[发明专利]抗拉强度700MPa级大线能量焊接结构用钢及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料技术领域，尤其涉及一种抗拉强度700MPa级大线能量焊接结构用钢及其制造方法。

背景技术

随着各种钢结构件的大型化，人们对钢的强韧性和焊接性提出更高的要求。为了提高焊接效率，采用大线能量焊接技术是不可避免的。传统低合金高强度钢(HSLA)的弊端是在强度提高的同时其冲击韧性和焊接性显著下降，在进行高热能焊接时，焊接热影响区(HAZ区)的组织极易粗大，韧性恶化，故在提高钢板强度的同时，确保钢板在承受大线能量焊接的条件下HAZ区具有良好的韧性已成为近来低合金高强度钢的研究方向。

申请号为CN 200710052133.3，名为“一种大线能量焊接低合金高强度钢板及其制造方法”和申请号为CN200710052132.9，名为“一种大线能量焊接高强度船板钢及其制造方法”的中国专利所提供的技术方案中钢板成分简单，而且采用常规的高强度钢板制造方法。但是，根据其化学成分和工艺方法是无法获得700MPa抗拉强度的，而且其韧性也不好。

专利号为ZL02115877.0，名为《大线能量低焊接裂纹敏感性系列钢的生产方法》、申请号为CN200710052135.2，名为《一种大线能量焊接高强度海洋用钢板及其制造方法》、申请号为CN200710052134.8，名为《一种大线能量焊接非调质高强度钢板及其制造方法》、专利号ZL01128316.5，名为《大线能量焊接非调质高韧性低温钢及其生产方法》、专利号为CN200410017255.5，名为《可大线能量焊接的超高强度厚钢板及其制造方法》的中国专利均存在以下的一种或两种以上问题：

(1)加入了冶炼时难以控制的B元素，B属于轻元素，易形成碳化物和氮化物，在原奥氏体晶界偏聚形成降低钢的韧性的B相；

(2)所获得的钢板强度级别不高，抗拉强度在600MPa以下；

(3)需要调质处理，增加了制造成本。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，从市场需求的角度出发，提供一种低成本、高强度、高韧性，抗拉强度为700MPa以上的大线能量焊接结构用钢及其生产方法。

本发明抗拉强度700MPa级大线能量焊接结构用钢的化学成分含量(Wt％)为：C 0.04％～0.08％、Si 0.05％～0.5％、Mn 1.40％～1.85％、Cr0.2％～0.4％、Nb 0.010％～0.060％、Ti 0.005％～0.03％、V 0.02％～0.04％、Cu 0.10％～0.30％、Ni 0.10％～0.40％、Mo 0.10％～0.30％、Zr 0.0020％～0.0050％、Al 0.015％～0.050％，其余为Fe及不可避免的杂质元素。钢中的杂质元素控制在P≤0.025％，S≤0.015％，[N]≤0.0080％。从提高钢种韧性和塑性的角度来看，杂质元素含量越低越好。

本发明选择的合金元素在抗拉强度700MPa级大线能量焊接结构用钢中的主要作用在于：

C：碳对钢的强度、韧性、焊接性能影响很大。C含量低于0.04％时难以获得足够的强度；碳高于0.08％时，在生成组织中珠光体含量增加，使钢的冷成型性能和韧性下降，同时由于成分进入包晶区，容易发生结晶器漏钢事故和铸坯表面质量缺陷，连铸时难度增加。

Si：硅是炼钢脱氧的必要元素，也具有一定的强化作用，当含量低于0.05％时，难于获得充分的脱氧效果；含量超过0.5％时，钢的清洁度下降，韧性降低，可焊性差。

Mn：锰是提高强度和韧性的有效元素，而且成本十分低廉，因此在本发明中把Mn元素作为主要合金元素，但是Mn含量太高时，容易产生偏析缺陷，造成组织不均匀，影响冷成型性能。一般控制Mn1.4％～1.85％。

Nb：铌是控轧控冷钢中的重要元素，它能够有效地延迟变形奥氏体的再结晶，阻止奥氏体晶粒长大，提高奥氏体再结晶温度，细化晶粒，同时改善强度和韧性，而且具有强烈的析出强化作用，可以显著地提高钢的屈服强度。根据本发明的目的，控制Nb0.010％～0.060％。

Ti：钢中加入钛，具有二个方面的作用。一方面是为了固定钢中的氮元素，形成氮化钛质点，阻止钢坯在加热、轧制、焊接过程中晶粒的长大，改善母材和焊接热影响区的韧性。另一方面，钛能够在铁素体中析出TiC，在大幅度提高钢的强度的同时，对钢的塑性影响不大。根据本发明的目的，，控制Ti 0.005％～0.03％。