[發明專利]一種低碳當量可大線能量焊接用厚鋼板及其制造方法

有效

• 申請號: 201410699767.8
• 申請日: 2014-11-27
• 公開（公告）號: CN104451444A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發明（設計）人: 楊健;高珊;祝凱;張才毅;王睿之;馬志剛;徐國棟;王俊凱
• 申請（專利權）人: 寶山鋼鐵股份有限公司
• 主分類號: C22C38/58
• 分類號: C22C38/58;C22C38/54;C22C38/14;C22C33/04
• 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

本發明涉及焊接用厚鋼板制造領域，特別涉及一種低碳當量可大線能量焊接用厚鋼板及其制造方法。對于板厚為50～70mm，母材抗拉強度≥510MPa級的鋼板，在焊接線能量為200～400kJ/cm的條件下，鋼板的焊接熱影響區具有良好的沖擊韌性，-40℃的平均夏比沖擊功在100J以上。該厚鋼板可以作為焊接結構材料應用于船舶、建筑和海洋構造物等領域。

背景技術

近年來，隨著造船、建筑、壓力容器、石油天然氣管線及海洋平臺等焊接構造物的大型化，日益要求改善厚鋼板的大線能量焊接性能，這樣可以提高焊接效率，縮短制造工時，降低制造成本。

經過大線能量焊接后，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，容易形成粗晶區。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。

在大線能量焊接條件下，為了改善厚鋼板焊接熱影響區的低溫韌性，前人進行了大量的研究工作。如日本專利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。但是當焊接線能量達到200kJ/cm以上時，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，這樣將導致焊接熱影響區韌性劣化。因此，僅僅利用微細粒子TiN的鋼材，難以提高厚鋼板的大線能量焊接性能。

利用鈦的氧化物也可以提高鋼材大線能量焊接熱影響區的韌性。這是因為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。該方法在日本專利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)中進行了闡述。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難以改善焊接熱影響區的韌性。

神戶制鋼的日本專利JP4515430(高橋佑二、出浦哲史料：溶接熱影響部の靭性および母材靭性に優れた鋼材およびその製法，JP4515430，2010.5.21。)闡述了通過添加REM、Ca、Zr改善厚板焊接熱影響區韌性的方法。在焊接熱循環過程中，即使溫度高達1400℃，利用REM、Ca、Zr脫氧生成的氧化物也可以在鋼材中彌散分布而不發生固溶，因而可以阻止奧氏體晶粒的長大，從而有效地減小鐵素體晶粒的尺寸。當夾雜物中REM、Ca、Zr氧化物的重量百分比含量大于5％，Ti氧化物的重量百分比含量大于0.3％的條件下，可以大幅度地提高焊接熱影響區的沖擊韌性。

發明內容

本發明的目的是提供一種低碳當量可大線能量焊接用厚鋼板及其制造方法，對于板厚為50～70mm，母材抗拉強度≥510MPa的鋼板，在焊接線能量為200～400kJ/cm的條件下，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：

本發明的一種低碳當量可大線能量焊接用厚鋼板，其化學成分重量百分比為：C?0.045～0.07％，Si?0.10～0.30％，Mn?1.3～1.6％，P≤0.015％，S?0.001～0.01％，Ni?0.2～0.4％，Ti?0.005～0.035％，Mg?0.0005～0.01％，N?0.001～0.01％，B?0.0005～0.005％，Al≤0.05％，Ca≤0.005％，REM≤0.02％，其余為Fe和不可避免雜質；其中，2≤Ti/N≤6，Mg/(Al+Ti)≥0.024；

并且在鋼板中，