本發(fā)明屬于鋼鐵生產，尤其涉及一種大尺度厚規(guī)格800mpa級高強韌水電鋼板及其制備方法。

背景技術：

1、隨著全球能源結構的轉型與對清潔能源需求的增長，水力發(fā)電作為一種可再生且清潔的能源形式，已在全球范圍內得到廣泛應用和推廣。水電工程，尤其是大型水電站和抽水蓄能電站的建設，對材料的要求越來越高，特別是對高強度、高韌性水電鋼板的需求顯著增加。在水電工程中，鋼板主要用于制造引水壓力管道、岔管、蝸殼及機組等關鍵核心部件。隨著水電站建設向更高水頭和更大機組容量的發(fā)展，對鋼板的強度級別提出了更高的要求。在大尺寸厚規(guī)格條件下實現(xiàn)抗拉強度達到800mpa級且具備良好的強韌性能成為關鍵技術挑戰(zhàn)。

2、然而，傳統(tǒng)的800mpa級水電鋼板在強度提升的同時往往韌性不足，或者在厚規(guī)格生產時難以保證內部組織均勻性和性能穩(wěn)定性。為了解決這些問題，國內外研究機構和企業(yè)進行了大量研究與開發(fā)，力求探索出更高效的生產方法，以提升生產效率并降低成本。

3、中國專利cn111826580a公開了超厚規(guī)格大型水電站用高強度易焊接鋼板及高效低成本生產方法，鋼板拋丸后進行離線調質熱處理，生產工藝成本較高且鋼板強度僅達到600mpa級，無法保證結構的安全性和耐久性，難以滿足大容量水電站建設的需求。

4、中國專利cn116904847a公開了一種心部韌性優(yōu)異的厚規(guī)格800mpa水電鋼及其制造方法，該專利通過特定的化學成分設計和生產工藝的優(yōu)化，解決了厚規(guī)格800mpa水電鋼心部韌性的問題，但水電工程中可能會依據(jù)不同的結構部位和使用環(huán)境，對鋼材有不同的性能要求，對于一些需要更高耐腐蝕性的特殊部位，該鋼材無法滿足要求。

5、中國專利cn114293110a公開了一種厚規(guī)格800mpa級水電鋼及其高效低成本生產方法，該方法軋后需長時間(不小于48小時)堆垛緩冷，后進行離線調質處理，淬火需要特殊設置且結構復雜，故而雖然制備的鋼板強度可以達到800mpa級，但是富余量較小，厚度僅為40～65mm，且生產效率較低。

6、中國專利cn118389945a公開了一種抽水蓄能電站用800mpa級水電鋼及制備方法，該方法采用了低合金成分設計，但在lf精煉和連鑄步驟中操作復雜且不利于大批量生產，強塑積較低，低溫沖擊功也較低，而且只做了-40℃時的低溫沖擊實驗，無法判斷在更低溫度時的性能。

7、中國專利cn106521358a公開了一種抗拉強度800mpa水電鋼的生產方法，該方法需要對坯型進行設計，均勻化處理后進行粗軋和精軋，粗軋的總道次壓下率較高，精軋的總道次壓下率較低，水冷的冷卻速率也較低，即雖然經(jīng)過了淬火和回火工藝，但是平均抗拉強度不到800mpa，平均延伸率為19％，強塑積較低，低溫沖擊功也較低。

8、因此，現(xiàn)亟需提供一種大尺度厚規(guī)格800mpa級高強韌水電鋼板及其制備方法，用以解決現(xiàn)有水電用鋼出現(xiàn)的鋼板強度不夠、工藝復雜、生產效率低等不利于工業(yè)生產實踐的問題。

技術實現(xiàn)思路

1、針對上述技術問題，本發(fā)明提出了一種大尺度厚規(guī)格800mpa級高強韌水電鋼板及其制備方法，通過本發(fā)明限定的化學組成和制備方法制備得到的鋼板兼具高強度、高韌性、高延伸率的性能，且該制備方法生產效率高，適用范圍廣。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：

3、本發(fā)明技術方案之一：

4、一種大尺寸厚規(guī)格800mpa級高強韌水電鋼板，按質量百分數(shù)計，化學組成為：c：0.06～0.12％，mn：0.80～1.50％，si：0.12～0.30％，cu：0.2～0.3％，cr：0.3～0.6％，mo：0.3～0.6％，b：0.0012～0.0020％，ti：0.008～0.016％，nb：0.015～0.040％，alt：0.025～0.060％，ni：1.80～2.50％，p≤0.01％，s≤0.003％，余量為fe和其他不可避免的雜質元素。

5、有益效果：本發(fā)明添加了適量的合金元素鉻、鎳、鉬，這些合金元素不僅可以提高鋼板的韌性，還可以與鋼材中的鐵形成一種穩(wěn)定的氧化層，提高鋼材的耐腐蝕性能，更好的應用于水電工程的實際場景。其中，本發(fā)明公開的高強韌水電鋼板中化學組成含有合金元素b，其可以提高淬透性，其作用機理是：微量b固溶于高溫奧氏體中，冷卻過程中在奧氏體晶界偏聚，抑制晶界鐵素體形核，從而提高鋼的淬透性，尤其是使低冷速條件下的淬透性大大提高。但是，鋼中的b屬于活潑元素，易與n結合形成穩(wěn)定的bn，這些bn在淬火溫度下不溶解，奧氏體中固溶的有效b含量減少，降低了b對淬透性的提高作用。因此需要添加氮化物形成元素，固定n元素，保持b在奧氏體中的固溶量，從而提高淬透性。其中，ti、al等強氮化物形成元素，能在不同程度上起到固定n的作用。合金元素ti、al、b是鋼中的強氮化物形成元素，它們與n的結合能力由強到弱為tin、bn、aln。在含b鋼中添加ti元素，鋼中的n將優(yōu)先析出tin或ti(c,n)，析出開始溫度一般高達1400℃以上，遠遠高出bn的析出開始溫度。隨著溫度的降低，tin中的固n比例會隨之升高，從而極大地固定了鋼中的n，阻止bn的形成，使奧氏體中有效的b固溶含量增加，達到提高淬透性的目的。

6、可選的，所述大尺寸厚規(guī)格800mpa級高強韌水電鋼板，按質量百分數(shù)計，化學組成為：c：0.06％，mn：1.5％，si：0.12％，cu：0.27％，cr：0.3％，mo：0.51％，b：0.0020％，ti：0.009％，nb：0.015％，alt：0.051％，ni：1.80％，余量為fe和其他不可避免的雜質。

7、可選的，所述尺寸厚規(guī)格800mpa級高強韌水電鋼板，按質量百分數(shù)計，化學組成為：c：0.09％，mn：1.25％，si：0.2％，cu：0.3％，cr：0.6％，mo：0.3％，b：0.0017％，ti：0.008％，nb：0.04％，alt：0.060％，ni：2.16％，p≤0.01％，s≤0.003％，余量為fe和其他不可避免的雜質。

8、可選的，所述尺寸厚規(guī)格800mpa級高強韌水電鋼板，按質量百分數(shù)計，化學組成為：c：0.12％，mn：0.80％，si：0.30％，cu：0.2％，cr：0.46％，mo：0.6％，b：0.0012％，ti：0.016％，nb：0.029％，alt：0.025％，ni：2.50％，p≤0.01％，s≤0.003％，余量為fe和其他不可避免的雜質。

9、可選的，所述尺寸厚規(guī)格800mpa級高強韌水電鋼板，按質量百分數(shù)計，化學組成為：c：0.10％，mn：1.12％，si：0.23％，cu：0.22％，cr：0.39％，mo：0.47％，b：0.0015％，ti：0.013％，nb：0.033％，alt：0.047％，ni：2.36％，p≤0.01％，s≤0.003％，余量為fe和其他不可避免的雜質。

10、可選的，所述尺寸厚規(guī)格800mpa級高強韌水電鋼板的厚度為90～140mm；其金相組織均為回火索氏體，平均有效晶粒尺寸小于8.5μm。

11、可選的，所述大尺寸厚規(guī)格800mpa級高強韌水電鋼板的屈服強度為792～843mpa，抗拉強度為837～882mpa，延伸率為19.6～22.6％，強塑積為16.512～18.396gpa·％，-40℃的沖擊功＞210j，-60℃的沖擊功＞170j。

12、本發(fā)明技術方案之二：

13、一種大尺寸厚規(guī)格800mpa級高強韌水電鋼板的制備方法，包括以下步驟：

14、按照上述化學組成用量，進行原料(如含金屬的礦石、廢料或中間產物，其中中間產物為鋼水、鋼坯、微合金化元素的中間化合物或廢鋼回收的再利用產物)的配料和稱重；

15、將所述原料熔煉得到鐵水后，依次進行熱處理、轉爐冶煉和板坯連鑄，得到水電鋼連鑄坯；

16、將所述水電鋼連鑄坯再依次進行均熱化處理、兩階段控溫熱軋制和水冷淬火(在線淬火)后進行回火快冷，制備得到所述大尺寸厚規(guī)格800mpa級高強韌水電鋼板；

17、其中，所述轉爐冶煉包括sgrs工藝脫磷、lf精煉和rh真空脫氣。

18、進一步，所述sgrs工藝脫磷的具體過程為：

19、將鐵水裝入轉爐中，開展脫磷吹煉；隨著吹煉進行，在溫度升高至對脫磷不利前(即1450℃～1550℃)倒出部分爐渣，之后將爐渣加入下一輪的脫磷吹煉過程，循環(huán)往復。

20、進一步，所述lf精煉過程為：

21、(1)前期提溫化渣階段(10～15min)：使用中高檔位化渣，注意埋弧和控制除塵蓋開度(控制在40％～60％)，以及采用全程控氬模式進行底吹氣體；

22、(2)泡沫渣形成前進行小電流(20～25ka)小電壓(150～200v)操作：隨后逐步提高電流(30～40ka)和電壓(200～300v)；

23、(3)lf爐精煉白渣后的合金化操作：依次加入鋁線、鈦鐵合金、鋯鐵合金和硼鐵合金，調整鋼水中元素的含量，并繼續(xù)送電3～5min；其中，上述步驟中，原料配料和稱重雖然可以大致控制鋼水成分，但在實際冶煉過程中，由于原料成分波動、燒損等因素，鋼水的最終成分可能與目標值存在偏差。lf爐精煉階段是鋼水成分的最后調整機會，通過加入合金(鋁線、鈦鐵合金、鋯鐵合金和硼鐵合金)可以精確控制鋼水中的合金元素含量，確保鋼水成分滿足要求；在冶煉過程中多次取樣，使用光譜儀快速分析鋼水成分，根據(jù)分析結果及時調整；

24、(4)軟吹氬處理(20min)：促進夾雜物上浮，保證鋼水純凈度；

25、(5)最終檢查與吊包：確認各項指標合格后準備吊包。

26、進一步，所述rh真空脫氣過程為：

27、(1)準備階段：確保鋼包內渣面涌動且不露鋼水面，并檢查rh裝置的狀態(tài)；

28、(2)鋼水進入rh裝置：將鋼水轉移到rh處理位，并插入上升管和下降管；

29、(3)抽真空與凈循環(huán)：啟動真空泵，保持凈循環(huán)時間不少于10分鐘，以去除鋼水中的氣體；

30、(4)復合脫氧劑處理：在rh處理過程中添加復合脫氧劑，進行深脫氧及夾雜物改性處理；

31、(5)破空與靜置：緩慢恢復大氣壓，并在開澆(連鑄工藝的起始步驟)前靜置至少15分鐘，讓夾雜物上??；

32、(6)最終檢查與吊包：進行成分檢測和溫度調整，確認合格后準備吊包。

33、進一步，所述板坯連鑄過程中的條件為：鋼水過熱度在30℃以下，連鑄坯拉速為1.0m/min。

34、可選的，所述均熱化處理過程中的條件為：熱處理的溫度為1200～1250℃，時間為1.5～3h。

35、進一步，在所述均熱化處理后需用硬質顆粒與水混合除磷，去除氧化鐵皮。

36、更進一步，所述硬質顆粒與水混合除磷過程需使用一種連鑄坯除磷裝置，其包括除磷單元1、水箱3(用于盛放連鑄坯4)和除磷單元2。其中所述除磷單元1和除磷單元2分別位于水箱的上下方；

37、所述除磷單元1中包括攪拌器5，攪拌器用于將盛放在除磷單元1中的硬質顆粒和水攪拌成均勻束流，并將硬質顆粒和水噴射到連鑄坯上以除磷；所述除磷單元2中盛放有水。具體工作原理為：硬質顆粒具有圓滑的表面，高壓水攜帶的硬質顆粒可以提高介質的打擊力，增加除磷效果并減少用水量，減小連鑄坯的溫降。在除磷之后，利用水箱下側區(qū)域的水流吹掃細砂、鋼丸等硬質顆粒，無需其它附加設備，工藝簡單。

38、可選的，所述兩階段控溫熱軋制包括粗軋階段和精軋階段。

39、進一步，所述粗軋階段是在奧氏體再結晶區(qū)、分兩道次進行軋制，粗軋階段累積壓下率為50～60％，終軋溫度為1000～1100℃，粗軋獲得中間坯的厚度為160～250mm。

40、進一步，所述精軋階段是在奧氏體未再結晶區(qū)、分兩道次進行軋制，精軋階段累積壓下率為44～50％，終軋溫度為850～900℃，精軋獲得中間坯的厚度為90～140mm。

41、有益效果：本發(fā)明采用兩階段的控溫熱軋制，第一階段不高于60％的壓下量粗軋、第二階段高于44％的壓下量精軋，能夠為后續(xù)的高富余量抗拉強度、高低溫沖擊韌性、高延伸率奠定堅實的基礎。

42、可選的，所述水冷淬火采用的是超快冷技術，其參數(shù)條件為：開冷溫度為780～830℃，終冷溫度600～640℃，冷卻速度為15～35℃/s。

43、可選的，所述回火快冷過程為：將鋼板加熱到600～680℃，鋼板心部達到爐溫后保溫90～120min；出爐后快速水冷至室溫。

44、有益效果：本發(fā)明采用超快冷技術進行水冷，其原理是通過快速冷卻使鋼中的奧氏體組織轉變?yōu)轳R氏體或貝氏體組織，從而提高鋼材的強度和硬度。在短時間內實現(xiàn)較大的冷卻速度，可有效抑制奧氏體晶粒長大，細化組織，并且可以使鋼材獲得更好的強韌性匹配。在線淬火，改善堆垛緩冷的方法，減少了中間周轉環(huán)節(jié)，節(jié)省了人力物力以及時間。在回火水冷過程中，回火后快速水冷，有助于保持回火后的組織狀態(tài)。這種熱處理工藝可以大大提高厚規(guī)格水電用鋼板心部沖擊韌性，可顯著提高厚規(guī)格鋼板心部沖擊性能和穩(wěn)定性。

45、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點和技術效果：

46、相對于其他傳統(tǒng)方法，本發(fā)明通過限定“坯料冶煉+連鑄+均勻化+兩階段控軋+在線淬火+回火水冷”的短流程的制備過程，實現(xiàn)了鋼板同時具備高強度、高低溫沖擊韌性與高延伸率的性能，能夠滿足水電用鋼對高強度、高低溫沖擊韌性、高延伸率的要求且兼顧水電用鋼的應用場景，具有較好的耐腐蝕性能。此外，本發(fā)明制備方法生產效率高、影響因素簡單、適用范圍廣，利于工業(yè)大規(guī)模生產和推廣。