[發明專利]大熱輸入焊接用鋼材

有效

• 申請號: 201410257989.4
• 申請日: 2009-09-29
• 公開（公告）號: CN104087829B
• 公開（公告）日: 2017-04-12
• 發明（設計）人: 橫田智之;西村公宏;鹿內伸夫
• 申請（專利權）人: 杰富意鋼鐵株式會社
• 主分類號: C22C38/14
• 分類號: C22C38/14;C22C38/38;C22C38/58
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司11227
• 代理人: 金世煜,陳劍華

本申請為專利申請200980159406.1(申請日：2009年9月29日，發明創造名稱：大熱輸入焊接用鋼材)的分案申請。

技術領域

本發明涉及一種船舶(ship)、建筑、土木(civil?engineering)等領域的各種鋼結構物(various?structures)中使用的鋼材，尤其涉及一種適合焊接熱輸入量超過300KJ/cm的大熱輸入焊接(high?heat?input?welding)用鋼材。

背景技術

船舶、建筑和土木等領域中使用的鋼結構物，通常通過焊接接合，制成所希望形狀的結構物。因此，從確保安全性的角度出發，要求這些構造物所用的鋼材不僅要母材韌性(parent-metal?toughness)優異，焊接部韌性(weld-zone?toughness)也要優異。

而且，近年來，上述船舶和鋼結構物越來越大型化，所用的鋼材也不斷向高強度化、加厚化方向發展。隨著這些變化，焊接施工中也已采用埋弧焊(submerged?arc?welding)、電氣焊(electrogas?welding)、電渣焊(electroslag?welding)等高效、大熱輸入的焊接方法(high-efficiency?high?heat?input?welding)。因此，在用大熱輸入焊接(high?heat?input?welding)進行焊接施工(weld-fabrication)時，也要求是焊接部韌性優異的鋼材。

這里，對焊接部組織進行說明。圖1為焊接部截面的宏觀組織照片(macrostructure)，其顯示的狀態是，焊接部的中央存在熔融的母材與由焊接材料(welding?consumables)生成的熔敷金屬(deposit?metal)兩者以熔融狀態基本均勻地混合、凝固而成的焊接金屬(weld?metal)部分，其兩側存在因焊接時投入的熱而受到熱影響、母材組織和特性出現改性的熱影響部(Heat?Affected?Zone；HAZ)，再在其兩側存在母材。上述焊接金屬和熱影響部的界面部(圖中虛線部)通常被稱為“接合部(bond)”。該接合部附近的熱影響部(HAZ)即使在熱影響部中，也尤其因被加熱到熔點(melting?point)附近的高溫后再被急速冷卻，而使得其硬度多呈最高硬度。

此外，已經知道，對于上述焊接熱影響部(HAZ)而言，若焊接時的熱輸入量大，則晶粒會粗大，韌性顯著下降。針對這種伴隨大熱輸入焊接而產生的HAZ韌性下降，迄今也已研究了多種對策。例如將TiN微分散在鋼中來抑制奧氏體晶粒(austenite?grain)粗大化和作為鐵素體相變形核點(ferrite?nucleation?site)來使用等技術已實用化。此外，通過分散Ti的氧化物而達到與上述相同效果的技術也在開發中(例如，可參見專利文獻1)。

然而，應用TiN的上述技術由于焊接熱影響部在大熱輸入焊接時被加熱到TiN的溶解溫度區(TiN?dissolution?temperature)，因而存在TiN分解、使得上述分散效果消失和因TiN分解產生的固溶Ti及固溶N會使鋼的微組織脆化、韌性顯著下降等問題。此外，應用Ti氧化物的技術存在難以均一、微細地分散氧化物的問題。

作為針對此類問題的技術，例如專利文獻2中公開了這樣一項技術：為了提高超過400KJ/cm的大熱輸入焊接的焊接熱影響部的韌性，適當調整為控制硫化物形態(sulfide?shape?control)而添加的Ca的量，使CaS結晶析出，將其有效用作鐵素體相變形核點。與氧化物相比，該CaS在低溫下結晶析出，因此可使其微細分散在鋼中，而且，由于在冷卻中以其為核，MnS、TiN、BN等鐵素體相變生成核會微細分散，從而可使焊接熱影響部的組織形成為微細的鐵素體珠光體組織(ferrite?and?pearlite?structure)，實現高韌性化。

此外，在應用TiN的技術中，有人提出一種為防止固溶N伴隨TiN溶解而增多所導致的接合部附近的脆化，添加B來固定固溶N的技術。但是，B的添加雖然對防止接合部附近的脆化有效，但在遠離接合部的位置，卻存在B反而成為脆化要因的缺點。