[发明专利]具有优异的大线能量焊接低温韧性厚钢板及其生产工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种低合金高强度钢及其生产工艺，尤其涉及一种具有优异的大线能量焊接低温韧性厚钢板及其生产工艺。

背景技术

目前全球钢铁产能已经过剩，而中国的钢铁产能过剩问题尤其严重。与此形成对比的是，许多高端产品还需要大量进口，而且各个钢铁公司之间的产品同质化现象也越来越严重，这势必造成恶性竞争，压低钢材价格，加之08年爆发的经济危机使得钢铁公司的经营面临巨大压力，直至今日，国内许多钢铁公司仍处于经营亏损的局面。另一方面，以力拓、必和必拓和淡水河谷为首的矿山公司对全球铁矿石资源的高度垄断，导致铁矿石价格持续上涨，进一步加重了企业的经营负担。在这种情况下，从产品开发的角度看，钢铁公司必须从工艺、装备等方面进行持续创新和改进，积极开发差异化、低成本的产品才能提高公司的经营能力。

低合金钢(包括微合金钢)是工程应用领域使用量最大的结构材料之一，广泛应用于石油天然气管线、造船、桥梁、高层建筑、压力容器，石油储罐等行业。为了提高生产效率，上述行业对钢板的焊接性，尤其是大线能量焊接性的要求越来越高，但大线能量焊接容易带来一个比较严重的问题，即焊缝周围焊接热影响区(Heat Affected Zone以下简称为HAZ)的韧性严重恶化，极易发生脆断。对于传统的钢板如微合金钢而言，其焊接线能量一般不超过50kJ/cm，在这种情况下，HAZ韧性恶化问题并未完全凸现出来，而当焊接线能量达到一定水平，如200kJ/cm以上甚至更高时，传统低合金钢就很难满足焊接要求了，这就需要解决大线能量焊接HAZ脆化问题。从焊接热循环角度看，在大线能量焊接过程中，HAZ附近的温度可达1400℃甚至更高，高温停留时间以及t_8/5(温度从800℃冷却到500℃所需时间)冷却时间大大延长，这就造成奥氏体晶粒显著长大，在随后的缓慢冷却过程中形成粗大的对韧性不利的组织，如晶界处粗大的晶界铁素体、侧板条铁素体、魏氏组织、M-A(Martensite-Austenite constituent马氏体-奥氏体)岛等。

现有的大线能量焊接用钢板中都含有合金元素Nb，其主要目的是提高母材钢板的强度；实际上，Nb的添加对钢的大线能量焊接韧性是不利的。在现有的大线能量焊接用钢板中只有少数专利如中国专利CN200580012110.9和CN200410017255.5添加有合金元素Cr。中国专利CN200580012110.9添加Cr的目的是提高钢的耐蚀性，中国专利CN200410017255.5添加Cr的目的是提高钢的强度和韧性，且认为Cr的添加对焊接性不利；在使用合金元素Cr的上述两项专利中，都不同程度地添加其他贵重金属如Nb，V，Mo等，这些贵重金属大大提高了生产成本；在焊接线能量方面，中国专利CN200410017255.5焊接线能量较低，在50-150kJ/cm之间，且焊接热模拟峰值温度较低(通常在1350℃)，焊接热模拟t_8/5冷却时间比较短，小于200s。中国专利CN200580012110.9虽然可以达到200-1000kJ/cm的焊接线能量，但从合金设计的角度看，添加的合金元素太多，如贵重金属Ni的添加量至少0.8％，此外还不同程度的添加贵重金属Nb，V，Mo等，而且该专利采用的是氧化物冶金工艺，其关键技术在于炼钢过程，这也使得生产成本大大提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有优异的大线能量焊接低温韧性厚钢板及其生产工艺，该厚钢板是在传统Ti微合金钢中加入低成本的微合金化元素代替传统大线能量焊接用钢板中成本较高的贵金属元素，结合TMCP(热机械控制加工)工艺以及轧后快速冷却，即可使该厚钢板焊缝HAZ具有非常优异的低温韧性，且成本低。

一种具有优异的大线能量焊接低温韧性厚钢板，以下均按重量百分比计，含有C：0.02-0.06％、Si：0.05-0.15％、Mn：1.00-1.80％、P：≤0.01％、S：≤0.005％、Al：0.02-0.04％、N：0.002-0.005％、Ti：0.005-0.015％、Cr：0.05-0.30％、B：0.001-0.0025％，其余量为Fe和不可避免的杂质，同时上述化学成分满足：Ti/N≤3.42；所述厚钢板屈服强度可达到350MP以上，抗拉强度450MP以上，该厚钢板适合焊接线能量在200-400kJ/cm，厚钢板的HAZ在-20℃条件下的平均冲击功均高达300J以上。

按重量百分比计，进一步含有Cu：≤0.5％、Ni：≤0.5％。