[發明專利]一種低碳當量焊接熱影響區韌性優異的厚鋼板及其制造方法

有效

• 申請號: 201310711812.2
• 申請日: 2013-12-20
• 公開（公告）號: CN103695776A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發明（設計）人: 楊健;高珊;馬志剛;祝凱;張才毅;王睿之;王俊凱;徐國棟
• 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;C22C38/58;C22C38/54;C22C33/04;C21D8/02
• 代理公司: 上海開祺知識產權代理有限公司 31114
• 代理人: 竺明

技術領域

本發明屬于鋼鐵冶金和鋼鐵材料領域，特別涉及一種低碳當量焊接熱影響區韌性優異的厚鋼板及其制造方法，厚鋼板板厚50～70mm，母材抗拉強度≥510MPa級，焊接線能量為200～400kJ/cm，焊接熱影響區在-40℃下的平均夏比沖擊功在100J以上，具有優異焊接熱影響區（HAZ）沖擊韌性，鋼材可以應用于造船、建筑、海洋平臺、橋梁、壓力容器和石油天然氣管線等領域的焊接結構。

背景技術

對于造船、建筑、海洋平臺、橋梁、壓力容器和石油天然氣管線等領域，近年來，板厚50mm以上，母材的抗拉強度≥510MPa級的鋼材已經大量使用。為了提高這些厚鋼板的焊接效率，已經開發了以氣電立焊、電渣焊為代表的大線能量、單道次焊接方法。這些大線能量焊接方法，可以大幅度提高焊接效率，縮短焊接工時，降低制造成本，降低焊接工的勞動強度。然而，一般的厚板鋼經過大線能量焊接后，焊接熱影響區的沖擊韌性顯著降低，成為制約大線能量焊接工藝應用的主要因素。因此，改善厚鋼板的大線能量焊接性能成為越來越迫切的要求。

經大線能量焊接后，焊接熱影響區鋼材的組織結構遭到破壞，奧氏體晶粒明顯長大，形成粗晶區。在粗晶區導致脆化的組織是冷卻過程中形成的側板條鐵素體、上貝氏體，粗大的晶界鐵素體以及在晶界鐵素體近傍形成的珠光體、在側板條鐵素體的板條間形成的碳化物島狀馬氏體-奧氏體組元(MA)等。隨著焊接線能量的增加，原奧氏體晶粒粒徑變大，側板條鐵素體和上貝氏體組織更加發達，晶界鐵素體的尺寸也相應增大，焊接熱影響區的夏比沖擊功將顯著降低，這降低了焊接熱影響區的韌性。

日本專利JP5116890（金沢正午、中島明、岡本健太郎、金谷研：大入熱溶接用高張力鋼材製品製造方法，JP5116890，1976.5.28）中揭示了在鋼材的成分設計中，添加一定量的Ti、N，利用TiN粒子可以抑制焊接熱影響區韌性的劣化，焊接線能量可以提高到50kJ/cm。但是當船板鋼所要求的焊接線能量達到200-400kJ/cm的條件下，在焊接過程中，焊接熱影響區的溫度將高達1400℃，TiN粒子將部分發生固溶或者長大，其抑制焊接熱影響區晶粒長大的作用將部分消失，這時其阻止焊接熱影響區韌性劣化的效果將降低。

日本專利JP517300(小池允、本間弘之、松田昭一、今軍倍正名、平居正純、山口福吉，溶接継手熱影響部靭性のすぐれた鋼材の製造法，JP517300，1993.3.8)中揭示了利用鈦的氧化物提高鋼材大線能量焊接性能的方法。鈦的氧化物在高溫下穩定，不易發生固溶。同時鈦的氧化物可以作為鐵素體的形核核心發揮作用，細化鐵素體晶粒，并且形成相互間具有大傾角晶粒的針狀鐵素體組織，有利于改善焊接熱影響區的韌性。

鈦氧化物改善焊接熱影響區沖擊韌性的主要機理在于，在焊接冷卻過程中，在鈦氧化物表面容易析出TiN、MnS等析出物，由于TiN與鐵素體具有良好的位相共格關系，析出的MnS容易導致鈦氧化物表面形成Mn貧乏層，這樣可以誘導鐵素體在鈦氧化物粒子周圍形成，從而促進晶內鐵素體的生長，分割原奧氏體晶粒，提高焊接熱影響區的韌性。但是，鈦氧化物存在數量較少和在鋼中難以彌散分布兩大問題。如果希望通過提高鋼中的鈦含量來提高鈦氧化物的數量，勢必導致大型鈦氧化物夾雜的形成。當鈦氧化物粒子的尺寸大于5μm時，將降低母材和焊接熱影響區的沖擊韌性。因此在焊接線能量大于200kJ/cm的大線能量焊接過程中，單靠鈦的氧化物仍然不足以改善焊接熱影響區的韌性。

發明內容

本發明的目的是提供一種低碳當量焊接熱影響區韌性優異的厚鋼板及其制造方法，板厚為50～70mm，母材抗拉強度≥510MPa；在焊接線能量為200～400kJ/cm焊接條件下，具有_vE_-40≥100J良好的焊接熱影響區沖擊韌性。

為達到上述目的，本發明的技術方案是：

一種低碳當量焊接熱影響區韌性優異的厚鋼板，其化學成分質量百分比為：

C:0.045～0.075%，

Si:0.10～0.30%，

Mn:1.3～1.6%，

P≤0.015%，

S:0.001～0.01%，

Ni:0.20～0.40%，

Ti:0.005～0.03%，

Al:0.003～0.08%，

Ca:0.0005～0.005%，

REM≤0.02%，

Zr≤0.02%，

B:0.0005～0.005%，