一种420MPa级风电法兰用钢及其制备方法技术

本发明专利技术属于低合金高强度结构钢技术领域，具体涉及一种420MPa级风电法兰用钢及其制备方法。按化学成分质量百分比计，所述风电法兰用钢为：C：0.16～0.20％、Si：0.20～0.40％、Mn：1.40～1.60％、P：≤0.015％、S：≤0.005％、V：0.08～0.12％、Nb：0.020～0.060％、Al：0.020～0.050％、Ti：≤0.005％、Cr：0.10～0.18％、Ni：≤0.40％、Cu：≤0.15％、As：≤0.015％、Sn：≤0.010％、Pb：≤0.010％、Sb：≤0.0050％、Bi：≤0.010％、[N]：50

【技术实现步骤摘要】
一种420MPa级风电法兰用钢及其制备方法


[0001]本专利技术属于低合金高强度结构钢
，具体涉及一种420MPa级风电法兰用钢及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着10MW+级海上风机的推出，风机大型化已经成为发展趋势，海上风电机组平均单机规模将达到10～12MW，中国风电装机容量将分别达到4亿和10亿千瓦，成为我国的五大电源之一。
[0003]超大型风机越来越受到国际业主的青睐，可以减少总体建设和维护成本。同时，海上风电对机组寿命要求越来越长，使用年限为25～30年以上。塔筒法兰作为基础构件，既要承载数百吨的主机重量，还要承受风力带来的复杂载荷，以及海上台风、高盐雾和高寒地区的极端低温等特殊环境，要求强度更高的同时，
‑
50℃低温韧性大于65J/cm2。目前海上风机法兰用钢主要是执行国标GB/T1591中Q345E以及EN10025中的S355系列，通常要求
‑
40℃低温韧性大于27J/cm2，其性能指标远远不能满足环境条件和使用寿命等要求。超大型及海上风机法兰质量关乎到风机的运行安全，高强度耐低温风电法兰用钢开发意义重大。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服上述问题，本专利技术提供了一种420MPa级高强度耐低温风电法兰用钢及其制备方法，本专利技术针对超大型及海上风机高寿命(25年以上)和高可靠性、耐低温冲击性能(
‑
50℃)使用要求，通过钢的合金化和制备工艺设计，提供了一种420MPa级高强度耐低温结构钢及其制备方法，本专利技术钢适用于风电塔筒法兰制备。
[0005]为达到上述目的，本专利技术提供一种420MPa级风电法兰用钢，通过合理的成分设计及工艺过程控制，提高材料的强度、低温性能。其化学成分质量百分比为：C：0.16～0.20％、Si：0.20～0.40％、Mn：1.40～1.60％、P：≤0.015％、S：≤0.005％、V：0.08～0.12％、Nb：0.020～0.060％、Al：0.020～0.050％、Ti：≤0.005％、Cr：0.10～0.18％、Ni：≤0.40％、Cu：≤0.15％、As：≤0.015％、Sn：≤0.010％、Pb：≤0.010％、Sb：≤0.0050％、Bi：≤0.010％、[N]：50
×
10
‑4％～100
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‑4％、[O]:≤15
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‑4％、[H]：≤1.5
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‑4％，其余为Fe和不可避免的杂质。
[0006]为了保证专利技术钢性能的稳定性，对主要化学成分元素C、Mn、Cr、Si及细化晶粒元素Nb、V进行综合控制，控制性能关联系数PCN，使得0.45％≤PCN≤0.50％，PCN＝C％+0.12Si％+0.15Mn％+0.22Cr％+0.20V％+0.25Nb％，设计性能ReL＝157+595PCN(MPa),Rm＝191+880PCN(MPa)。
[0007]热轧钢材或钢坯制得锻件正火后的强塑性指标达：屈服强度≥420MPa、抗拉强度520～680MPa，延伸率≥22％，冲击韧性(AKv，
‑
50℃)≥65J/cm2。
[0008]本专利技术的技术特点之一在于钢的成分设计。选用常用的低碳C
‑
Mn低合金结构钢为基础，添加V、Nb、N微合金化元素；严格控制钢中P、S、As、Sn、Pb、Sb、Bi有害元素含量，以及钢
中O、H气体含量。
[0009]碳是钢中最基本的强化元素，为保证钢的强度、低温韧性和焊接性能，控制C：0.16～0.20％；为保证Mn、Cr的固溶强化作用，控制Mn：1.40～1.60％，Cr：0.10～0.18％；硅是脱氧的主要元素，控制Si：0.20～0.40％；钒、铌是强的碳、氮化物形成元素，可提高钢的强度和韧性，为保证V、Nb的强化效果，并防止含量过高对钢的低温冲击韧性产生不利影响，控制V：0.08～0.12％，控制Nb：0.020～0.060％，控制N：0.0050～0.010％。采用Nb
‑
V
‑
N复合微合金化，形成具有不同的固溶、析出温度的V、Nb的碳、氮化物，这些V、Nb的碳、氮化物弥散的小颗粒能对奥氏体晶界起到固定作用，阻止了奥氏体晶粒的持续长大，能很好的实现不同的温度阶段持续细晶强化的作用。铝是钢中常用的脱氧剂，从保证钢液脱氧角度出发，控制Al：0.020～0.050％；Ti含量过高，析出的TiN会对低温韧性造成不利影响，且影响钢的疲劳寿命，控制Ti：≤0.005％；
[0010]另外，钢中有害元素P、S、As、Sn、Pb、Sb、Bi会提高钢的脆性转变温度，恶化钢的低温冲击性能，本专利技术严格控制钢中P：≤0.015％、S：≤0.005％、As：≤0.015％、Sn：≤0.010％、Pb：≤0.010％、Sb：≤0.0050％、Bi：≤0.010％；钢中气体含量会对钢的洁净度、氢致裂纹造成不利影响，为保证钢的可靠性和内部质量，控制钢中[O]≤15ppm、[H]≤1.5ppm。
[0011]在上述优化设计基础上，为保证钢的性能稳定一致，优选的，钢的组成按质量百分数为：
[0012]C：0.16～0.17％、Si：0.23～0.28％、Mn：1.45～1.48％、P：≤0.012％、S：≤0.003％、V：0.08～0.10％、Nb：0.03～0.04％、Al：0.022～0.032％、Ti：≤0.003％、Cr：0.14～0.17％、Ni：≤0.10％、Cu：≤0.10％、As：≤0.015％、Sn：≤0.010％、Pb：≤0.010％、Sb：≤0.0050％、Bi：≤0.010％、[N]：50
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‑4％、[O]:≤15
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‑4％、[H]：≤1.5
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‑4％，其余为Fe和不可避免的杂质。且对主要化学成分元素C、Mn、Cr、Si及细化晶粒元素Nb、V进行综合控制，控制性能关联系数PCN，使得0.45％≤PCN≤0.50％，
[0013]其中，PCN＝C％+0.12Si％+0.15Mn％+0.22Cr％+0.20V％+0.25Nb％，设计性能ReL＝157+595PCN(MPa),Rm＝191+880PCN(MPa)。
[0014]本专利技术的通过设计合理的生产工艺，提高钢的纯净度，严格控制钢中氧、氢含量，P、S及As、Sn、Pb、Sb、Bi有害元素含量，满足风电机组用钢高可靠性、耐低温冲击性能(
‑
50℃)使用要求。
[0015]本专利技术提供一种420MPa级风电法兰用钢的制备方法，包括以下步骤：
[0016](1)冶炼：出钢过程加入采用预脱氧工艺；
[0017](2)精炼：LF出钢前，喂入钙线进行轻钙变质处理；
[0018](3)浇本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种420MPa级风电法兰用钢，其特征在于，按化学成分质量百分比计，所述风电法兰用钢为：C：0.16～0.20％、Si：0.20～0.40％、Mn：1.40～1.60％、P：≤0.015％、S：≤0.005％、V：0.08～0.12％、Nb：0.020～0.060％、Al：0.020～0.050％、Ti：≤0.005％、Cr：0.10～0.18％、Ni：≤0.40％、Cu：≤0.15％、As：≤0.015％、Sn：≤0.010％、Pb：≤0.010％、Sb：≤0.0050％、Bi：≤0.010％、[N]：50
×
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‑4％～100
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‑4％、[O]:≤15
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‑4％、[H]：≤1.5
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‑4％，其余为Fe和不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的420MPa级风电法兰用钢，其特征在于，所述风电法兰用钢的控制性能关联系数PCN为0.45％≤PCN≤0.50％，其中，PCN＝C％+0.12Si％+0.15Mn％+0.22Cr％+0.20V％+0.25Nb％，设计性能ReL＝157+595PCN(MPa),Rm＝191+880PCN(MPa)。3.根据权利要求1所述的420MPa级风电法兰用钢，其特征在于，所述风电法兰用钢的屈服强度≥420Mpa，抗拉强度520～680MPa，延伸率≥22％，
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50℃下得冲击韧性≥65J/cm2。4.根据权利要求1所述的420MPa级风电法兰用钢，其特征在于，按化学成分质量百分比计，所述风电法兰用钢为：C：0.16～0.17％、Si：0.23～0.28％、Mn：1.45～1.48％、P：≤0.012％、S：≤0.003％、V：0.08～0.10％、Nb：0.03～0.04％、Al：0.022～0.032％、Ti：≤0.003％、Cr：0.14～0.17％、Ni：≤0.10％、Cu：≤0.10％、As：≤0.015％、Sn：≤0.010％、Pb：≤0.010％、Sb：≤0.0050％、Bi：≤0.010％、[N]：50
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‑4％...

【专利技术属性】
技术研发人员：戈文英，赵燕，赵冠夫，刘兵，
申请(专利权)人：山东钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：