一种水电用钢板及其制备方法与流程

本技术涉及钢材制备，尤其涉及一种水电用钢板及其制备方法。

背景技术：

1、在传统能源日趋紧张的情况下，开发和利用新型能源已经成为全球性的焦点问题，因此水力发电作为一种清洁、高效、可再生的能源在世界多个国家都得到了广泛的应用和推广。同时抽水蓄能电站也是风能、太阳能等不稳定电源转化为稳定电源的关键。目前，水电站尤其是抽水蓄能电站的建设当中需要用到大量的600mpa、800mpa级别的水电钢板，主要用于制造水电站引水压力管道和岔管、蜗壳、机组等关键核心部件。未来，水电站建设会向着更高水头、更大机组容量方向发展，需要进一步提高钢板的强度级别。1000mpa级别钢板可以使现有结构用钢量降低20％，可以大幅降低施工量和建造成本，是未来水电钢的发展趋势。同时由于水电站建设需要在野外进行大量焊接施工，因此水电站建设用的1000mpa级别钢板需兼具良好的韧性性和焊接性能。

2、中国专利cn108315541b公开了一种不大于48mm厚1000mpa级水电用钢板的gb-q&t生产方法，采用300mm连铸坯，两阶段轧制后进行离线调质处理，钢板的屈服强度≥885mpa，抗拉强度为950～1130mpa，kv2≥140j；中国专利cn108359879b公开了一种不大于60mm厚1000mpa级水电用钢板的dq-t方法，采用320mm连铸坯，两阶段控制轧制后在线淬火+离线回火，钢板的屈服强度≥885mpa，抗拉强度为950～1130mpa，延伸率≥15％，kv2≥100j，同时焊接冷裂纹敏感性pcm≤0.29％；中国专利cn108193137b公开了一种不大于80mm厚1000mpa级水电用钢板的dq-q&t方法，采用320mm连铸坯，两阶段控制轧制后进行离线调质处理，钢板的屈服强度≥885mpa，抗拉强度为950～1130mpa，延伸率≥15％，kv2≥70j。中国专利cn108385034b公开了一种不大于100mm厚1000mpa级水电用钢板的lgb-q&t方法，采用320mm连铸坯，两阶段轧制及轧后水冷，后采用调质处理，钢板的屈服强度≥865mpa，抗拉强度为930～1110mpa，kv2≥47j。上述4个专利涉及的水电钢板抗拉强度级别都达到1000mpa。然而，上述4个专利涉及的水电钢板厚度规格均未超过100mm，同时，由于水电站的服役环境和施工环境对钢板的性能均匀性和焊接性要求极高，要求保证钢板1/4处和心部的强韧性达到相同等级，上述4个专利涉及的水电钢板均未提及如何保障钢板厚度心部力学性能和钢板焊接性能，如何设计钢板的组织使其满足水电用钢的特殊需求。

3、因此，如何在保证100mm～150mm厚度的1000mpa级别高强度水电用钢板的心部强韧性的基础上提高焊接性能，是当前急需解决的问题。

技术实现思路

1、本技术提供了一种水电用钢板及其制备方法，以解决现有100mm～150mm厚度的1000mpa级别高强度水电用钢板满足心部强韧性的基础上难以提高焊接性能的技术问题。

2、第一方面，本技术提供了一种水电用钢板，所述钢板的厚度为100mm～150mm，所述钢板的化学成分包括：c、si、mn、p、s、alt、cr、mo、cu、ni、v、b以及fe；其中，以质量分数计，

3、c的含量为0.04％～0.09％，si的含量为0.05％～0.25％，mn的含量为0.50％～1.50％，p的含量≤0.007％，s的含量≤0.003％，alt的含量为0.01％～0.05％，cr的含量为0.20％～0.80％，mo的含量为0.20％～0.70％，cu的含量为0.20％～2.50％，ni的含量为1.0％～5.0％，v的含量为0.08％～0.30％，b的含量≤0.0020％。

4、可选的，所述化学成分满足如下关系式：

5、[c]+[si]/30+[mn]/20+[cu]/20+[ni]/60+[cr]/20+[mo]/15+[v]/10+5[b]≤0.33％，

6、式中，[c]表示c的质量分数，[si]表示si的质量分数，[mn]表示mn的质量分数，[cu]表示cu的质量分数，[ni]表示ni的质量分数，[cr]表示cr的质量分数，[mo]表示mo的质量分数，[v]表示v的质量分数，[b]表示b的质量分数。

7、可选的，所述钢板的显微组织包括贝氏体以及马氏体；其中，所述贝氏体的体积分数为15％～35％，所述马氏体的体积分数为65％～85％，所述贝氏体及马氏体的板条宽度≤800nm，所述贝氏体及马氏体的板条束尺寸<5μm。

8、可选的，所述钢板的基体组织中弥散分布析出相粒子，所述析出相粒子包括v、ti的复合型碳化物以及cu析出粒子，所述析出相粒子的尺寸≤50nm。

9、可选的，所述钢板的厚度1/4位置和厚度1/2位置满足如下至少一种性能：屈服强度≥850mpa，抗拉强度≥950mpa，延伸率≥15％，-60℃冲击功kv2≥80j。

10、第二方面，本技术提供了一种第一方面中任意一项实施例所述的水电用钢板的制备方法，所述方法包括：

11、得到具有所述化学成分的铸坯；

12、对所述铸坯进行加热、两阶段轧制以及冷却，得到热轧板；

13、对所述热轧板进行调质热处理，得到水电用钢板。

14、可选的，所述调质热处理包括加热、淬火、回火以及冷却；其中，所述加热的温度为840℃～880℃，所述加热的保温时间为250min～375min，所述淬火的终止温度≤100℃，所述回火的温度为620℃～640℃，所述回火的保温时间为300min～450min，采用空冷进行所述冷却。

15、可选的，所述淬火的速率与所述加热后热轧板的温度满足如下关系：

16、若所述加热后热轧板的温度>500℃，则所述淬火的速率为0.5℃/s～15℃/s；

17、若所述加热后热轧板的温度为100℃～500℃，则所述淬火的速率为0.05℃/s～5.0℃/s；以及，

18、所述淬火的方式与所述热轧板的厚度满足如下关系：

19、若所述热轧板的厚度为100mm～120mm，则采用辊压式淬火机进行所述淬火；

20、若所述热轧板的厚度>120mm，则采用淬火池进行所述淬火。

21、可选的，所述加热的温度为1100℃～1200℃，所述加热的保温时间≥30min；和/或，所述两阶段轧制包括粗轧以及精轧，所述粗轧采用大压下方式，所述精轧的开轧温度为850℃～900℃，所述精轧的终轧温度为760℃～840℃，所述精轧的累计压下率为40％～70％。

22、可选的，所述冷却的开冷温度为730℃～810℃，所述冷却的终冷温度为100℃～350℃，所述冷却的速率为5℃/s～30℃/s。

23、本技术实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：

24、本技术提供了一种水电用钢板，通过在超低碳的基础上，采用低磷低硫和添加适量ni、cr、mo等微合金元素的成分设计，实现钢板的金相组织结构为贝氏体相变和马氏体，获得综合性能优异的组织，使钢板获得超高强度并兼具优良的低温韧性和焊接性能，同时改善了钢板尤其是厚规格钢板厚度方向的组织和性能均匀性。

技术特征：

1.一种水电用钢板，其特征在于，所述钢板的厚度为100mm～150mm，所述钢板的化学成分包括：c、si、mn、p、s、alt、cr、mo、cu、ni、v、b以及fe；其中，以质量分数计，

2.根据权利要求1所述的钢板，其特征在于，所述化学成分满足如下关系式：[c]+[si]/30+[mn]/20+[cu]/20+[ni]/60+[cr]/20+[mo]/15+[v]/10+5[b]≤0.33％，

3.根据权利要求1所述的钢板，其特征在于，所述钢板的显微组织包括贝氏体以及马氏体；其中，所述贝氏体的体积分数为15％～35％，所述马氏体的体积分数为65％～85％，所述贝氏体及马氏体的板条宽度≤800nm，所述贝氏体及马氏体的板条束尺寸<5μm。

4.根据权利要求1所述的钢板，其特征在于，所述钢板的基体组织中弥散分布析出相粒子，所述析出相粒子包括v、ti的复合型碳化物以及cu析出粒子，所述析出相粒子的尺寸≤50nm。

5.根据权利要求1所述的钢板，其特征在于，所述钢板的厚度1/4位置和厚度1/2位置满足如下至少一种性能：屈服强度≥850mpa，抗拉强度≥950mpa，延伸率≥15％，-60℃冲击功kv2≥80j。

6.一种权利要求1-5中任意一项所述的水电用钢板的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述调质热处理包括加热、淬火、回火以及冷却；其中，所述加热的温度为840℃～880℃，所述加热的保温时间为250min～375min，所述淬火的终止温度≤100℃，所述回火的温度为620℃～640℃，所述回火的保温时间为300min～450min，采用空冷进行所述冷却。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述淬火的速率与所述加热后热轧板的温度满足如下关系：

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述加热的温度为1100℃～1200℃，所述加热的保温时间≥30min；和/或，所述两阶段轧制包括粗轧以及精轧，所述粗轧采用大压下方式，所述精轧的开轧温度为850℃～900℃，所述精轧的终轧温度为760℃～840℃，所述精轧的累计压下率为40％～70％。

10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述冷却的开冷温度为730℃～810℃，所述冷却的终冷温度为100℃～350℃，所述冷却的速率为5℃/s～30℃/s。

技术总结
本发明提供了一种水电用钢板及其制备方法，属于钢材制备领域。所述钢板的厚度为100mm～150mm，所述钢板的化学成分包括：C、Si、Mn、P、S、Alt、Cr、Mo、Cu、Ni、V、B以及Fe；其中，以质量分数计，C的含量为0.04％～0.09％，Si的含量为0.05％～0.25％，Mn的含量为0.50％～1.50％，P的含量≤0.007％，S的含量≤0.003％，Alt的含量为0.01％～0.05％，Cr的含量为0.20％～0.80％，Mo的含量为0.20％～0.70％，Cu的含量为0.20％～2.50％，Ni的含量为1.0％～5.0％，V的含量为0.08％～0.30％，B的含量≤0.0020％。通过在超低碳的基础上，采用低磷低硫和添加适量Ni、Cr、Mo等微合金元素的成分设计，实现钢板的金相组织结构为贝氏体相变和马氏体，获得综合性能优异的组织，使钢板获得超高强度并兼具优良的低温韧性和焊接性能，同时改善了钢板尤其是厚规格钢板厚度方向的组织和性能均匀性。

技术研发人员：张苏渊,邹扬,刘洁,朱振华,马长文,杨年浩,张学峰,张跃飞,孙文才,王坤,王凤会,丁文华,狄国标,徐海卫,魏运飞,殷展鹏,冯超,代锦,王建
受保护的技术使用者：首钢集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5