[发明专利]低成本可大热输入焊接高强韧性钢板及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及低碳低合金钢，特别涉及低成本可大热输入焊接高强韧性钢板及其制造方法，其屈服强度≥550MPa、抗拉强度≥650MPa、-20℃的Charpy冲击功(单个值)≥100J，低成本可大热输入焊接、高强韧性。

背景技术

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，在不大量添加贵重合金元素(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、强塑性匹配和更优良的焊接性。

传统的抗拉强度≥650MPa的高强度钢板主要通过淬火加回火(Q+T)，即所谓调质方法来生产，这就要求钢板中心部位必须具有足够高的淬透性，即淬透性指数DI≥1.2钢板厚度，其中DI＝0.311C^1/2(1+0.64Si)×(1+4.10Mn)×(1+0.27Cu)×(1+0.52Ni)×(1+2.33Cr)×(1+3.14Mo)×25.4(mm)，以确保钢板具有足够高的强度、优良的低温韧性及沿钢板厚度方向的显微组织与性能的均匀，因此不可避免地向钢中加入一定量的Cr、Mo、Ni、Cu等合金元素，这类钢板中的Mo与Ni含量的总和一般要控制在≥0.50％，尤其贵重元素Ni含量要控制在≥0.60％以上(如日本专利昭59-129724、平1-219121)，因为Ni元素不但能够提高钢板的强度和淬透性，降低相变温度细化贝氏体/马氏体板条团晶粒尺寸；更重要的是Ni唯一能够改善贝氏体/马氏体板条本身低温韧性的元素。如此，钢板的合金含量较高，碳当量Ceq和焊接冷裂纹敏感指数Pcm也较高，这给现场焊接带来较大的困难，焊前需要预热，焊后需要热处理，焊接成本升高、焊接效率降低、焊接现场工作环境恶化。现有大量专利文献只是说明如何实现母材钢板的强度和低温韧性，就改善钢板焊接能性，获得优良焊接热影响区HAZ低温韧性说明较少，更没有涉及如何确保不添加强淬透性Mo元素改善钢板中心部位淬透性，以保证钢板强度、韧性及沿钢板厚度方向强度、韧性均匀性，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、及美国专利US Patent4855106、US Patent5183198、US Patent4137104。

目前改善大线能量焊接钢板热影响区(HAZ)韧性的主要技术有“氧化物冶金技术”(美国专利US Patent4629505、WO01/59167A1)、“Ti-B处理技术”(日本专利特公昭59-2733、特公昭59-3537、特愿昭56-127555、特愿昭56-209177)、“REM(O，S)与BN复合技术”(《鉄と鋼》，1975，Vol.61，S598，《鉄と鋼》，1977，Vol.63，S303，《TMS-AIME》1979，P181)及“超低N-高Al-微Ti处理”(《日本溶接学会志》，1982，Vol.51(2)，118)。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低成本可大热输入焊接高强韧性钢板及其制造方法，在获得优异的母材钢板低温韧性、高的抗拉强度、强韧性与强塑性匹配的同时，钢板可以承受大热输入焊接；成品钢板屈服强度≥550MPa、抗拉强度≥650MPa、-20℃的Charpy冲击功(单个值)≥100J，成品钢板的显微组织为细小的贝氏体组织，平均晶团尺寸在15μm以下；特别适用于工程机械、桥梁结构、海洋采油平台及原油储罐等。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：