)在位錯胞壁上的析出，穩(wěn)定了這種具有一定取向差的多邊形胞狀結構，最終得到晶粒細小且均勻的鐵素體+珠光體組織。本發(fā)明選擇的主要合金元素及其含量在本發(fā)明鋼中的作用碳(C):碳對鋼的強度、低溫沖擊韌性、焊接性能產(chǎn)生顯著影響。碳含量過低會使NbC生成量降低，影響控軋效果，也會增大冶煉控制難度，碳含量過高，又會增加碳當量，顯著影響鋼板的焊接性能，因此，本發(fā)明設定的最佳碳含量為O. 12 O. 16%。硅(Si):本發(fā)明中硅含量控制在O. 20 O. 50%，硅主要以固溶強化形式提高鋼的強度，超過O. 5%時，會造成鋼的韌性下降。錳(Mn):本發(fā)明中錳含量控制在1. 20 1. 60%，錳的成本低廉，并且錳能促使貝氏體的轉變，其固溶強化作用會使鋼的抗拉強度大幅度上升，因此本發(fā)明中把錳作為主要合金元素。磷和硫(P、S):由于鋼中的P、S含量必須控制在較低的范圍，只有冶煉純凈鋼，才能保證本發(fā)明鋼的性能。本發(fā)明鋼P含量控制在O. 020%以下，S含量控制在O. 010%以下。.鈮(Nb) :Nb在鋼中可形成細小的碳化物和氮化物，抑制奧氏體晶粒的長大，在軋制過程中可提高再結晶溫度，抑制奧氏體的再結晶，保持形變效果以細化鐵素體晶粒。Nb在鐵素體中沉淀析出，提高鋼的強度以及在焊接過程中阻止熱影響區(qū)晶粒的粗化等，但塑性和韌性有所下降。大量研究結果表明，Nb、V、Ti在鋼中是通過晶粒細化影響強度和塑性，Nb的作用最為顯著。本發(fā)明鋼Nb含量控制在O. 03 O. 06%。鈦(Ti):本發(fā)明加入O. 006 O. 012%的Ti，其目的是避免焊接熱影響區(qū)組織粗化，改善HAZ韌性。較少的合金元素含量使得本發(fā)明所得產(chǎn)品成本較低，同時具有優(yōu)良的機械及焊接性能。稀土(RE):稀土鈰(Ce)對夾雜物的變性作用。鋼中一般都存在著一些長條狀或具有尖角的夾雜物，這些夾雜物破壞了鋼基體的連續(xù)性，同時由于夾雜物與基體的熱膨脹系數(shù)及塑變能力不同，在夾雜物影響區(qū)存在復雜的應力場，當承受沖擊載荷時，夾雜物周圍應力集中，在帶狀夾雜物與基體界面處產(chǎn)生顯微裂紋，降低鋼的韌性。稀土鈰(Ce)在鋼中有凈化鋼液，變質夾雜物的作用。鋼中加入稀土，可以置換原先鋼中存在的硅酸鹽、氧化物、鋁酸鹽以及硫化錳等夾雜物中的氧和硫，生成了球狀復合的稀土夾雜物。這些球化、顆粒小的夾雜物有利于韌窩的形成，從而提高了鋼的沖擊韌性。本發(fā)明鋼Ce含量控制在O. 01
O.03%。本發(fā)明的有益效果為通過合理的化學成分設計，并經(jīng)過稀土處理后，采取上述工藝可以得到一種屈服 強度大于420MPa，-40°C時低溫沖擊韌性大于200J的風電用鋼板，可廣泛用于制造風電塔筒領域。
具體實施例方式以下用實施例對本發(fā)明作更詳細的描述。這些實施例僅僅是對本發(fā)明最佳實施方式的描述，并不對本發(fā)明的范圍有任何限制。實施例1按表I所示的化學成分冶煉，并澆鑄成鋼錠，將鋼錠加熱至1240°C，保溫150分鐘，在實驗軋機上進行第一階段軋制，開軋溫度為1150°C，至少有I 2道次壓下率控制在25%以上，當中間坯厚度為42mm時，在輥道上待溫至950°C，隨后進行第二階段軋制，終軋溫度為870°C，成品鋼板厚度為14_。軋制結束后，鋼板進入加速冷卻(ACC)裝置，終冷溫度660°C，出水后冷床冷卻。實施例2實施方式同實施例1，其中加熱溫度為1230°C，保溫150分鐘，第一階段軋制的開軋溫度為1140°C，中間坯待溫厚度為54mm，第二階段軋制的開軋溫度為940°C，終軋溫度為860°C，成品鋼板厚度為18_，軋制結束后，鋼板進入加速冷卻(ACC)裝置，終冷溫度650°C，出水后冷床冷卻。實施例3實施方式同實施例1，其中加熱溫度為1220°C，保溫150分鐘；第一階段軋制的開軋溫度為1120°C，中間坯待溫厚度為72mm;第二階段軋制的開軋溫度為930°C，終軋溫度為850°C，成品鋼板厚度為24mm ;終冷溫度為640°C。實施例4實施方式同實施例1，其中加熱溫度為1200°C，保溫150分鐘；第一階段軋制的開軋溫度為1100°c，中間坯待溫厚度為80mm ;第二階段軋制的開軋溫度為920°C，終軋溫度為840°C，成品鋼板厚度為28mm ;終冷溫度為630°C。表I本發(fā)明實施例1 4的化學成分(wt%)
權利要求
1.一種稀土處理的高強度耐沖擊風電用鋼板，其特征是所述鋼板的化學成分按重量百分比為 C 0. 12 O. 16%、Si 0. 20 O. 50%、Mn :1· 20 1. 60%、P ^ O. 020%、S (O. 010%、Nb: O. 03 O. 06%、T1: O. 006 O. 012%、RE (Ce) 0. 01 O. 03%，余量為 Fe 和不可避免的雜質；采用以下方法制作而成 1)、加熱和軋制 (a)、在加熱過程中，加熱溫度為1200 1240°C，保溫時間為120 180分； (b)、軋制軋制分為第一階段和第二階段軋制 第一階段在奧氏體再結晶區(qū)軋制，軋制過程中，開軋溫度為1100 1150°C，至少有I 2道次壓下率控制在25%以上； 第二階段在奧氏體未再結晶區(qū)軋制，開軋溫度920 950°C，至少有2道次壓下率大于15%累積壓下率大于60%，終軋溫度為840 870°C ； 2)、冷卻 在冷卻過程中，鋼板進入加速冷卻裝置，終冷溫度630 660°C，出水后冷床空冷。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種稀土處理的高強度耐沖擊風電用鋼板，其特征是所述鋼板的化學成分按重量百分比為C0.12～0.16%、Si0.20～0.50%、Mn1.20～1.60%、P≤0.020%、S≤0.010%、Nb:0.03～0.06%、Ti:0.006～0.012%、RE(Ce)0.01～0.03%，余量為Fe和不可避免的雜質。其優(yōu)點是化學成分設計，并經(jīng)過稀土處理后，屈服強度大于420MPa，-40℃時低溫沖擊韌性大于200J，可廣泛用于制造風電塔筒領域。
文檔編號C22C38/14GK103014501SQ20121058943
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月29日 優(yōu)先權日2012年12月29日
發(fā)明者袁曉鳴, 靳燕 申請人:內蒙古包鋼鋼聯(lián)股份有限公司