本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种电渣成材调质水电用钢板及其生产方法。
背景技术：
近年来，随着国内外水电行业的发展，乌东德水电站、白鹤滩水电站、长龙山水电站等大型水电项目的施工，用户对大厚度水电用sxq500d-z35钢板的要求越来越高，对钢板的探伤、强度、低温韧性和焊接性能等要求非常严格，钢板的使用厚度也越来越大。
在此背景下，本发明通过优化成分设计,采用电渣重熔的冶炼方式，开发了一种电渣成材调质水电用钢板及其生产方法，成功生产出厚度为220～285mm水电站用钢板，扭转了国内使用此厚度及强度级别钢板全部依赖进口的局面，解决了此厚度级别强度及韧性不能良好匹配的问题,实现了大型水电站用特厚钢板的国产化。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是提供一种电渣成材调质水电用钢板及其生产方法。
为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案是：一种电渣成材调质水电用钢板，所述钢板化学成分组成及其质量百分含量为：c：0.13～0.18%，si：0.20～0.50%，mn：0.90～1.30%，p≤0.015%，s≤0.005%，ni：0.60～1.25%，cr：0.30～0.60%，mo：0.40～0.60%，nb：0.020～0.050%，tal：0.020～0.050%，余量为fe和不可避免的杂质。
本发明所述钢板厚度为220～285mm；钢板力学性能：屈服强度≥420mpa，抗拉强度540～720mpa，-20℃纵横向冲击功≥47j，钢板z向拉伸断面收缩率≥35%。
本发明还提供了一种电渣成材调质水电用钢板的生产方法，所述生产方法包括冶炼、连铸、电渣重熔、加热、轧制、退火和热处理工序；所述热处理工序，采用亚温淬火+回火的热处理工艺。
本发明所述电渣重熔工序，将铸坯按照计划尺寸制成电极后进行电渣重熔，去除连铸坯表面氧化铁皮，采用cao-mgo-al2o3-sio2-caf2五元渣系，平均熔速控制在≤22kg/min，熔铸过程中每分钟加入al粒25～30g/t钢，以确保细晶粒钢的成分要求；结晶器包括640mm、700mm、760mm、960mm四种可选断面，采用风冷加速冷却，以改善铸态组织、降低夹杂物含量。
本发明所述的热处理工序，淬火温度820～850℃，保温时间2.0min/mm（即按钢板厚度的毫米数，每毫米加热2.0min计算），淬火后快冷处理，整板采用淬火槽加速冷却；回火温度600～640℃，保温时间1.5～2.0min/mm（即按钢板厚度的毫米数，每毫米加热1.5-2.0min计算），回火后空冷。
本发明所述冶炼工序包括电炉炼钢、lf精炼和真空处理，出钢后钢水送入lf精炼炉内进行lf精炼，快速脱氧、脱s，调整温度、成分后扒除还原渣；在vd/vod炉重新造还原渣进行真空脱气处理，真空前加入casi块球化夹杂，真空处理过程中真空度≤67pa，真空保持时间≥20min。电炉炼钢采用超高功率电弧炉，选取优质原料，熔化期采用大渣量流渣操作，避渣出钢。
本发明所述连铸工序，将冶炼后的钢水进行浇铸，连铸生产过热度为10～40℃，拉坯速率为0.80～0.95m/min，并确保合适的二冷水匹配。
本发明所述加热工序，电渣锭清理结束后带温装炉加热，入炉温度300～600℃，入加热炉焖钢50～70min，然后采用低速烧钢，1000℃以下时升温速度100～120℃/h，最高加热温度1230～1250℃，然后保温350～500min。
本发明所述轧制工序，采用ⅱ型控制轧制，即奥氏体再结晶区和未再结晶区控制轧制，奥氏体再结晶区采取高温低速、大压下轧制，使变形得到充分的渗透，得到均匀、细小的再结晶组织，具体为：轧制温度为930～1100℃，单道次压下量为10～25%，累计压下率为40～50%；奥氏体未再结晶区控制总压下量和道次压下分配，进一步细化晶粒，具体为：轧制温度为810～930℃，单道次压下量为10～27%，累计压下率为20～30%，终轧温度800～820℃；轧后自然冷却。
本发明所述退火工序，采用扩氢处理工艺，将钢板吊入缓冷坑进行扩氢处理，钢板表面温度≥450℃，钢板在缓冷坑中扩氢处理温度610～630℃，升降温速度≤50℃/h，钢板保温时间≥72h，钢板出炉温度≤200℃，出炉后空冷，钢板总在炉时间（即钢板在缓冷坑中的总时间）≥150h，以进一步将氢含量降至较低的水平，降低氢脆和氢致裂纹的倾向。
本发明一种电渣成材调质水电用钢板标准参考en10025-4:2004；钢板性能检测方法标准参考en10025-4:2004。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：1、本发明通过优化成分设计,采用电渣重熔的冶炼方式，经过合理的热处理工艺，实现220～285mm大厚度钢板良好的综合性能，扭转了国内使用此厚度及强度级别钢板全部依赖进口的局面，解决了此厚度级别强度及韧性不能良好匹配的问题,实现了大型水电站用特厚钢板的国产化。2、本发明采用电炉+真空+电渣重熔，所得低合金高强钢板的p、s含量低，钢质纯净。3、本发明采用亚温淬火+回火的热处理工艺，为特厚钢板热处理工艺理论的发展提供了实践依据，丰富了特厚板热工艺理论。4、本发明所得钢板具有良好的各向同性、冲击韧性和z向性能，钢板屈服强度≥420mpa，抗拉强度540～720mpa，-20℃纵横向冲击功≥47j，钢板z向拉伸断面收缩率≥35%，钢板内在组织致密，低倍缺陷控制较低，钢板低倍组织无裂纹、气孔等危害缺陷，其疏松和偏析级别≤1.0级，满足用于大型水轮机组对低合金特厚钢板的要求。5、本发明工艺简单，易于操作，成材率高，适合于所有有条件的厚板厂生产。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
本实施例电渣成材调质水电用钢板sxq500d-z35厚285mm，其化学成分组成及质量百分含量为：c：0.14%，si：0.29%，mn：1.10%，p：0.006%，s：0.001%，cr：0.34%，mo：0.41%，ni：0.92%，nb：0.032%，tal：0.045%，余量为fe和不可避免的杂质。
本实施例电渣成材调质水电用钢板sxq500d-z35的生产方法包括冶炼、连铸、电渣重熔、加热、轧制、退火和热处理工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）冶炼工序：将钢水先经电炉冶炼，再送入lf精炼炉精炼并调整成分，钢水温度达到1560℃时，转入真空脱气炉（vd炉）真空处理；真空前加入casi块球化夹杂，真空度66pa，真空保持时间20min；
（2）浇铸工序：将冶炼后的钢水进行浇铸，连铸生产过热度为23℃，拉坯速率为0.85m/min，并确保合适的二冷水匹配；
（3）电渣重熔工序：将浇铸好的铸坯按照计划尺寸制成电极，去除连铸坯表面氧化铁皮；采用五元渣系（cao-mgo-al2o3-sio2-caf2），加入al粒27g/min/t钢；选择960mm水冷结晶器进行重熔，平均熔速控制在22kg/min，采用风冷加速冷却；
（4）加热工序：电渣锭清理后入炉温度350℃，入炉焖钢60min，然后采用低速烧钢，1000℃以下升温速度100℃/h，最高加热温度1240℃，然后保温500min；
（5）轧制工序：采用ⅱ型控制轧制，ⅰ阶段奥氏体再结晶区，轧制温度为1000℃，单道次压下量为17%，累计压下率为45%；ⅱ阶段奥氏体未再结晶区，轧制温度为860℃，单道次压下量为15%，累计压下率为25%，终轧温度820℃，轧后自然冷却；
（6）退火工序：将钢板吊入缓冷坑进行扩氢处理，钢板表面温度480℃，钢板在缓冷坑中扩氢处理温度620℃，升降温速度30℃/h，钢板保温时间80h，钢板总在炉时间200h，钢板出炉温度200℃，出炉后空冷；
（7）热处理工序：淬火温度830℃，保温时间2.0min/mm，并辅以淬火水槽加速冷却；回火温度610℃，保温时间2.0min/mm。
本实施例电渣成材调质水电用钢板sxq500d-z35的力学性能：屈服强度545mpa，抗拉强度682mpa，延伸率20%，-20℃纵向冲击功146j、128j、135j，-20℃横向冲击功152j、141j、122j，z向性能50%、53%、49%；钢板低倍组织疏松和偏析级别≤1.0级，满足用于大型水轮机组对低合金特厚钢板的要求。
实施例2
本实施例电渣成材调质水电用钢板sxq500d-z35厚260mm，其化学成分组成及质量百分含量为：c：0.13%，si：0.26%，mn：1.15%，p：0.009%，s：0.003%，cr：0.32%，mo：0.42%，ni：0.90%，nb：0.022%，tal：0.040%，余量为fe和不可避免的杂质。
本实施例电渣成材调质水电用钢板sxq500d-z35的生产方法包括冶炼、连铸、电渣重熔、加热、轧制、退火和热处理工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）冶炼工序：将钢水先经电炉冶炼，再送入lf精炼炉精炼并调整成分，钢水温度达到1560℃时，转入真空脱气炉（vod炉）真空处理；真空前加入casi块球化夹杂，真空度65pa，真空保持时间20min；
（2）连铸工序：将冶炼后的钢水进行浇铸，连铸生产过热度为28℃，拉坯速率为0.90m/min，并确保合适的二冷水匹配；
（3）电渣重熔工序：将浇铸好的铸坯按照计划尺寸制成电极，去除连铸坯表面氧化铁皮；采用五元渣系（cao-mgo-al2o3-sio2-caf2），加入al粒30g/min/t钢；选择760mm水冷结晶器进行重熔，平均熔速控制在20kg/min，采用风冷加速冷却；
（4）加热工序：电渣锭清理后入炉温度450℃，入炉焖钢60min，然后采用低速烧钢，1000℃以下升温速度100℃/h，最高加热温度1240℃，然后保温450min；
（5）轧制工序：采用ⅱ型控制轧制，ⅰ阶段奥氏体再结晶区，轧制温度为1100℃，单道次压下量为10%，累计压下率为40%；ⅱ阶段奥氏体未再结晶区，轧制温度为810℃，单道次压下量为27%，累计压下率为30%，终轧温度800℃；
（6）退火工序：将钢板吊入缓冷坑进行扩氢处理，钢板表面温度500℃，钢板在缓冷坑中扩氢处理温度620℃，升降温速度40℃/h，钢板保温时间72h，钢板总在炉时间160h，钢板出炉温度200℃，出炉后空冷；
（7）热处理工序：淬火温度835℃，保温时间2.0min/mm，并辅以淬火水槽加速冷却；回火温度610℃，保温时间2.0min/mm钢。
本实施例电渣成材调质水电用钢板sxq500d-z35的力学性能：屈服强度520mpa，抗拉强度672mpa，延伸率20%，-20℃纵向冲击功188j、202j、196j，-20℃横向冲击功174j、210j、188j，z向性能52%、56%、51%；钢板低倍组织疏松和偏析级别≤1.0级，满足用于大型水轮机组对低合金特厚钢板的要求。
实施例3
本实施例电渣成材调质水电用钢板sxq500d-z35厚240mm，其化学成分组成及质量百分含量为：c：0.14%，si：0.26%，mn：1.15%，p：0.010%，s：0.002%，cr：0.32%，mo：0.40%，ni：0.95%，nb：0.023%，tal：0.030%，余量为fe和不可避免的杂质。
本实施例电渣成材调质水电用钢板sxq500d-z35的生产方法包括冶炼、连铸、电渣重熔、加热、轧制、退火和热处理工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）冶炼工序：将钢水先经电炉冶炼，再送入lf精炼炉精炼并调整成分，钢水温度达到1560℃时，转入真空脱气炉（vd炉）真空处理；真空前加入casi块球化夹杂，真空度65pa，真空保持时间20min；
（2）连铸工序：将冶炼后的钢水进行浇铸，连铸生产过热度为20℃，拉坯速率为0.80m/min，并确保合适的二冷水匹配；
（3）电渣重熔工序：将浇铸好的铸坯按照计划尺寸制成电极，去除连铸坯表面氧化铁皮；采用五元渣系（cao-mgo-al2o3-sio2-caf2），加入al粒30g/min/t钢；选择760mm水冷结晶器进行重熔，平均熔速控制在18kg/min，采用风冷加速冷却；
（4）加热工序：电渣锭清理后入炉温度450℃，入炉焖钢60min，然后采用低速烧钢，1000℃以下升温速度100℃/h，最高加热温度1240℃，然后保温450min；
（5）轧制工序：采用ⅱ型控制轧制，ⅰ阶段奥氏体再结晶区，轧制温度为1100℃，单道次压下量为12%，累计压下率为40%；ⅱ阶段奥氏体未再结晶区，轧制温度为810℃，单道次压下量为25%，累计压下率为30%，终轧温度800℃；
（6）退火工序：将钢板吊入缓冷坑进行扩氢处理，钢板表面温度540℃，钢板在缓冷坑中扩氢处理温度620℃，升降温速度45℃/h，钢板保温时间72h，钢板总在炉时间180h，钢板出炉温度200℃，出炉后空冷；
（7）热处理工序：淬火温度850℃，保温时间2.0min/mm，并辅以淬火水槽加速冷却；回火温度600℃，保温时间1.6min/mm。
本实施例电渣成材调质水电用钢板sxq500d-z35的力学性能：屈服强度497mpa，抗拉强度650mpa，延伸率21%，-20℃纵向冲击功211j、247j、219j，-20℃横向冲击功208j、199j、215j，z向性能55%、54%、59%；钢板低倍组织疏松和偏析级别≤1.0级，满足用于大型水轮机组对低合金特厚钢板的要求。
实施例4
本实施例电渣成材调质水电用钢板sxq500d-z35厚220mm，其化学成分组成及质量百分含量为：c：0.14%，si：0.30%，mn：1.10%，p：0.010%，s：0.003%，cr：0.32%，mo：0.38%，ni：0.95%，nb：0.023%，tal：0.025%，余量为fe和不可避免的杂质。
本实施例电渣成材调质水电用钢板sxq500d-z35的生产方法包括冶炼、连铸、电渣重熔、加热、轧制、退火和热处理工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）冶炼工序：将钢水先经电炉冶炼，再送入lf精炼炉精炼并调整成分，钢水温度达到1560℃时，转入真空脱气炉（vod炉）真空处理；真空前加入casi块球化夹杂，真空度65pa，真空保持时间20min；
（2）连铸工序：将冶炼后的钢水进行浇铸，连铸生产过热度为25℃，拉坯速率为0.95m/min，并确保合适的二冷水匹配；
（3）电渣重熔工序：将浇铸好的铸坯按照计划尺寸制成电极，去除连铸坯表面氧化铁皮；采用五元渣系（cao-mgo-al2o3-sio2-caf2），加入al粒30g/min/t钢；选择760mm水冷结晶器进行重熔，平均熔速控制在20kg/min，采用风冷加速冷却；
（4）加热工序：电渣锭清理后入炉温度500℃，入炉焖钢60min，然后采用低速烧钢，1000℃以下升温速度100℃/h，最高加热温度1240℃，然后保温450min；
（5）轧制工序：采用ⅱ型控制轧制，ⅰ阶段奥氏体再结晶区，轧制温度为1100℃，单道次压下量为14%，累计压下率为40%；ⅱ阶段奥氏体未再结晶区，轧制温度为810℃，单道次压下量为13%，累计压下率为30%，终轧温度800℃；
（6）退火工序：将钢板吊入缓冷坑进行扩氢处理，钢板表面温度520℃，钢板在缓冷坑中扩氢处理温度620℃，升降温速度40℃/h，钢板保温时间72h，钢板总在炉时间170h，钢板出炉温度200℃，出炉后空冷；
（7）热处理工序：淬火温度850℃，保温时间2.0min/mm，并辅以淬火水槽加速冷却；回火温度600℃，保温时间1.6min/mm。
本实施例电渣成材调质水电用钢板sxq500d-z35的力学性能：屈服强度465mpa，抗拉强度642mpa，延伸率23%，-20℃纵向冲击功245j、247j、239j，-20℃横向冲击功211j、242j、233j，z向性能58%、52%、61%；钢板低倍组织疏松和偏析级别≤1.0级，满足用于大型水轮机组对低合金特厚钢板的要求。
实施例5
本实施例电渣成材调质水电用钢板sxq500d-z35厚285mm，其化学成分组成及质量百分含量为：c：0.13%，si：0.50%，mn：0.90%，p：0.015%，s：0.005%，cr：0.60%，mo：0.60%，ni：1.25%，nb：0.020%，tal：0.050%，余量为fe和不可避免的杂质。
本实施例电渣成材调质水电用钢板sxq500d-z35的生产方法包括冶炼、连铸、电渣重熔、加热、轧制、退火和热处理工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）冶炼工序：将钢水先经电炉冶炼，再送入lf精炼炉精炼并调整成分，钢水温度达到1560℃时，转入真空脱气炉（vod炉）真空处理；真空前加入casi块球化夹杂，真空度67pa，真空保持时间20min；
（2）连铸工序：将冶炼后的钢水进行浇铸，连铸生产过热度为10℃，拉坯速率为0.95m/min，并确保合适的二冷水匹配；
（3）电渣重熔工序：将浇铸好的铸坯按照计划尺寸制成电极，去除连铸坯表面氧化铁皮；采用五元渣系（cao-mgo-al2o3-sio2-caf2），加入al粒25g/min/t钢；选择640mm水冷结晶器进行重熔，平均熔速控制在21kg/min，采用风冷加速冷却；
（4）加热工序：电渣锭清理后入炉温度600℃，入炉焖钢50min，然后采用低速烧钢，1000℃以下升温速度120℃/h，最高加热温度1230℃，然后保温350min；
（5）轧制工序：采用ⅱ型控制轧制，ⅰ阶段奥氏体再结晶区，轧制温度为930℃，单道次压下量为25%，累计压下率为50%；ⅱ阶段奥氏体未再结晶区，轧制温度为930℃，单道次压下量为10%，累计压下率为20%，终轧温度800℃；
（6）退火工序：将钢板吊入缓冷坑进行扩氢处理，钢板表面温度450℃，钢板在缓冷坑中扩氢处理温度610℃，升降温速度50℃/h，钢板保温时间72h，钢板总在炉时间150h，钢板出炉温度180℃，出炉后空冷；
（7）热处理工序：淬火温度820℃，保温时间2.0min/mm，并辅以淬火水槽加速冷却；回火温度640℃，保温时间1.5min/mm。
本实施例电渣成材调质水电用钢板sxq500d-z35的力学性能：屈服强度475mpa，抗拉强度682mpa，延伸率22%，-20℃纵向冲击功225j、227j、219j，-20℃横向冲击功201j、222j、213j，z向性能55%、51%、59%；钢板低倍组织疏松和偏析级别≤1.0级，满足用于大型水轮机组对低合金特厚钢板的要求。
实施例6
本实施例电渣成材调质水电用钢板sxq500d-z35厚220mm，其化学成分组成及质量百分含量为：c：0.18%，si：0.20%，mn：1.30%，p：0.012%，s：0.003%，cr：0.30%，mo：0.50%，ni：0.60%，nb：0.050%，tal：0.020%，余量为fe和不可避免的杂质。
本实施例电渣成材调质水电用钢板sxq500d-z35的生产方法包括冶炼、连铸、电渣重熔、加热、轧制、退火和热处理工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）冶炼工序：将钢水先经电炉冶炼，再送入lf精炼炉精炼并调整成分，钢水温度达到1560℃时，转入真空脱气炉（vd炉）真空处理；真空前加入casi块球化夹杂，真空度67pa，真空保持时间25min；
（2）连铸工序：将冶炼后的钢水进行浇铸，连铸生产过热度为40℃，拉坯速率为0.80m/min，并确保合适的二冷水匹配；
（3）电渣重熔工序：将浇铸好的铸坯按照计划尺寸制成电极，去除连铸坯表面氧化铁皮；采用五元渣系（cao-mgo-al2o3-sio2-caf2），加入al粒28g/min/t钢；选择700mm水冷结晶器进行重熔，平均熔速控制在22kg/min，采用风冷加速冷却；
（4）加热工序：电渣锭清理后入炉温度300℃，入炉焖钢70min，然后采用低速烧钢，1000℃以下升温速度110℃/h，最高加热温度1250℃，然后保温500min；
（5）轧制工序：采用ⅱ型控制轧制，ⅰ阶段奥氏体再结晶区，轧制温度为1100℃，单道次压下量为25%，累计压下率为48%；ⅱ阶段奥氏体未再结晶区，轧制温度为910℃，单道次压下量为20%，累计压下率为28%，终轧温度810℃；
（6）退火工序：将钢板吊入缓冷坑进行扩氢处理，钢板表面温度470℃，钢板在缓冷坑中扩氢处理温度630℃，升降温速度45℃/h，钢板保温时间80h，钢板总在炉时间155h，钢板出炉温度160℃，出炉后空冷；
（7）热处理工序：淬火温度840℃，保温时间2.0min/mm，并辅以淬火水槽加速冷却；回火温度620℃，保温时间1.8min/mm。
本实施例电渣成材调质水电用钢板sxq500d-z35的力学性能：屈服强度455mpa，抗拉强度662mpa，延伸率24%，-20℃纵向冲击功235j、227j、229j，-20℃横向冲击功215j、222j、223j，z向性能52%、55%、63%；钢板低倍组织疏松和偏析级别≤1.0级，满足用于大型水轮机组对低合金特厚钢板的要求。
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。