一种水电工程用高强钢Q610CF及其生产方法

技术领域

本发明涉及到中厚板生产领域，具体涉及一种水电工程用高强钢Q610CF及其生产方法。

背景技术

水电钢610CF是用于制造大型水电工程蜗壳、过渡板及火电产品弹簧板等专用钢板。该钢种具有较高的强度和良好的冲击任性、较低的裂纹焊接敏感性指数等特点。近年来随着人们环保意识的提高，低碳、绿色、可持续发展的理念也不断深入人心，水电和风电作为清洁、环保、低碳的能源越来越被人们重视，随着水电行业的不断发展，对水电建设用钢的需求数量、质量和使用安全性都提出了更高的要求。

610CF作为水电建设中用量相对较大的钢种，目前国内钢企生产的610CF钢板均采用调质或TMCP+回火工艺生产，生产工艺复杂且生产周期长，生产效率低。如中国专利公开号CN106222557B，公开了一种高效低成本610MPa水电钢及其生产方法，但该方案钢板轧制后，快速冷却，终冷温度120-180℃，钢板仍需进行回火热处理，最终钢板组织为回火马氏体，一方面由于返红温度较低造成矫直难度大幅上升、板型无法满足要求，另一方面钢板需进行回火处理，生产周期较长、生产成本增加，不利于环保。

发明内容

为解决上述技术缺陷，本发明的目的在于提供一种水电工程用高强钢Q610CF，该钢板能不仅有效改善由于返红温度较低造成的矫直难度大幅上升，使板型满足要求，而且不需要热处理，能够缩短生产周期，降低生产成本。

本发明的另一目的是提供一种水电工程用高强钢Q610CF的生产方法。

为实现上述目的，本发明是通过以下方式实现的：一种水电工程用高强钢Q610CF，所述钢的厚度为20-50mm，包含如下质量百分比的化学成分(单位，wt％)：C：0.060～0.12、Si：0.15～0.40、Mn：1.10～1.60、P：≤0.012、S：≤0.005、Cr：0.4～1.00，Ni：0.25～0.60，Nb：0.030～0.050，Mo：0.15～0.65，Ti：0.015～0.022，B:0.0010～0.0020、Als：≤0.050，其它为Fe和残留元素；所述钢的本体组织包括70％～80％的贝氏体+15％～20％的铁素体+5％～10％的珠光体，屈服强度520～575MPa，抗拉强度630～730MPa，伸长率18％-25％，V型-100℃横向冲击功168～306J，5％应变时效-20℃横向冲击功143～286J。

上述水电工程用高强钢Q610CF的生产方法包括以下步骤：铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、真空精炼、浇铸、加热、轧制、控制冷却及缓冷，其中轧制及控制冷却工艺如下：

①一阶段开轧温度1100℃-1180℃，轧前对钢坯表层进行降温，将表面温度控制在980-1000℃，短时提高表层硬度，然后快速进入轧机进行轧制，控制道次压下量≥45mm，轧制过程，每道次打高压水继续保持表层硬度；

②一阶段轧制完毕，待钢坯整体均匀返红至980-1000℃，开始第二阶段轧制，道次压下量按10-30mm进行控制，此阶段轧制不再使用高压水，保证钢坯温度整体均匀；

③待中间坯达到成品厚度的2.0～3.0倍时，进入IC装置进行冷却，当温度≤900℃时，开始第三阶段轧制，累计压下率≥50％，终轧温度750～830℃；

④轧制结束后，钢板在辊道上弛豫10-20秒，然后进入ACC快冷装置进行冷却，冷却速度≥5℃/S，返红温度520-570℃，然后送往矫直机矫直。

本发明的有益效果在于：通过洁净钢冶炼及先进的三阶段轧制工艺，尤其是“高温、低速、大压下”轧制过程中，多次、短时的表层硬化处理，更有利于轧制力传递至钢坯芯部，使得铸坯内部偏析和疏松缺陷得到大幅改善，解决了目前大厚度铸坯生产厚板存在的中心疏松和偏析的难题，从轧制方面为生产高质量的水电高强钢提供了保证。

本发明结合轧制过程钢坯的温度特点，通过控制不同阶段的轧制压下量，使得铸坯不同厚度位置分别变形和组织细化，缓解了目前厚板不同厚度处的机械性能差异大的难题。

具体实施方式

本发明采用铁水预处理、转炉冶炼、浇铸，宽厚板轧机轧制的方法生产20-50mm厚新型水电用高强钢Q610CF。其工艺流程为：铁水预处理、顶底复吹转炉冶炼、LF炉精炼、真空脱气处理、铸坯堆冷24～36小时、加热、轧制、控制冷却、矫直、堆冷、精整、外检、探伤、入库。

实施方式如下：

(1)成分设计：所述20-50mm厚新型水电用高强钢Q610CF包含如下质量百分比的化学成分(单位，wt％)：C：0.060～0.12、Si：0.15～0.40、Mn：1.10～1.60、P：≤0.012、S：≤0.005、Cr：0.4～1.00，Ni：0.25～0.60，Nb：0.030～0.050，Mo：0.15～0.65，Ti：0.015～0.022，B:0.0010～0.0020、Als：≤0.050，其它为Fe和残留元素。

(2)铁水预处理工艺：通过喷吹石灰、搅拌脱硫后保证铁水S≤0.005％，同时做好铁水保温措施避免温降过快；

(3)转炉冶炼工艺：入炉铁水S≤0.005％、P≤0.030％，铁水温度≥1290℃，配优质废钢，加入造渣料，造渣碱度按2.5-4.0控制，出钢P≤0.010％，S≤0.010％，控制出钢过程钢水包中渣量；

(4)LF精炼工艺：精炼过程全程吹氩，吹氩强度根据具体情况适时调整，保证吹氩效果，加入精炼渣料造白渣，同时保证白渣保持时间≥20min，精炼结束加入钙线对钢水进行钙化处理；

(5)VD精炼工艺：VD真空度必须达到67Pa以下，保压≥13min，真空结束后向钢中吹氩气，强度以不翻腾为准，吹氩结束后加入适量覆盖剂，保证钢水温度；

(6)连铸工艺：浇钢前保证铸机设备状况良好，中包过热度15±10℃，按照250-350厚铸坯选择拉速，来保证厚板轧制压缩比要求和内部组织细化条件，浇铸过程开启电磁搅拌，全程保护浇铸。铸坯下线后要求堆冷≥24h。

(7)加热工艺:预热段温度850-1000℃，加热段温度1220-1240℃，保温段温度1200-1220℃，保温段时间＞40min，整体加热速度11-14min/cm。

(8)三阶段轧制：一阶段开轧温度1100℃-1180℃，轧前利用中间坯冷却装置对钢坯表层进行降温(表面温度控制在980-1000℃)，短时提高表层硬度(由于表层快速降温，钢坯中间温度变化较小，芯部温度相对高于表层，芯部更容易变形，表层由于硬度相对较高，更容易将轧制力传递至钢坯芯部)，然后快速进入轧机进行轧制，利用汉冶轧机单位面积轧制力大的优点，控制道次压下量≥45mm，同时压下过程，每道次打高压水继续保持表层硬度，使轧制力达到铸坯芯部，一方面促进铸坯芯部再结晶，为芯部晶粒细化奠定基础，另一方面使得大厚度铸坯内部偏析和缺陷得到大幅改善；

一阶段轧制完毕，待中间坯整体返红至980-1000℃，开始第二阶段轧制，道次压下量按10-30mm进行控制，此阶段轧制不再使用高压水，保证钢坯温度整体均匀，使轧制力达到钢坯厚度1/4位置，达到铸坯1/4位置发生再结晶和为晶粒细化创造条件；

当轧件达到成品厚度的2.0～3.0倍时，中间坯再次进入IC装置进行冷却，当温度≤900℃时，开始第三阶段轧制，累计压下率≥50％，为细化奥氏体晶粒提供更多的形核点，终轧温度750～830℃；

钢板轧制完毕后在辊道上弛豫10-20秒，一方面利用钢板内部碳化物析出达到析出强化和细晶强化的目的，另一方面利用弛豫过程产生的一部分先共析铁素体，达到提高钢板韧性和延性的效果。

(9)钢板弛豫结束后，进入ACC快冷装置进行冷却，冷却速度控制在≥5℃/S，返红温度控制在520-570℃，然后送往矫直机矫直。

(10)钢板矫直后及时下线堆冷，堆冷温度≥300℃，堆冷时间≥24h。通过缓冷，同时进一步促使钢板内部有害气体溢出。

机械力学性能分析

按三峡QJ/CTG 24—2015《大型水电工程高强度低焊接裂纹敏感性钢板技术条件》执行，机械性能具体见下表。

Q610CF钢板机械力学性能

本次试生产20-50mm厚度Q610CF共60批，各项性能指标均达到标准要求且富余量较大，其中屈服强度控制在520～575MPa，抗拉强度控制在630～730MPa，伸长率控制在18％-25％，V型-100℃横向冲击功控制在168～306J，5％应变时效-20℃横向冲击功控制在143～286J，完全达到Q610CF标准要求。

外检及探伤

所研制的钢板外检严格按照标准检验后，正品率100％，按GB/T2970进行探伤，其中达到一级标准的比例为90％，达到三级标准的比例为100％，达到了预期效果。