[發(fā)明專利]大線能量焊接用厚鋼板的夾雜物控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010122508.0
• 申請(qǐng)日: 2010-03-11
• 公開（公告）號(hào): CN102191356A
• 公開（公告）日: 2011-09-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊健;祝凱;王睿之;沈建國
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 寶山鋼鐵股份有限公司
• 主分類號(hào): C21C7/06
• 分類號(hào): C21C7/06;B22D27/00
• 代理公司: 上海開祺知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31114
• 代理人: 竺明

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋼鐵冶金領(lǐng)域，特別涉及一種大線能量焊接用厚鋼板的夾雜物控制方法，在大線能量焊接用厚鋼板的冶煉過程中通過精確控制Mg脫氧時(shí)的氧位、采用合適的脫氧劑種類和添加方法，形成大量微細(xì)彌散分布和一定成分的夾雜物。這種夾雜物可以滿足厚鋼板提高大線能量焊接性能的要求。

背景技術(shù)

在造船、建筑、壓力容器、石油天然氣管線及海洋平臺(tái)等許多領(lǐng)域，提高厚鋼板焊接熱影響區(qū)的韌性已經(jīng)成為越來越迫切的要求。例如，在船舶工業(yè)中焊接是其制造工藝的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，焊接工時(shí)占建造總共工時(shí)的30％-40％左右。提高船板鋼的焊接性能，采用大線能量焊接工藝，可以提高焊接的效率，縮短造船周期和降低造船成本。

然而，在傳統(tǒng)厚鋼板的大線能量焊接過程中，焊接熱影響區(qū)的強(qiáng)度和韌性隨著焊接線能量的提高而大幅下降，因此防止焊接過程中熱影響區(qū)性能的惡化是開發(fā)大線能量焊接用鋼的關(guān)鍵。通常經(jīng)過TMCP工藝制造的具有微細(xì)組織結(jié)構(gòu)的厚鋼板經(jīng)過焊接熱循環(huán)之后，原來良好的組織結(jié)構(gòu)遭到破壞，奧氏體晶粒明顯長大，形成粗晶熱影響區(qū)，使大線能量焊接過程中焊接熱影響區(qū)的韌性降低。在粗晶熱影響區(qū)導(dǎo)致脆化的組織是冷卻過程中形成的粗大的晶界鐵素體、側(cè)板條鐵素體和上貝氏體，以及在晶界鐵素體近傍形成的珠光體、在側(cè)板條鐵素體的板條間形成的碳化物島狀M-A組元等。隨著舊奧氏體晶粒粒徑的增加，晶界鐵素體和側(cè)板條鐵素體等尺寸也相應(yīng)增大，焊接熱影響區(qū)的夏比沖擊功將顯著降低。

提高厚鋼板大線能量焊接性能的措施之一是細(xì)化焊接熱影響區(qū)的奧氏體晶粒。細(xì)化奧氏體晶粒的方法是利用在鋼材中彌散分布的微細(xì)夾雜物作為釘扎粒子，在焊接熱循環(huán)的過程中，釘扎奧氏體晶界的移動(dòng)，抑制奧氏體晶粒的長大。這樣就可以減小脆性組織晶界鐵素體和側(cè)板條鐵素體等的尺寸，達(dá)到改善焊接熱影響區(qū)韌性的目的。

提高焊接熱影響區(qū)韌性的措施之二是在焊接冷卻從奧氏體到鐵素體的相變過程中促進(jìn)晶內(nèi)針狀鐵素體的形成。這樣一方面可以通過針狀鐵素體的分割作用減小晶粒大小；另一方面，針狀鐵素體的韌性良好，有利于改善焊接熱影響區(qū)的韌性。

可以有效地發(fā)揮釘扎作用的粒子必須同時(shí)具備在鋼材中的分散性和焊接高溫下的穩(wěn)定性這兩種特性。Fe₃C、VC、TiC、NbC等碳化物粒子，以及AlN、TiN等氮化物粒子雖然可以在鋼材中微細(xì)分散，但是在焊接熱循環(huán)的融合線附近的溫度超過1400℃的高溫下，發(fā)生固溶或者長大，不能很好地抑制奧氏體晶粒的長大。Al₂O₃、Ti₂O₃等氧化物粒子，雖然在焊接熱循環(huán)的高溫下可以穩(wěn)定存在，不發(fā)生固溶，但是這些粒子粒徑較大，也不能很好地抑制奧氏體晶粒的長大。強(qiáng)脫氧劑Mg、Ca、REM等氧化物和硫化物粒子，尤其是Mg的氧化物粒子，同時(shí)具備在鋼材中的分散性和焊接高溫下的穩(wěn)定性這兩種特性，可以有效地釘扎奧氏體晶界的移動(dòng)，抑制奧氏體晶粒的長大。

能夠促進(jìn)晶內(nèi)鐵素體生長的夾雜物有許多種類。由于Mn的固態(tài)擴(kuò)散作用，在焊接的冷卻過程中，在MnS粒子的周圍將形成貧Mn層，這將提高該處的奧氏體-鐵素體相變轉(zhuǎn)化溫度，因此MnS粒子可以促進(jìn)晶內(nèi)鐵素體的生長。TiN粒子與鐵素體具有低能位相關(guān)系，也可以促進(jìn)晶內(nèi)鐵素體的生長。

因此，如何確定冶煉過程中生成微細(xì)夾雜物的工藝條件，并對(duì)鋼材中夾雜物的成分、粒徑、分布和數(shù)量進(jìn)行合理的控制，以抑制奧氏體晶粒長大和促進(jìn)晶內(nèi)鐵素體生長，成為提高厚鋼板大線能量焊接性能的關(guān)鍵。

日本專利JP3378433(児島明彥、渡辺義之、千々巖力雄：溶接熱影響部靭性の優(yōu)れた鋼板の製造方法，JP3378433，1996.4.12。)介紹了利用鋼中的MgO微粒改善厚鋼板焊接熱影響區(qū)韌性的方法，指出隨著鋼中Mg含量的提高，MgO粒子的數(shù)量大幅度增加，在焊接過程中高達(dá)1400℃加熱時(shí)，奧氏體晶粒的長大受到明顯的抑制。日本專利JP3476999(児島明彥、渡辺義之：溶接熱影響部靭性の優(yōu)れた鋼板，JP3476999，1996.5.21)將鋼材中的MgO夾雜分成納米級(jí)夾雜(50-500nm)和微米級(jí)夾雜(0.5-5μm)兩類，這兩類夾雜的數(shù)量隨著鋼中Mg含量的增高而顯著增加，可以顯著降低奧氏體晶粒的粒徑，并減小焊接熱影響區(qū)脆性組織晶界鐵素體和側(cè)板條鐵素體的尺寸，從而改善厚鋼板的大線能量焊接性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種大線能量焊接用厚鋼板的夾雜物控制方法，所形成的夾雜物在鋼材中微細(xì)彌散分布，可以滿足提高厚板大線能量焊接性能的要求。