本發(fā)明屬于鋼鐵冶金領域，具體涉及海上風電管樁用特厚、單重大、厚度公差小、平直度良好的EH36鋼及其制備方法。

背景技術：

風電作為一種可再生能源，被視為清潔能源的未來。風力發(fā)電為家庭和企業(yè)提供清潔能源，減少氣候變化碳污染，增加國標經濟競爭力。由于持續(xù)的低價格、更高效的風力渦輪機、全球范圍內快速增長的需求，在未來數十年內，國內風能市場保持強勁。

為了降低海上風電項目的均化發(fā)電成本，風機尺寸不斷增大。風機越大需要配套的設施要求就越嚴格，由于海上風電機在近海、淺海、深海等苛刻的環(huán)境中使用，對其制造材料要求也極高，要求具備高強度，抗層狀撕裂、耐低溫、耐腐蝕、易焊接。目前風電安裝的基本部分，仍然由傳統材料鋼鐵焊接而成。風機越大，塔筒內徑越大，需要的鋼板越厚，為了節(jié)省焊接量，希望鋼板單重越大越好。為了盡可能滿足大風機的大內徑的需求，一般沿垂直于鋼板軋向的方向卷取、焊接制成管，也就是，管樁卷取的方向為鋼板的軋向，為了盡可能減少焊接應力，要求鋼板具有良好的平直度，特別是垂直于鋼板軋向的橫向?？紤]到風機的安全運轉，還嚴格要求鋼板的厚度公差。因而生產該技術要求的鋼板，存在如下幾個難點：一、在保證特厚EH36鋼板強韌性的基礎上，需要滿足風電管樁部位鋼板的厚度精度。二、在保證鋼板的強韌性的基礎上要保證鋼板的平直度。中國專利CN102899569A，通過（控軋控冷）0TMCP+正火的方法獲得了一種超低溫韌性優(yōu)異的海上風電用寬厚鋼板制造方法，其性能達到了S355G8+N的性能要求。但該技術沒有研究鋼板平直度、厚度公差、大單重等系列關系到用戶使用的重要技術指標。

技術實現要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題是針對上述現有技術提供一種特厚、單重大、高強度、高沖擊韌性、厚度公差小、平直度良好的表面無缺陷的海上風電管樁用90～120mm 的EH36鋼板。

本發(fā)明解決上述問題所采用的技術方案為：一種海上風電管樁用特厚EH36鋼，化學成分按質量百分比計為C：0.15～0.18%，Si：0.15～0.30%，Mn：1.40～1.60%，P：≤0.0070%，S：≤0.0030%，Nb：0.050～0.070%，V：0.015～0.030%，Ti：0.008～0.020%，Al：0.030～0.050%，Ni：0.15～0.40%，Cr：0.10～0.20%，余量為Fe及不可避免的雜質元素。

該鋼板的化學成分進一步優(yōu)選為，C：0.16%，Si：0.20%，Mn：1.50%，P：≤0.0070%，S：≤0.0030%，Nb：0.065%，V：0.020%，Al：0.035%，Ni：0.30%，Cr：0.10%，Ti：0.015%，余量為Fe及不可避免的雜質元素。

本申請鋼板的屈服強度：370-410MPa，抗拉強度：550-580MPa，延伸率≥21%，-40℃下厚度1/4處、1/2處夏比沖擊功≥120J。鋼板無分層，裂紋缺陷，探傷結果滿足En10160 S3E4級要求，鋼板表面無氣泡、結疤、裂紋、拉裂、折疊、夾雜和壓入氧化鐵皮。鋼板單重達28-33噸，表面不平度達到每米≤5mm，鋼板寬度方向整體不平度每米≤3mm，厚度公差穩(wěn)定保持在公差為T_-0^+2mm。

本發(fā)明海上風電管樁用特厚EH36鋼板的化學成分是這樣確定的：

C的加入可以增加鋼的淬透性，特別是中厚板生產，可以顯著提高正火鋼的強度，但是C含量過多不利于鋼的超低溫沖擊性能、低溫應變時效性能、焊接性能以及耐蝕性能，所以本發(fā)明中碳含量控制為低碳控制，介于0.15～0.18%。

Si主要用于脫氧，雖要依據不同的冶煉方式來確定其加入量，但要獲得良好的鋼板性能，必須在0.15%以上，考慮到氧化鐵皮中但若超過0.30%以上易形成硅鋁尖晶石，不易去除，影響鋼板整體厚度公差測量值。又會造成心部偏析以及破壞焊接性能，所以規(guī)定其上限為0.30%。

Mn在所述鋼中具有推遲奧氏體向鐵素體轉變的作用，對細化鐵素體，提高強度和韌性有利。當錳的含量較低，上述作用不顯著，鋼板強度和韌性偏低等。過高則又會引起連鑄坯偏析、韌性差和可焊性降低，同時船級社規(guī)范要求錳含量上限為1.60%等，故本發(fā)明中考慮到合金的綜合加入，規(guī)定錳含量加入量介于1.40～1.60%的范圍內。

Nb的溶質拖曳作用和Nb(C,N)對奧氏體晶界的釘扎作用，均抑制形變奧氏體的再結晶，擴大奧氏體非再結晶區(qū)間，減少特厚板生產待溫時間。并在冷卻或回火時形成析出物，從而使強度和韌性均得到提高，可以很好的抑制軋后鋼板因冷卻不足晶粒粗化的現象，還可以提高鋼的耐蝕性能。添加量小于0.050%時效果不明顯，大于0.070%時韌性降低，導致連鑄坯產生表面裂紋。因此，本發(fā)明規(guī)定鈮含量應介于0.050～0.070%的范圍內。

V是鋼的優(yōu)良脫氧劑，是有效的細化晶粒元素，提高鋼的強度和韌性。在正火鋼中，V屬于析出強化元素，同時有益于厚板在緩冷過程中擴氫。綜合考慮到船級社船規(guī)中細化晶粒元素Nb+V+Ti≤0.12%，因而結合Nb的加入量，考慮到厚板中低壓縮比鋼對連鑄坯中心偏析的負面影響。而V又是強偏析元素，顧不可多加入，因此，本發(fā)明規(guī)定釩含量應介于0.015～0.030%的范圍內。

Al是用來固定鋼中的氮元素，是利用Al細化替代微元素的Ti的加入，以防止Ti與其它元素如Nb、O、N復合析出，形成棱形的堅硬大型夾雜物等，導致沖擊性能不穩(wěn)定。同時，Al含量過高，容易導致結晶器冒口堵塞，以及大型含Al氧化物的形成。本發(fā)明中，規(guī)定鋁含量介于0.030～0.050%。

Ni是提高鋼淬透性的元素，也是有效提高鋼的低溫韌性的最常用元素。此外，與鋼中殘余Cr、P復合作用，將有助于提高鋼的耐腐蝕性，但是船級社規(guī)范規(guī)定上限0.40%，為了不超出船級社規(guī)范規(guī)定。故在本發(fā)明中，規(guī)定鎳含量介于0.15～0.40%。

Cr是提高鋼淬透性的元素，能夠抑制多邊形鐵素體和珠光體的形成，促進低溫組織貝氏體或馬氏體的轉變，提高鋼的強度。但Cr含量過高將影響鋼的韌性，并引起回火脆性，船級社規(guī)范要求不超過0.20%。故本發(fā)明中鉻含量控制在0.10～0.20%。

P雖能提高耐蝕性，但會降低低溫韌性和影響鋼板的可焊性，對結構鋼是不適當的，本發(fā)明規(guī)定其控制在0.0070%以下。

S形成MnS夾雜物，也會導致中心偏析，對耐蝕性也有不良影響，發(fā)明規(guī)定在其控制在0.0030%以下。

考慮海上風電管樁用鋼板，要求鋼板厚度大、單重大、強度高、沖擊韌性高、厚度公差小，具有良好的平直度以及表面無缺陷的高標準要求，本發(fā)明主要以C-Mn-Cr-Ni-Cu等淬透性元素為合金體系，結合微合金Nb、V、Ti等有效析出，細化晶粒。其外，還在成分設計中考慮了影響氧化鐵皮形成的元素，如Si、Al、Ni、Cr的含量控制，以減少鋼板因表面麻點、麻坑、凹坑等表面缺陷影響鋼板整板的各測量點的厚度公差。添加相對高的Nb以及適量的V，通過其在鋼板軋后空氣冷卻（非ACC冷卻）或者正火后冷卻過程中析出，釘軋鐵素體晶粒三角晶界、晶界、晶內來限制鐵素體的快速長大，添加V同時有助于鋼坯、鋼板中殘余H的析出，通過Ti加入，改善鋼板的焊接性能。

本發(fā)明的另一目的是提供上述海上風電管樁用特厚EH36鋼的制備方法，步驟包括：

冶煉工藝：采用鐵水預處理，KR深脫硫，硫含量低于0.0020%，采用轉爐冶煉，出鋼過程進行15～20min底吹氬氣、氮氣，采用RH或VD真空脫氣處理以及LF處理，盡可能降低有害元素O、N、H、S、P含量，進行微合金化，然后鑄坯，連鑄坯厚度為360～450mm；

軋制工藝：連鑄坯與成品厚度的壓縮比≥3，采用控軋工藝，連鑄坯再加熱溫度1180～1250℃，加熱時間0.8～1.5min/mm，采用粗軋和精軋兩階段控制軋制，粗軋的開軋溫度介于1050-1100℃，粗軋后三道次單道次壓下率≥15%，粗軋后所得中間坯的厚度為1.4～2.0倍于成品厚度；通過加入足量的Nb，并結合更高的精軋開軋溫度850～900℃，總軋制道次為8～16道次，軋后采用空氣冷卻，軋制完成之后不經過ACC機組進行加速冷卻，空冷過程中通過Nb在鋼板軋后空氣冷卻（非ACC冷卻）過程中析出，釘軋鐵素體晶粒三角晶界、晶界、晶內來限制鐵素體的快速長大，V同時有助于鋼坯、鋼板中殘余H的析出釋放；

熱矯工藝：軋后鋼板在600-700℃進行溫矯，溫矯主要對鋼板頭部、尾部矯直。無論鋼板是否平直，都需要經過熱矯處理。高溫矯直有助于減輕軋制過程中鋼板頭尾溫度低、中間溫度高而導致的鋼板內應力；

正火熱處理工藝：熱矯后鋼板送入連續(xù)爐作正火處理，連續(xù)爐正火溫度為880-920℃，鋼板進爐至出爐時間為1.6-2.2min/mm。

本發(fā)明結合海上風電企業(yè)定單的基礎上進行批量生產海上風電管樁用90-120mm特厚EH36鋼板，通過足夠的強度和韌性來保證海工裝備的穩(wěn)定性和安全性，并且較好的可維護性。在受到強外力的作用下，仍保持鋼材相應的性能，不至于被破壞。成分在滿足船級社要求，通過軋制控制及正火處理，鋼板厚度方向上組織性能均勻，無明顯的組織差異。通過工藝上的調整來控制鋼板平直度，使鋼板不平度達到每米≤5mm，鋼板寬度方向不平度每米≤3mm。避免因鋼板不平度的原因導致焊接應力升高而使焊縫薄弱區(qū)出現裂縫，結合可靠焊接技術的基礎上，保證海洋工程用EH36特厚鋼板具有非常好的焊接性能，保證海上風電機結構的安全，避免重大事故發(fā)生，提供了惡劣環(huán)境中使用的安全材質。通過本發(fā)明，批量生產的海上風電管樁用90-120mm特厚EH36鋼板按CCS《材料與焊接規(guī)范》測量方法，鋼板厚度穩(wěn)定保持在公差為T_-0^+2mm。

本發(fā)明具有如下特點：

1、本發(fā)明主要以C-Mn-Cr-Ni-Cu等淬透性元素為合金體系，增加鋼板的淬透性，結合微合金Nb、V、Ti等有效析出，細化晶粒，實現軋后不澆水，使得鋼板可以保證平直度。

2、本發(fā)明的制造工藝摒棄了傳統海上風電用EH36鋼TMCP+正火的制造方式，作為替代，配合C-Mn-Cr-Ni-Cu合金體系，以及軋制大壓下量，本發(fā)明采用控軋+正火的方式，軋后不澆水，少一道控制工序，節(jié)省成本，降低控制難度。

3、本發(fā)明限定了鋼板的高溫熱矯工藝，無論鋼板是否平直，都經過熱矯處理。有助于減輕軋制過程中鋼板頭尾溫度低、中間溫度高而導致的鋼板內應力。

4、本發(fā)明生產海上風電管樁用EH36鋼板生產流程簡單，生產工藝穩(wěn)定，生產工藝窗口大，與傳統的TMCP+正火的鋼板，單重大、平直度優(yōu)良，厚度公差小，性能穩(wěn)定，易于后期卷取焊接。

與現有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：通過簡單而合理的成分設計，采用控軋+正火的方式代替?zhèn)鹘y海上風電用EH36鋼TMCP+正火的方式，配合設置軋制道次數和限定粗軋單道次壓下量，以及軋后無論鋼板是否平直，增加鋼板矯頭、矯尾的熱矯工藝，獲得一種特厚、單重大、高強度、高沖擊韌性、厚度公差小，平直度好，表面無缺陷的海上風電管樁用90-120mm EH36鋼板。其中屈服強度介于370-410MPa，抗拉強度介于550-580MPa的范圍，延伸率≥21，-40℃下厚度1/4處、1/2處夏比沖擊功≥100J。鋼板材質均勻，無分層，裂紋等缺陷。探傷結果滿足En10160 S3E4級要求。鋼板表面無氣泡、結疤、裂紋、拉裂、折疊、夾雜和壓入氧化鐵皮。鋼板表面不平度達到每米≤5mm，鋼板寬度方向整體不平度≤3mm，厚度公差穩(wěn)定保持在公差為T_-0^+2mm。該生產流程簡單，生產工藝穩(wěn)定，生產工藝窗口大，可以推廣應用至其它特厚高強度鋼如高層建筑用鋼、橋梁用鋼、結構鋼、壓力容器鋼等。

附圖說明

圖1是在金相顯微鏡下，實施例典型組織（實施例4）鋼板厚度1/4處組織，為鐵素體珠光體組織，碳化物彌散分布于晶界與晶內；

圖2是在金相顯微鏡下，實施例典型組織（實施例4）鋼板厚度1/2處組織，為鐵素體珠光體組織，與厚度1/4處晶粒尺寸相當。

具體實施方式

以下結合附圖實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。

本發(fā)明海洋工程用特厚RH36鋼的生產工藝流程為：轉爐->LF精煉->RH真空脫氣->Ca處理->連鑄->鑄坯脫氫處理->加熱->軋制->空氣冷卻->高溫熱矯直->正火。

本發(fā)明實施例1-6的一種海上風電管樁用特厚EH36鋼及其制備方法，包括如下步驟：

（1）冶煉：采用150噸轉爐冶煉，然后送入LF爐進行精煉并經過RH真空脫氣處理，破空進行Ca處理，成分控制見表1。

（2）連鑄：將冶煉的鋼水澆鑄成360mm-450mm厚的連鑄坯。澆鑄溫度控制在液相線以上10-25℃。澆鑄過程中實施動態(tài)輕壓下。

（3）鑄坯擴氫處理：連鑄板坯加罩緩冷擴氫，在罩時間為48小時。

（4）軋制：將步驟（3）所得連鑄坯放入步進式加熱爐，加熱至1180-1250℃，加熱時間為0.8～1.5min/mm，使鋼中的合金元素充分固溶以保證最終產品的成份及性能的均勻性。鋼坯出爐后經粗軋+精軋兩階段控制軋制。粗軋的開軋溫度介于1050-1100℃，采用大壓下量軋制，粗軋后三道道次壓下率≥15%。待溫厚度1.4～2.0倍于成品厚度。精軋開軋溫度介于850-900℃?？傑堉频来螢?～16道次，軋后采用空氣冷卻。軋制完成之后不經過ACC機組進行噴水加速冷卻，連鑄工藝參數見表2。

（5）熱矯：將步驟（4）所得鋼板在600-700℃高溫下進行溫矯，溫矯主要對鋼板頭部、尾部矯直。

（6）正火：將步驟（5）所得鋼板送入連續(xù)爐，正火溫度為880-920℃，鋼板進爐至出爐時間為1.6-2.2min/mm。

（6）對正火后的鋼板進行橫向拉伸、縱向沖擊及整板不平度、厚度公差的檢測。

具體成分、工藝參數見表1、表2。

各實例鋼板對應的性能見表3。

其中屈服強度介于370-410MPa，抗拉強度介于550-580MPa的范圍，延伸率≥21%，-40℃下厚度1/4處、1/2處夏比沖擊功≥120J。

鋼板外觀尺寸見表4。鋼板厚度90-120mm，單重介于28-33噸。板型十分良好，通過控制鋼板不平度，其中鋼板表面不平度達到每米≤5mm，鋼板寬度方向整體不平度每米≤3mm，避免因鋼板不平度的問題導致焊接應力，使焊縫薄弱區(qū)出現裂縫，結合可靠的焊接技術上，保證海洋工程用EH36特厚鋼板具有非常好的焊接性能，保證海上風電機的結構的安全，避免災難性事故發(fā)生。在滿足2015 CCS《材料與焊接規(guī)范》中鋼板所有測量點的數值不低于鋼板名義厚度，也就是在滿足GB/T709-2006標準C類標準基礎上，穩(wěn)定保持在公差為T_-0^+2mm。鋼板材質均勻，無分層，裂紋等缺陷。探傷結果滿足En10160 S3E4級要求。鋼板表面無氣泡、結疤、裂紋、拉裂、折疊、夾雜和壓入氧化鐵皮。

圖1、2給出了實施例典型的微觀組織照片。成品鋼板的微觀組織為鐵素體珠光體組織，碳化物彌散分布于晶界與晶內。鐵素體晶粒尺寸介于5-15um?？梢姡ㄟ^合理的成分設計進行控軋+正火，如此大厚度的鋼板，晶粒沒有粗化。在滿足鋼板強度的同時，充分保證了鋼板的低溫沖擊韌性。

表1 實施例海上風電管樁用EH36鋼板的化學成分（wt%）

表2 軋制工藝控制

表3本發(fā)明實施例拉伸、沖擊性能

表4 本發(fā)明實施例鋼板的厚度及平直度

除上述實施例外，本發(fā)明還包括有其他實施方式，凡采用等同變換或者等效替換方式形成的技術方案，均應落入本發(fā)明權利要求的保護范圍之內。