[发明专利]一种可大线能量焊接的低温结构用钢板及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于低合金高强钢技术领域，涉及一种可大线能量焊接(线能量大于50kJ/cm)的低温结构用钢板及其制造方法。

背景技术

焊接作为一种重要的加工手段，在结构制造领域正受到越来越多的关注。提高焊接生产效率在结构制造中具有重要意义，而厚板在使用传统焊接方法焊接时，需多层焊接，施工效率显著下降。为提高生产效率，越来越多采用多丝埋弧焊、气电立焊等大线能量焊接方法。

传统的低合金钢板进行大线能量焊接时，由于焊接热循环的作用，在焊接热影响区晶粒异常长大，导致韧性急剧下降。另外，对于传统的TMCP(形变热处理)技术，随着钢板强度的提高和厚度的增加，必须提高碳当量(Ceq)，这是焊接性能和焊接热影响区韧性恶化的又一因素。

大线能量焊接低合金高强钢时必须考虑焊接热影响区的组织转变特点，目前一些研究涉及大线能量焊接低合金高强钢及其制造方法，如大线能量焊接低合金高强钢(申请号02115877)、大线能量焊接非调质高韧性低温钢及其生产方法(申请号01128316)等等，可均存在以下问题：

1.焊接线能量低，有些只能在50～100kJ/cm。

2.有些必须采用调质工艺生产，工艺复杂，成本高。

3.不适用于低温使用场合。

4.使用贵重金属比较多，成本高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可大线能量焊接的低温结构用钢板及其制造方法，实现了成本较低，工艺简单，易于控制。钢板性能应该满足高强度、高韧性、良好焊接工艺性能、满足大线能量焊接的要求。

本发明钢板的的化学成分Wt％为：化学成分Wt％为：C：0.06-0.12；，Si：0.05-0.30，Mn：1.20-1.70，P＜0.01，S＜0.01，Al：0.01-0.10；，Ti：0.02-0.05，B：0.001-0.005，Ni：0.15-0.50，Nb：0.01-0.10，V：0.01-0.10，N：0.002-0.010，Cu：0.05-0.30；余量为Fe及不可避免的杂质。

下面具体阐述各合金元素的作用：

众所周知，晶粒细化是同时提高钢的强度和韧性的唯一途径。所以在钢中引入微量的合金元素，形成弥散分布的高熔点颗粒，这些颗粒一方面以“钉轧”的形式阻碍奥氏体晶界的迁移，限制奥氏体晶粒的长大，同时增加了相变过程中的形核点，从而使钢的组织更加细小。

Ti在钢中形成细小弥散的TiN粒子，在焊接热循环过程中有效阻止奥氏体晶粒的长大，促进针状铁素体析出，从而改善热影响区的韧性。此外，Ti在焊接过程中形成高熔点的硫化物，提高了焊缝的抗裂性。

Nb在钢中与N也有着强烈的亲和力，可以取代部分Ti，钉轧、拖拽高温奥氏体晶界的迁移。

Mn是防止热裂纹的有益元素。Mn的存在改善了硫化物的分布形态，使薄膜状的低熔点化合物FeS改变为球状，并置换FeS形成MnS，从而减少了低熔点硫化物的数量。

适量的Al能改善热影响区的低温韧性，随着Al的加入，钢中M-A岛数量减少，其平均长度减少，并且M-A中残余奥氏体数量增加，从而提高HAZ的韧性。

Ni是能够增加基体金属韧性并改善强化而不恶化HAZ韧性的元素，随着Ni的加入，强度和韧性都有改善。

B能减少焊缝中自由状态的N，提高HAZ粗晶区的韧性。TiN粒子在温度超过1450℃时易熔解，产生的自由N原子对热影响区韧性不利。B与N结合形成BN，从而改善韧性。

本发明钢板制造工艺为铁水预处理→转炉炼钢→钢包脱氧合金化→精炼处理(LF炉、RH炉、微调成分等)→板坯浇铸→板坯缓冷→加热→一次除鳞→控制轧制→控制冷却→矫直→探伤→入库。在工艺中控制如下技术参数：

采用转炉将铁水或铁水和废钢经炼钢后精炼，使用Ti铁和Al线脱氧，并调整Ni、Nb、V、Ti等合金元素的成分达到要求指标(Ni：0.15-0.50，Nb：0.01-0.10，V：0.01-0.10，Ti：0.02-0.05。)，然后进行连铸、热轧；

热轧：将板坯加热到1000～1300℃，均热2～6小时进行热轧，轧制成12～50mm厚钢板，轧后以1～30℃/s冷却速度在线冷却。