[发明专利]一种高断裂韧性低时效敏感性海上风电用钢及其生产方法

说明书

本发明提供了一种高断裂韧性低时效敏感性海上风电用钢，属于钢铁材料技术领域，所述海上风电用钢的化学成分以质量分数计为：C：0.040～0.070％、Si：0.20～0.30％、Mn：1.30～1.60％、P≤0.010％、S≤0.003％、Ni：0.10～0.20％、Nb：0.015～0.025％、Ti：0.01～0.02％，Mo：0.05～0.15％，N≤0.005％，其余为Fe和不可避免杂质。所述海上风电用钢断裂韧性高，时效敏感性低，有利于提升海上风电用钢的安全性。本发明还提供了一种高断裂韧性低时效敏感性海上风电用钢的生产方法。

技术领域

本发明属于钢铁材料技术领域，涉及一种高断裂韧性低时效敏感性海上风电用钢及其生产方法。

背景技术

随着世界风力发电技术的快速发展，风电机组朝着大型化、高效率的方向发展。风电机组单机容量持续增大的趋势带来了风电塔架的持续增高，而风电塔架高度的增加势必带来其重量和所受风载的增大，因此对风电用钢的厚度和强度提出了更高的要求；同时，风电塔筒在制作过程中，需要进行卷曲的冷变形，钢铁材料在经受一定的冷变形后导致钢板的强度升高，塑性及韧性降低，为了保证塔筒的安全性，要求钢板具有较低的时效敏感性；此外，塔筒不仅要承受风机叶轮捕捉到风能，还要承受设备不同部位温度变化造成的热应力和设备本身的重量及风力直接作用在设备上所产生的载荷，因此对制作后塔筒的断裂韧性提出了较高的要求，如DNV RP2Z标准对钢板焊接接头的CTOD性能要求在-10℃下＞0.25mm。因此，为提高海上风电运行的安全性，迫切需要开发具有较好断裂韧性和低时效敏感性的大厚度海上风电用钢。

高断裂韧性是指对脆性裂纹形成的抵抗能力或者是对已有脆性裂纹扩展的抵抗能力，其中已有脆性裂纹可以是组织缺陷中产生的疲劳裂纹生长到一定尺寸之后，当外部施加一定的盈利之后，由生长的疲劳裂纹产生脆性裂纹。而材料抵抗脆性裂纹形成和扩展的能力是使用BS 7448标准或ASTM 1209标准中规定的CTOD(裂纹尖端张开位移)试验方法来进行测试。

当前的高断裂韧性钢板的技术，如日本JFE钢铁的《多层焊接接头CTOD特性优良的厚钢板及其制造方法》，采用TMCP工艺生产的钢板进行多道次焊接，利用析出物和小的夹杂物在焊接过程中抑制粗晶区长大，从而改善了钢板焊后焊接接头的CTOD性能，钢板的屈服强度≥500MPa，且合金元素含量较高，导致成本高；宝钢在《具有优良焊接接头CTOD性能的超高强度海洋工程用钢及其制造方法》一文中，提及到一种采用调质工艺生产690MPa高断裂韧性钢板的生产方法；韩国浦项钢铁《具有优异的低温冲击韧性和CTOD特性的厚钢板及其制造方法》一文中，提及到一种采用TMCP工艺生产420MPa级高断裂韧性钢板的方法，钢板合金含量较高，且未对焊后钢板的CTOD进行研究。

钢板在实施冷变形，经过一段时间后，将发生自然时效，造成钢材的强度和屈强比提高，韧性下降，称之为应变时效。而作为风电用钢塔筒在成型过程中需要进行卷筒的冷加工过程，后在钢板的服役过程中要求钢板仍能满足强度、塑性及韧性的要求，这就要求钢板具有较低的应变时效敏感性。当材料的应变时效敏感性较高时，应变时效后钢板的强度升高，且钢板的韧脆转变温度提高，在低温服役环境下，收到撞击或者塑性变形后，极易发生裂纹起裂、扩展甚至失稳断裂，对海上风电安全性造成比较严重的威胁，由此，要求海上风电用钢具有较低的应变时效敏感性。

当前低应变时效敏感性钢板的生产技术中，《一种低应变时效敏感性焊接结构用钢及其制备工艺》中采用C-Si-Mn-Nb-V-Ti成分设计，生产的H型钢，可满足-20℃的低应变时效敏感性的要求，未明确钢板的-40℃的低温时效敏感性；《一种低应变时效敏感性焊接结构用钢及其生产方法》中采用两阶段控轧工艺生产的460MPa级低屈强比及低时效敏感性钢板，且其时效敏感性仅明确至-20℃，未进一步论述钢板的-40℃时效敏感性；《一种抗低温应变时效脆性的超高强度船板及其生产方法》中采用TMCP工艺生产的460MPa级低应变时效敏感性钢板，钢板的低温时效敏感性可满足-60℃要求，但钢板最大厚度仅为50mm，无法满足大厚度海上风电用钢的要求。