[发明专利]一种可大热输入量焊接的耐候钢板及其生产方法

说明书

技术领域

本发明属于耐候钢制造领域，特别涉及一种可大热输入量焊接的屈服强度≥420MPa，热输入量高达200～600kJ/cm条件下仍可确保热影响区的低温冲击韧性的耐候钢板及其生产方法。

背景技术

由于建筑、桥梁等大型钢结构的许多部件常年暴露在室外，大气腐蚀严重，造成结构的寿命短，材料浪费严重；耐候钢能够提高抵抗大气腐蚀能力一倍以上，从而能够延长钢结构的寿命，也节约了材料，经济效益显著。目前，建筑和桥梁等行业已广泛采用耐候钢用于关键部位的建造。

耐候钢按Cr含量的高低可大致分为两类：

一种是Cr含量≥2.5%的高Cr型耐候钢；高Cr型耐候钢通常还含有0.2～0.5%的Cu和0.2～1.0%的Ni以满足高强度和低温冲击韧性的平衡要求；而且Cr对焊接性能存在不利影响，高Cr型耐候钢的可承受的焊接热输入量区间比较窄，在15～30kJ/cm之间，否则焊接热影响区的冲击韧性恶化，影响整个结构的安全性。在工业实践中，还需要执行严格的焊前预热和焊后热处理制度以确保焊接接头的质量，其预热温度根据公式计算，显著降低了焊接施工效率。

一种是Cr含量0.3～1.0%之间的低Cr型耐候钢，低Cr型耐候钢通常含有≥0.8%的Mn，≥0.2%的Cu，≥0.2%的Ni，以及适量的Mo。与高Cr型耐候钢相比较，由于Cr含量大幅度降低，以及低碳或者超低碳成分设计，使得低Cr型耐候钢的焊接性能有所提高，具体表现在：碳当量降低，使得焊接冷敏感性降低，使得预热温度降低，碳当量降低也减少了淬硬性指数，使得钢板可承受的焊接热输入量增加到50kJ/cm左右，仍然存在热输入量较低的问题。据测算，对于厚度40mm钢板的对接接头，采用热输入量为20和50kJ/cm埋弧焊接约需24和13道次；而热输入量372kJ/cm时可单道次完成焊接，效率可提高5倍以上。

但截至目前，现有的耐候钢技术还不能满足大热输入量焊接（≥100kJ/cm）的要求。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种可适应大热输入量焊接要求的耐候钢，并能确保焊接热影响区的冲击性能；本发明钢种采用低碳低硅低锰成分设计、控制氧含量后喂钙线冶炼工艺，以及热机械控制轧制和控制冷却（省去直接淬火、缓冷等制造工序）工艺，即可制得目标成品钢板；成品钢板的屈服强度≥420MPa，抗拉强度≥550MPa，-40℃夏比冲击功≥183J，在焊接热输入量200～600kJ/cm条件下钢板的焊接热影响区的-20℃夏比冲击功≥47J。成品钢板在保持优异的力学性能和耐候性能基础上，还具备适应大热输入量焊接的要求，综合性能优异。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

一种可大热输入量焊接的耐候钢板，其特征在于，该钢板的化学成分以重量百分比计为：C0.02～0.06%、Si<0.10%、Mn0.40～0.80%、Ni0.35～0.85%、Cr0.35～0.85%、Cu0.35～0.85%、Ti0.005～0.02%、Al<0.01%、N0.0015～0.0060%、P≤0.009%、S≤0.005%、Ca0.003～0.010%、B0.0005～0.005%，余量为Fe及不可避免杂质；

同时还应满足：Ti≥3.42N，Mn+Ni≤1.2，1.0≤Cr+Ni+Cu≤2.0

该钢种的焊接冷裂纹敏感性系数

Pcm=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Mo/15+Ni/60+V/10+5B≤0.16；

该耐候钢的生产方法包括以下步骤：

在冶炼工序中，采用转炉、电炉或者真空感应炉冶炼、合金添加完毕，且氧含量满足30～100ppm后加入钙线，每吨钢水加入钙线0.2～0.3kg，然后出钢、浇铸成板坯；在加热、轧制工序中，板坯经加热保温后、进行热机械控制轧制，其中再结晶区的轧制温度在1050～1150℃之间，非再结晶区的轧制温度在820～920℃之间，轧制阶段总轧制压下率≥70%；在冷却工序中，轧制完成后直接进入冷却水设备，冷却到450～600℃之间出水空冷至室温，即可制得成品钢板；

所述的加热工序中，板坯加热温度控制在1150～1200℃，保温2～2.5小时；

所述的轧制工序中，非再结晶区单道次压下率≥15%；

所述的冷却工序中，冷却速度为10～30℃/s。

以下对本发明中所含组分的作用及用量选择作具体说明：