低碳当量高韧性正火态特厚钢板的开发.doc

低碳当量高韧性正火态特厚钢板的开发
王彦锋杨永达李春智姜中行
(首钢技术研究院，北京100043)
摘要清洁能源需求和蕴藏在近海丰富的风能资源，极大推动了海上风电项目的发展，刺激了近海风电工程结构用特厚钢板的需求。由于该钢种的特殊服役条件，要求其具有-60℃心部和横向低温冲击韧性、低碳当量易焊接性能。本研究采用低碳含铜成分设计、特厚板轧制工艺等技术，开发了355MPa级别的海上风电用低碳当量高韧性正火态特厚钢板，并实现批量生产和海上风电工程的应用。
关键词特厚板正火低温韧性

引言
现代社会对清洁能源需求和蕴藏在近海丰富的风能资源，都极大推动了世界各国海上风电项目的发展，刺激了海上风电工程结构用特厚钢板的需求，特别是对用于建设近海风电工程结构的50～130mm厚度规格的355MPa级特厚钢板需求比例较大，主要用于塔架、管桩及法兰等。海洋能源设备主要利用潮汐、海流、波浪及海水温差进行能源开发，除要经受风、浪、流的冲击外，还要考虑台风、冰、地震等灾害性环境力的作用。服役条件决定钢板的性能特征，近海工程结构用钢必须具有良好的心部和横向低温冲击韧性、抗层状撕裂、低碳当量易焊性等特点。目前国内相关单位正在研究制定该系列钢板的国家标准，用户主要参照欧洲EN10225标准。
1．钢种成分与工艺设计
1.1成分设计
结合该类正火态钢板的质量要求和性能使用特点，钢板化学成分设计以低合金钢为基础，采用0.10%左右的碳，满足低碳当量要求（碳当量≤0.40%，Pcm≤0.21%）；并适当添加Nb、Ti微合金元素，添加微合金Nb、Ti元素可以阻止连铸坯加热和正火处理过程中原始奥氏体晶粒长大[1-2]，细化晶粒；采用Cu的时效析出强化作用提高钢板强度[3]，特别是可改善特厚板心部强度。
1.2工艺设计
由于该钢种在特殊服役条件下的规格和性能要求，采用300-400mm厚度的连铸坯和正火处理来保证钢板质量具有较大的优势。因此该系列钢板的工艺路线为：铁水预处理→100吨顶底复吹转炉→LF炉精炼→RH真空处理→400mm厚板坯连铸→加热炉→除鳞→4300mm轧制→精整→探伤→正火→检验→合格发货。
为改善钢板心部力学性能,粗轧过程中尽可能提高粗轧道次压下率,提高坯料心部形变量；另一方面,减少精轧阶段变形量，以减少低温形变对厚度方向组织不均匀的影响，精轧阶段主要起控制钢板尺寸精度的作用；为了提高特厚钢板心部横向低温冲击值，需要合理选择坯型，控制展宽比；轧制后钢板通过正火热处理，改善钢板厚度方向组织均匀性和心部冲击韧性。
2．试验结果
2.1试制成分和工艺
表1试制钢板的典型成分
钢种牌号C%Si%Mn%P%S%Nb%Ti%Cu%Ceq%S355G8+N0.10.351.450.0120.003适量适量适量0.38试制工艺：粗轧开轧温度1050～1100℃之间,精轧待温厚度大于成品板厚度20mm，再轧温度850～900℃,终轧温度800～850℃之间，钢板空冷后堆垛，探伤合格后进行正火处理，正火温度870-900℃，保温1.4min/mm。
2.2试制结果
在钢板1/4处取横向拉伸试样，在钢板心部取横向冲击试样，在0℃，-20℃，-40℃，-60℃下进行系列冲击。钢板屈服强度在375-416MPa之间，抗拉强度在488-513MPa之间，-60℃心部冲击功在124-209J之间，Z向断面收缩率48.5-79%之间，满足Z35的要求，典型性能指标如表2所示。
表2钢板力学性能
规格/mmReH/MPaRm/MPaA/%-60℃心部Akv/JZ向6041650936.518370.067.570.07039550534.017361.567.559.09039050332.514656.554.562.5图1为钢板心部横向冲击结果,显示开发钢的韧脆转变温度在-60℃以下。

图1典型规格钢板韧脆转变温度曲线
图2为厚90mm开发钢板的表面及心部组织，钢板表面及心部组织为铁素体+珠光体，正火后表面、1/4和心部晶粒得到细化，组织均匀，钢板1/4和心部晶粒度均在10级左右。对Z向拉伸试样进行扫描断口分析，图2-C为断口宏观

（a）1/4位置金相（b）1/2位置金相

（c）Z向拉伸断口宏观形貌（d）Z向拉伸断口微观形貌
图2试制的90mm厚钢板正火组织
形貌，断口边部有明显剪切唇，图2-D为断口微观形貌，断口内有大量的韧窝，未发现大颗粒硫化物存在，断口是典型的韧性断裂，Z向断面收缩率较高。
开发钢的试制结果表明，钢板厚度方向组织和性能均匀；通过采用合理的控轧和正火工艺，钢板强度、塑性、低温韧性及Z向性能优良,未随钢板厚度增加而明显降低；生产的低碳当量高韧性正火态特厚钢板的综合性能优良。
3讨论
3.1铜在厚规格正火态钢板生产中的作