[发明专利]一种高强度高韧性风电螺栓用钢的生产方法

说明书

本发明公开了一种高强度高韧性风电螺栓用钢的生产方法，控制钢中C 0.39～0.42％、Mo 0.21～0.25％、P≤0.015％、S≤0.010％，具体方法包括电炉冶炼、LF精炼、VD真空处理、连铸、轧制和热处理工序。以较高的Mo元素来提高材料强度并通过适当升高回火温度、降低P、S元素含量来提高材料韧性。冶炼过程加强去H控制，连铸过程通过对过热度、拉速及末端电磁搅拌参数的合理优化来减少铸坯低倍缺陷。轧制过程通过高温扩散工艺来均匀组织，并通过控轧控冷工艺来减轻材料带状组织，最后使得材料的综合性能得到了极大提高。

技术领域

本发明属于冶金领域，涉及一种高强度高韧性风电螺栓用钢的生产方法。

背景技术

风力发电是指把风的动能转为电能。风能是一种清洁无公害的可再生能源，很早就被人们利用，主要是通过风车来抽水、磨面等，人们感兴趣的是如何利用风来发电，风取之不尽，用之不竭。对于缺水、缺燃料和交通不便的沿海岛屿、草原牧区、山区和高原地带，因地制宜地利用风力发电，非常适合，大有可为，近年来，我国风电行业尤其是大容量的兆瓦级别大型风力发电机组得到快速发展，风电设备的高强度紧固件由于长期野外服役，环境恶劣，维修条件差，所以要求风机稳定性强。正常连续工作情况下，风电设备紧固件要求必须保证10年以上的使用寿命。

风电用钢高强度紧固件的制造工艺，从技术的角度涉及多学科，从生产的角度涉及各道工序，从管理的角度涉及多部门、多环节，从措施的角度涉及生产成本。风电用高强度螺栓通常选择10.9级以上强度。

风电用高强度螺栓在服役过程中除要求有足够的强度和塑性外，还要求有足够的韧性，韧性的评价往往采用冲击吸收功AK值来表征。在保证风电螺栓高强度的同时具有较高的低温韧性，同时高强度风电螺栓用钢具有氢脆敏感的特征，因此对成分设计、钢水中气体含量尤其是氢含量的控制、材料及组织的均匀性、热处理工艺均提出了较为严格的要求，如何克服上述困难，成为行业的一大难点。

发明内容

本发明的目的是提供高强度高韧性风电螺栓用钢的生产工艺，采用该工艺可以防止螺栓出现氢脆问题，同时获得高的强度与低温韧性。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种高强度高韧性风电螺栓用钢的生产方法，包括电炉冶炼、LF炉精炼、VD真空处理、连铸浇注、轧制和热处理工序，所述高强度高韧性风电螺栓用钢，按重量百分比其成分为：C 0.38～0.45％、Si 0.17～0.37％、Mn 0.50～0.80％、Cr 0.90～1.20％、Mo 0.15～0.25％、Al 0.020-0.060％、P≤0.030％、S≤0.030％、Cu≤0.20％，余量是Fe和不可避免的杂质；

电炉冶炼工序采用偏心底出钢电炉冶炼，控制铁水与废钢比例为9:1，入炉的铁水比的控制目的是利用冶炼过程中激烈的碳氧反应来去除钢水中的H，防止螺栓在使用过程中出现氢脆断裂现象，在该入炉铁水比的条件下，可实现将钢水中的H控制在4-7PPm。

控制电炉终点放钢：C≥0.15％、P≤0.012％，偏心底留钢出钢，禁止下氧化渣，目的是为防止下渣，减少对钢水污染。出钢过程加入脱氧材料(优选1.5kg/顿钢的铝饼)、造渣材料。

LF炉精炼前期(本申请中的LF炉精炼前期是指LF炉精炼的前15分钟)造高碱度渣进行钢水脱氧脱硫并用干燥的C粉和Al粉按照2:1的比例进行钢水扩散脱氧，总加入量1.30～1.70kg/吨钢的方式限定物料用量，LF炉精炼中后期(本申请中的LF炉精炼中后期是指LF炉精炼15分钟以后直至出钢)用FeSi粉0.50～0.60kg/吨钢进一步脱氧的同时提高渣中二氧化硅的比例，从而提高炉渣吸附夹杂物的能力，LF炉精炼结束前喂铝线，将铝调整至0.035％～0.050％，控制成品铝0.025％～0.035％左右。