[發明專利]一種適應大線能量焊接的鋼板及其制造方法

有效

• 申請號: 200810200239.8
• 申請日: 2008-09-23
• 公開（公告）號: CN101684534B
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 鄭慶;沈建國;馬志剛;吳扣根;劉自立;胡會軍;曹能
• 申請（專利權）人: 寶山鋼鐵股份有限公司
• 主分類號: C22C38/14
• 分類號: C22C38/14;C21C7/06;C21D8/02
• 代理公司: 上海三和萬國知識產權代理事務所 31230
• 代理人: 章鳴玉

技術領域

本發明涉及鋼鐵材料領域，具體地說，本發明涉及一種在大線能量焊接條件下具有高焊接熱影響區韌性的鋼板及其制造方法。?

背景技術

高強度低合金鋼厚板是一種重要的工程材料，廣泛應用于造船、海洋平臺、油氣管線、大橋、高層建筑、壓力容器以及機械制造等工業領域，其性能指標中既有力學性能要求，也有焊接性能要求，其中焊接性能特別是焊接熱影響區(HAZ)的韌性成為關系構件使用安全的一個重要指標。但經歷焊接熱循環以后，HAZ晶粒粗化將導致鋼材局部的低韌性，由于韌性反映了材料抵抗裂紋萌生和擴展的能力，低韌性意味著材料的使用安全存在風險，因此使焊接接頭部位和母材獲得相近的韌性(即等韌)一直是人們努力的目標。?

國外很早就注意到結構鋼厚板HAZ的低韌性，如德國標準DIN17102—81除了對鋼板的力學性能提出要求之外，還規范了HAZ的夏比沖擊性能，—20℃夏比沖擊功大于27J(橫向)或者47J(縱向)。與此相適應，在工藝技術方面，發展了結構鋼厚板的純凈化冶煉特別是降低鋼中的硫含量和對鋼水進行鈣處理，以及通過控軋控冷降低碳當量等技術，這些措施對于提高鋼的低溫沖擊性能有很好的效果。為保證焊接接頭的性能，還對焊接工藝和材料作了嚴格的規范，對于一些重要的構件如油氣管線，往往控制焊接的線能量輸入。但近年來，為了提高焊接效率，特別是隨著鋼板厚度和強度級別的提高，為保證一次成型以及焊縫質量，焊接時需要更大的熱量輸入，從較大線能量的埋弧自動焊(30—50kJ/cm)到大線能量的氣電焊、電渣焊，大線能量焊接工藝得到了較多的應用，特別是用于船板的焊接，單道次焊接線能量達到100kJ/cm甚至400kJ/cm以上，在焊接線能量輸入不斷提高的條件下，保證鋼板的焊接性能特別是HAZ的低溫韌性引起了特別的關注。?

在大線能量焊接條件下由材料自身原因所引起的接頭的低韌性可能源于以下因素：?

1、大的熱量輸入導致HAZ奧氏體晶粒的粗化，并將進一步得到粗大的常溫組織，?顯著提高鋼的脆性轉變溫度。?

2、因HAZ溫度梯度的升高和冷卻速度的降低，過冷奧氏體轉變后形成較多脆性組織如晶界鐵素體、MA組元等。?

3、粗大的或者硬脆性的夾雜物，這些夾雜物既包括鋼板中原有的較大顆粒夾雜物(如硅酸鈣、氧化鋁)，也包括鋼板中原有顆粒較小但在焊接過程中明顯粗化的夾雜物或者析出物(如TiN，Al₂O₃)，還包括某些硬脆性夾雜物如Al₂O₃或者鋁鎂尖晶石(MgO·Al₂O₃)等。研究表明，對于Al₂O₃夾雜物，即使5微米大小就有可能在其與基體界面形成應力集中引發脆斷。?

所以，為提高鋼板焊接接頭韌性，需要同時控制接頭得到細小的組織和減少出現粗大或者脆性的夾雜物，在大線能量焊接條件下，對此要求更為苛刻。?

現有大多數專利文獻涉及的大線能量焊接鋼板主要通過TMCP控制軋制技術從而提高鋼板抗大線能量焊接性能?？刂栖堉七^程之所以能夠得到非常細小的晶粒，是因為在控制軋制過程中形成的數十納米大小的析出物顆粒如碳化物、氮化物或者碳氮化物能夠釘扎位錯線的移動從而阻止晶界的遷移和晶粒的長大。但是，由于這些細小析出物的固溶溫度均較低，即使固溶溫度較高的TiN，在1400℃左右其數量也將明顯減少并粗化，因此，它們對位錯線的釘扎作用大為減弱。而在大線能量焊接條件下，熔合線的溫度可以達到1500℃，因缺乏析出物對位錯線的釘扎效果將導致奧氏體晶粒明顯粗化，導致鋼材的低韌性。?

很多高熔點的氧化物在1500℃甚至更高溫度下是穩定的，一些特定的氧化物還因為特殊的界面特性可以影響焊接冷卻過程中過冷奧氏體的轉變，從而可用于對HAZ的微觀組織進行控制。如美國專利文獻5,985,053提出采用含Ti和Mg的氧化物，粒度控制在5微米以下，這些夾雜物在500-800℃溫度區間能夠作為核心誘發針狀鐵素體組織，經焊接熱模擬(峰值溫度1400℃，500-800℃時間27秒)—20℃夏比沖擊功150J以上。但該焊接熱模擬工藝對應的線能量輸入僅40,000-60，00J/cm，還算不上大線能量，且該文獻未提供實物焊接的數據，無法評價鋼材在大線能量焊接條件下的接頭韌性。?