[发明专利]可大热输入焊接超低温用钢及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及低碳低合金钢，特别涉及可大热输入焊接超低温用钢及其制造方法，其屈服强度≥355MPa、抗拉强度≥490MPa、-60℃冲击韧性≥100J，且可大线能量焊接。

背景技术

众所周知，低碳(高强度)低合金钢是最重要工程结构材料之一，广泛应用于石油天然气管线、海洋平台、造船、桥梁结构、锅炉容器、建筑结构、汽车工业、铁路运输及机械制造之中；低碳(高强度)低合金钢性能取决于其化学成分与制造工艺，其中强度、韧性、塑性及焊接性是低碳(高强度)低合金钢最重要的性能，它最终决定于成品钢材的显微组织状态；随着冶金科技、现场控制技术不断地向前发展，人们对高强钢的韧性、塑性、焊接性提出更高的要求；即钢板在低温状态下，具有高强度、高延伸率、抗脆性断裂及塑性失稳断裂能力的同时，钢板焊接性能优良；并且在较低的制造成本条件下，大幅度地提高钢板的综合机械性能和使用性能，以减少钢材的用量节约成本，减轻钢构件的自身重量、稳定性和安全性，更为重要的是为进一步提高强钢冷、热加工性及服役过程中的安全可靠性。

目前日韩欧盟范围内掀起了发展新一代高性能钢铁材料的研究高潮，力图通过合金组合设优化计和革新制造工艺技术获得更好的显微组织匹配，超细化组织与结构，在不增加贵重合金元素(如Cu、Ni、Mo等)，通过合金组合设计优化和革新TMCP工艺技术获得更好的组织匹配，从而得到更高的强韧性和更优良的焊接性。

现有技术在制造屈服强度≥355MPa、-60℃的低温冲击韧性≥34J的厚钢板时，一般要在钢中添加一定量的Ni或(Cu+Ni)元素(≥0.30％)，如【The Firth(1986)international Symposium and Exhibit on Offshore Mechanics and Arctic Engineering，1986，Tokyo，Japan，354；“DEVELOPMENTS IN MATERIALS FOR ARCTIC OFFSHORE STRUCTURES”。“Structural Steel Plates for Arctic Use Produced by Multipurpose Accelerated Cooling System”(日文)，川崎制铁技报，1985，No.168～72。“冰海地区使用的海洋平台结构用钢板”(日文)，钢铁研究，1984，第314号，19～43】，以确保母材钢板具有优异的低温韧性，采用＜100KJ/cm的线能量焊接时，热影响区HAZ的韧性也能够达到-60℃Akv≥34J；但是采用大线能量(≥200KJ/cm)焊接时，焊接热影响区(HAZ)的低温韧性一般比较难以达到，热影响区(HAZ)低温韧性发生严重劣化。

大量专利文献只是说明如何实现母材钢板的低温韧性，对于如何在焊接条件下，获得优良的热影响区(HAZ)低温韧性说明的较少，尤其采用超大线能量焊接时如何保证热影响区(HAZ)的低温韧性少之又少，且为了保证钢板的低温韧性，钢中一般均加入一定量的Ni或Cu+Ni元素，钢板大线能量焊接热影响区(HAZ)低温韧性也很少能够达到-60℃；如日本专利昭63-93845、昭63-79921、昭60-258410、特平开4-285119、特平开4-308035、平3-264614、平2-250917、平4-143246等所公开的。

目前改善大线能量焊接钢板热影响区(HAZ)低温韧性的主要技术有氧化物冶金技术，参见美国专利US Patent 4629505、WO 01/59167A1；Ti-B处理技术，参见日本专利特公昭59-2733、特公昭59-3537、特愿昭56-127555、特愿昭56-209177及超低N-高Al-微Ti处理，参见《日本溶接学会志》，1982，Vol.51(2)，P118。

发明内容

本发明的目的是提供一种可大热输入焊接超低温用钢及其制造方法，通过简单的合金元素的组合设计，无需大批量添加Ni、Cu贵重元素，优化TMCP制造工艺，在获得优异的母材钢板低温韧性的同时，大线能量焊接时HAZ的低温韧性也同样优异；获得的超低温用钢的组织为均匀细小的等轴铁素体+少量弥散分布的贝氏体；其屈服强度≥355MPa、抗拉强度≥490MPa、-60℃冲击韧性≥100J；本发明成功解决了低碳当量与高屈服强度/抗拉强度之间的矛盾、高屈服强度/抗拉强度与优良的超低韧性之间的矛盾、低成本制造与优良的超低温韧性、焊接性之间的矛盾。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：