一种低压缩比水电用钢板及其制备方法与流程

本发明涉及合金，具体涉及一种低压缩比水电用钢板及其制备方法。

背景技术：

1、为了满足减量化需求，水电站压力管道用钢板需要具备大厚度、高强度、高韧性以及易于焊接的要求，特别是岔管和月牙肋板在服役过程中需承受三向交变应力，因此需要采用特厚钢板，这同时对钢板的心部韧性以及z向性能提出了更高的要求。因此，这些特厚钢板的板坯通常采用模铸钢锭或电渣重熔的方法进行生产，进而造成价格高昂且生产周期长的问题，这对水电站的建设产生了很大的影响。为了克服价格高昂且生产周期长的问题，可以采用普通连铸坯生产大厚度水电用钢板，但采用普通连铸坯生产大厚度水电用钢板时，由于压缩比不足，变形无法渗透到心部，因此容易导致中心裂纹无法焊合、晶粒粗大，从而造成探伤不合格和中心冲击值低的问题。

2、中国专利文献cn114134407a公开了一种易焊接心部低温韧性优良的蜗壳用钢板及其制造方法，其采用超低c并辅以ni、mo、nb微合金化的成分体系和淬火+回火工艺，生产成品厚度为60-100 mm的超厚水电站用高强钢板，然而其钢板具有较高的压缩比且强度较低。因此，如何在低压缩比的条件下采用常规连铸板坯生产高强度且具有优良内部质量的大厚度水电用钢板是中厚板产品研发的一个难题。

技术实现思路

1、因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有普通连铸坯工艺由于压缩比限制，难以生产出高强度且具有优良内部质量的大厚度水电用钢板的缺陷，从而提供解决上述问题的一种低压缩比水电用钢板及其制备方法。

2、为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种低压缩比水电用钢板的制备方法，包括如下步骤：

4、1）采用低压缩比水电用钢板的化学成分配比进行冶炼、连铸得到厚度≥300 mm的连铸坯；所述连铸坯中si≤0.1%；

5、2）将步骤1）中得到的连铸坯进行堆垛缓冷，装炉加热至1100-1150℃并保温370-420 min，再进行除磷处理得到板坯；所述板坯的中心偏析不高于c类0.5级，中心疏松不高于0.5级；

6、3）对步骤2）中得到的板坯进行一次快冷，通过一次快冷在厚度方向形成0.8-1.5℃/mm的温度梯度，一次快冷后进行第一阶段轧制获取中间坯，所述第一阶段轧制的单道次压下率≥12%且中间坯厚度≥245 mm；随后对中间坯进行二次快冷，通过二次快冷在厚度方向形成0.5-0.8℃/mm的温度梯度，二次快冷后进行第二阶段轧制得到钢板；所述第二阶段轧制中至少两个道次的压下率≥18%，末道次的压下率为3-7%；钢板的压缩比为2.3-3.2；

7、4）对步骤3）中得到的钢板进行水冷、回火和空冷制得低压缩比水电用钢板。

8、优选的，所述堆垛缓冷至连铸坯温度为300℃以下。

9、优选的，所述一次快冷至板坯的表面温度为1000℃-1030℃，快冷速度为10-15℃/s；

10、和/或，所述二次快冷至中间坯的表面温度为770℃-820℃，快冷速度为3-5℃/s。

11、优选的，所述冶炼步骤包括：kr脱硫、转炉冶炼、lf精炼、rh处理和浇注。

12、优选的，所述第一阶段轧后返红温度≥1010℃；

13、和/或，所述第二阶段轧制的终轧温度为780℃-810℃。

14、优选的，所述水冷的冷却速度为6-10℃/s，水冷的终冷温度≤200℃，水冷后钢板中为针状铁素体、板条贝氏体和马奥复相组织。

15、优选的，所述回火温度为600-670℃，回火的保温系数为2.5-3.0 min/mm。

16、优选的，所述低压缩比水电用钢板的厚度为100-140 mm。

17、本发明还提供一种低压缩比水电用钢板，其由上述的低压缩比水电用钢板的制备方法制备得到。

18、具体的，以质量百分数计，所述低压缩比水电用钢板的化学成分包括：c：0.04-0.06%，si：≤0.1%，mn：1.15-1.35%，cr：0.1-0.25%，ni：0.10-0.25%，mo：0.15-0.3%，cu：0.15-0.35%，v：0.035-0.055%，nb：0.01-0.025%，al：0.02-0.04%，ti：0.01-0.03%，b：0.0006-0.0012%，其余为fe和不可避免的杂质；同时满足：碳当量ceq≤0.41%；冷裂纹敏感指数pcm≤0.21%。碳当量计算公式为ceq=c+mn/6+si/24+ni/40+cr/5+mo/4+v/14；冷裂纹敏感指数计算公式为pcm=c+si/30+(mn+cu+cr)/20+ni/60+mo/15+v/10+5b。

19、优选的，所述低压缩比水电用钢板的抗拉强度≥620 mpa；

20、和/或，所述低压缩比水电用钢板在-40℃下厚度中心冲击值≥150 j；

21、和/或，以体积百分比计，所述低压缩比水电用钢板中针状铁素体的含量为12-20%，回火贝氏体的含量为25-40%，粒状贝氏体的含量为40-55%；

22、和/或，所述杂质包括h≤0.00015%，p≤0.010%，s≤0.002%，o≤0.0025%，n≤0.005%。

23、本发明采用低偏析成分设计，结合强度、钢板的厚度及低裂纹敏感性的需要，采用cr、ni、mo及微合金强化手段，并通过kr脱硫、lf精炼等手段，获得具有良好低倍组织的连铸坯，减轻了中心疏松、裂纹等缺陷。

24、在成分优化的基础上，通过控制轧制和热处理工艺优化，最终获得包括针状铁素体含量为12-20%，回火贝氏体含量为25-40%，粒状贝氏体组织含量为40-55%的钢板，满足610cf要求，厚度中心处-40℃冲击值≥150 j，冷裂纹敏感指数pcm≤0.21%，探伤满足nb/t47013中1级标准，中心无缺陷且具有良好的低温韧性。在压缩比为2.3-3.2的情况下，也能够满足水电钢在野外施工方面的要求，综合性能优异。

25、本发明技术方案，具有如下优点：

26、1、一种低压缩比水电用钢板的制备方法，包括如下步骤：1）采用低压缩比水电用钢板的化学成分配比进行冶炼、连铸得到厚度≥300 mm的连铸坯；所述连铸坯中si≤0.1%；2）将步骤1）中得到的连铸坯进行堆垛缓冷，装炉加热至1100-1150℃并保温370-420 min，再进行除磷处理得到板坯；所述板坯的中心偏析不高于c类0.5级，中心疏松不高于0.5级；3）对步骤2）中得到的板坯进行一次快冷，通过一次快冷在厚度方向形成0.8-1.5℃/mm的温度梯度，一次快冷后进行第一阶段轧制获取中间坯，所述第一阶段轧制的单道次压下率≥12%且中间坯厚度≥245 mm；随后对中间坯进行二次快冷，通过二次快冷在厚度方向形成0.5-0.8℃/mm的温度梯度，二次快冷后进行第二阶段轧制得到钢板；所述第二阶段轧制中至少两个道次的压下率≥18%，末道次的压下率为3-7%；钢板的压缩比为2.3-3.2；4）对步骤3）中得到的钢板进行水冷、回火和空冷制得低压缩比水电用钢板。本方法采用低压缩比水电用钢板的原料进行冶炼获得良好的低倍组织，减轻了中心疏松、裂纹等缺陷。具体的：

27、根据低压缩比水电用钢板的原料化学成分设计方案获得300 mm以上厚度的连铸坯，将所述连铸坯进行堆垛缓冷，然后装炉加热，加热至1100-1150℃保温370-420 min；利用低温长时间加热，保证板坯充分烧透的同时保证奥氏体不过分长大，避免轧制过程中因板坯烧不透出现翘扣头，保证最终产品的板形和性能；

28、出炉后进行除磷处理，连铸坯的低si设计保证了除磷的效果，为后续板坯的均匀冷却提供了保障；除磷后进行一次快冷，快冷后进行第一阶段轧制获得中间坯；所述第一阶段轧制的单道次压下率≥12%且中间坯厚度≥245 mm；第一阶段轧制属于奥氏体再结晶区轧制，为了消除压下量小、变形不渗透的缺点，通过快速冷却厚度方向形成0.8-1.5℃/mm的温度梯度，使变形集中在板坯心部，该步骤对低压缩比生产钢板提升探伤性能至关重要；

29、随后对中间坯进行二次快冷，通过二次快冷在厚度方向形成0.5-0.8℃/mm的温度梯度，二次快冷后进行第二阶段轧制得到钢板；第二阶段轧制属于未再结晶区轧制，通过累计变形使奥氏体扁平，获得更大的表面积。所述第二阶段轧制中至少两个道次的压下率≥18%，末道次的压下率为3-7%；钢板的压缩比为2.3-3.2；中间坯的厚度对改善钢板的冲击韧性具有重要的作用，该阶段利用较小的冷却速率，获得厚度方向0.5-0.8℃/mm的温度梯度，大压下轧制使厚度方向均匀变形，改善了厚度中心的冲击韧性；末道次进行小压下量，可以保证板形，防止产生浪形及其导致的冷却不均；最后对钢板进行水冷、回火和空冷制得低压缩比水电用钢板。回火的过程主要是保证消除大颗粒的马奥复相组织，降低其对冲击韧性的影响；

30、本发明方法通过控制连铸坯质量，配合轧制工艺优化，在压缩比2.3-3.2的情况下，获得的钢板探伤满足nb/t47013中1级标准，中心无缺陷且具有良好的低温韧性。

31、2．本发明的一种低压缩比水电用钢板，采用低偏析成分设计，结合强度、钢板的厚度及低裂纹敏感性的需要，获取低压缩比水电用钢板的原料化学成分设计方案；其中，所述低压缩比水电用钢板的化学成分以质量百分数计包括：c：0.04-0.06%，si：≤0.1%，mn：1.15-1.35%，cr：0.1-0.25%，ni：0.10-0.25%，mo：0.15-0.3%，cu：0.15-0.35%，v：0.035-0.055%，nb：0.01-0.025%，al：0.02-0.04%，ti：0.01-0.03%，b：0.0006-0.0012%，其余为fe和不可避免的杂质，所述杂质包括h≤0.00015%，p≤0.010%，s≤0.002%，o≤0.0025%，n≤0.005%，同时满足：碳当量ceq=c+mn/6+si/24+ni/40+cr/5+mo/4+v/14≤0.41%；冷裂纹敏感指数pcm=c+si/30+(mn+cu+cr)/20+ni/60+mo/15+v/10+5b≤0.21%；本发明制得的低压缩比水电用钢板的裂纹敏感系数较低，抗拉强度≥650 mpa，探伤满足nb/t47013中1级标准，-40℃钢板厚度中心冲击值≥150 j，中心无裂纹缺陷且具有良好的低温韧性，即使在低压缩比的情况下，满足水电钢在野外施工方面的要求；

32、其中，本发明的低压缩比水电用钢板各化学成分的优化机理如下：

33、c、mn：这两种元素都是提高钢板强度和淬透性的重要组成部分；水电用钢板需野外作业，对碳当量和冷裂纹敏感系数均有非常高的要求；为了兼顾钢板的强度和良好的焊接性能，本发明c含量控制在0.04-0.06%之间，mn含量控制在1.15-1.35%之间；

34、si：si作为脱氧元素，同时通过固溶强化提高材料的强度，但si对板坯的表面除磷也有不利影响，因此，本发明将si含量控制在si≤0.1%；

35、cr、mo：cr和mo都可以有效提高材料的淬透性，同时扩展回火的工艺窗口，有利于工艺窗口的扩大，对大厚度钢板的中心淬透性有重要的影响；然而，如果含量过高，会大幅提升材料的裂纹敏感性和碳当量，降低焊接热影响区的韧性；因此，本发明将cr含量控制在0.1-0.25%、mo含量控制在0.15-0.3%；

36、cu：cu在钢中产生强烈的析出强化作用，可以在保持强度的同时，获得优良的低温韧性；cu的析出强化可以有效的消除高温回火过程中组织软化导致的强度损失；但cu含量过高时，容易造成板坯的表面裂纹，降低焊接性能，因此本发明将cu控制在0.15-0.35%；

37、ni：ni在钢中为纯固溶元素，具有明显的降低冷脆转折温度的作用；ni通过在晶粒内的吸附作用细化铁素体晶粒，提高钢的冲击韧性；同时，ni与cu的合理搭配，有利于减轻cu导致的表面裂纹，但同时ni作为贵重金属，成本高昂，在满足使用要求的情况下应尽量降低ni的使用量；所以本发明中ni控制在0.10-0.25%；

38、b：mo-b共同作用有利于提高钢的淬透性，提高钢的强度，但过量的b元素向奥氏体晶界偏析，在晶界上析出大量的碳化物fe23(bc)6，强化了晶界，使晶界难于变形，不利于冲击性能；所以本发明中b控制在0.0006-0.0012%；

39、ti、nb、v：作为微合金元素，ti可以显著的抑制加热过程中晶粒的长大，弱化表面横微裂纹的产生，同时作为nb的形核质点，对nb的析出强化具有积极的作用；nb对轧制后细化晶粒、焊接过程中促进针状铁素生成具有重要的作用；高温回火过程中，v（c、n）的析出对回火稳定性具有重要的作用。但含量过高时会对延伸率、屈强比造成不利影响，所以本发明将v控制在0.035-0.055%、nb控制在0.01-0.025%、al控制在0.02-0.04%、ti控制在0.01-0.03%。