[发明专利]超高韧性、优良焊接性HT550钢板及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超高韧性、优良焊接性HT550钢板及其制造方法，通过TMCP工艺获得屈服强度≥460MPa、抗拉强度550MPa～700MPa之间、屈强比≤0.85、-60℃的Charpy冲击功(单个值)≥60J、优良焊接性的钢板，钢板的显微组织为细小铁素体+自回火贝氏体，平均晶粒尺寸在15μm以下。

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、制造过程的工艺制度，其中强度、塑性、韧性和焊接性是低碳(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。随着科技不断地向前发展，人们对高强钢的强韧性、强塑性匹配提出更高的要求，即在维持较低的制造成本的同时，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，减轻钢结构的自身重量、稳定性和安全性，更为重要的是为进一步提高钢结构安全稳定性、耐久性及冷热加工性，适应不同施工环境、不同加工工艺的要求。

目前，日韩、欧盟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组织匹配，使高强钢获得更优良的强韧性、强塑性匹配。

传统的抗拉强度强度大于590MPa的厚钢板主要通过再加热淬火+回火(RQ+T)工艺，即所谓离线调质方法来生产，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≥1.0×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、优良的超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数量的Cr、Mo、Ni、Cu等合金元素(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/马氏体板条本征低温韧性的元素，增大贝氏体/马氏体板条之间的位向角，增加裂纹在贝氏体/马氏体晶团中的扩展阻力。如此，钢板的合金含量较高，不仅导致钢板制造成本较高，而且碳当量Ceq、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调质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(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、US Patent4855106、US Patent5183198、US Patent4137104)。

目前改善超大热输入焊接钢板热影响区(HAZ)低温韧性的只有日本新日铁公司采用氧化物冶金技术(美国专利US Patent 4629505、WO 01/59167 A1)，即在大热输入焊接过程中，在熔合线附近，由于强烈的高温作用，TiN粒子发生溶解而失去作用，Ti₂O₃比TiN更加稳定，即使到达钢的熔点，也不会发生溶解。Ti₂O₃粒子可成为奥氏体晶内针状铁素体形核位置，促进奥氏体晶内针状铁素体(acicular ferrite-AF)形核，有效地分割奥氏体晶粒，细化HAZ组织，形成高强高韧性的针状铁素体组织；日本住友金属采用添加B、控制B/N≥0.5、低硅、超低铝、中等含N量等技术手段，解决60公斤级钢板大热输入焊接性的问题，取得良好的效果并成功用于工程实绩(《铁と钢》，1978，Vol.64，P2205)。

发明内容