[發明專利]一種低成本大線能量焊接高強度高韌性鋼板

有效

• 申請號: 201010173104.4
• 申請日: 2010-05-17
• 公開（公告）號: CN102251173A
• 公開（公告）日: 2011-11-23
• 發明（設計）人: 王巍;王煥榮;張所全;張國民
• 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
• 代理公司: 上海科琪專利代理有限責任公司 31117
• 代理人: 鄭明輝;張兆良

技術領域

????本發明涉及一種低合金高強度鋼，尤其涉及一種低成本大線能量焊接高強度高韌性鋼板。

?

背景技術

低合金鋼(包括微合金鋼)是工程應用領域使用量最大的結構材料之一，廣泛應用于石油天然氣管線、造船、橋梁、高層建筑、壓力容器、石油儲罐等行業。為了提高生產效率，上述行業對鋼板的焊接性，尤其是大線能量焊接性的要求越來越高，但大線能量焊接容易帶來一個比較嚴重的問題，即焊縫周圍焊接熱影響區(Heat?Affected?Zone?以下簡稱為HAZ)的韌性嚴重惡化，極易發生脆斷。對于傳統的鋼板如微合金鋼而言，其焊接線能量一般不超過50kJ/cm，在這種情況下，HAZ韌性惡化問題并未完全凸現出來，而當焊接線能量達到一定水平，如200kJ/cm以上甚至更高時，傳統低合金鋼就很難滿足焊接要求了，這就需要解決大線能量焊接HAZ脆化問題。從焊接熱循環角度看，在大線能量焊接過程中，HAZ附近的溫度可達1400^oC甚至更高，高溫停留時間以及t_8/5(溫度從800^oC冷卻到500^oC所需時間)冷卻時間大大延長，這就造成奧氏體晶粒顯著長大，在隨后的緩慢冷卻過程中形成粗大的對韌性不利的組織，如晶界處粗大的晶界鐵素體、側板條鐵素體、魏氏組織、M-A(Martensite-Austenite?constituent馬氏體-奧氏體)島等。

現有的大線能量焊接用鋼板中都不同程度的添加有Ni，Mo，Nb，V等貴金屬元素，如中國專利CN200410017255.5和中國專利CN200580012110.9在合金鋼中添加了大量的Ni，Mo，Nb，V等貴金屬元素，這些貴金屬元素雖然在一定程度上能夠提高大線能量焊接用鋼板的焊接性能，但是這些貴重金屬大大提高了生產成本；在焊接線能量方面，現有的大線能量焊接用鋼板中焊接線能量都較低，在50-150kJ/cm之間，且焊接熱模擬峰值溫度較低(通常在1350^oC)，焊接熱模擬t_8/5冷卻時間比較短，小于200s。中國專利CN200580012110.9雖然可以達到200-1000kJ/cm的焊接線能量，但從合金設計的角度看，添加的合金元素太多，如貴重金屬Ni的添加量至少0.8%，此外還不同程度的添加貴重金屬Nb，V，Mo等，而且該專利采用的是氧化物冶金工藝，其關鍵技術在于煉鋼過程，這也使得生產成本大大提高。

?

發明內容

本發明的目的在于提供一種低成本大線能量焊接高強度高韌性鋼板，該鋼板化學成分簡單，屈服強度和抗拉強度高，在200-400kJ/cm大線能量焊接的條件下，鋼板HAZ的-20^oC平均沖擊功達到200J以上。

一種低成本大線能量焊接高強度高韌性鋼板，以下均按重量百分比計，含有：0.06%＜C≤0.15%、0.05%＜Si≤0.25%、1.30%≤Mn＜1.80%、P＜0.01%、S＜0.005%、0.02%＜Al≤0.10%、0.006%≤N≤0.02%、0.005%＜Ti≤0.02%，其余量為Fe和不可避免的雜質，同時上述化學成分滿足：Ti/N≤3.42；

所述鋼板厚度為20-40mm，屈服強度達到400MPa以上，抗拉強度500MPa以上，適合焊接線能量在200-400kJ/cm范圍內的高強度高韌性鋼板，鋼板HAZ的-20^oC平均沖擊功在200J以上。

本發明一種低成本大線能量焊接高強度高韌性鋼板的生產工藝為：轉爐或電爐冶煉—真空爐二次精煉—鑄坯或鋼錠—鋼坯或鋼錠再加熱—TMCP(熱機械控制加工)+水中加速冷卻—鋼板。

本發明成分選擇依據：

(1)?碳是鋼中最基本的元素，對提高鋼的強度起到非常重要的作用，對鋼的屈服強度、抗拉強度等影響最大，但對鋼的焊接性不利。通常，鋼中碳含量(或碳當量)越高，鋼在焊接后的焊接HAZ韌性越差，特別是在大線能量焊接時尤其如此。因此，為了提高鋼板的大線能量焊接HAZ低溫韌性，鋼中碳的含量應盡量控制在較低的水平上。碳含量降低可有效地減少馬氏體-奧氏體組元的數量，而馬氏體-奧氏體組元對鋼的大線能量HAZ有著極為不利的作用。根據鋼板強度級別不同，可以對碳含量進行相應的調整，但碳含量不宜超過0.15%，因此將鋼中碳的添加量控制在0.06%＜C≤0.15%的范圍內。