[发明专利]一种低碳当量焊接热影响区韧性优异的厚钢板及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于钢铁冶金和钢铁材料领域，特别涉及一种低碳当量焊接热影响区韧性优异的厚钢板及其制造方法，厚钢板板厚50～70mm，母材抗拉强度≥510MPa级，焊接线能量为200～400kJ/cm，焊接热影响区在-40℃下的平均夏比冲击功在100J以上，具有优异焊接热影响区（HAZ）冲击韧性，钢材可以应用于造船、建筑、海洋平台、桥梁、压力容器和石油天然气管线等领域的焊接结构。

背景技术

对于造船、建筑、海洋平台、桥梁、压力容器和石油天然气管线等领域，近年来，板厚50mm以上，母材的抗拉强度≥510MPa级的钢材已经大量使用。为了提高这些厚钢板的焊接效率，已经开发了以气电立焊、电渣焊为代表的大线能量、单道次焊接方法。这些大线能量焊接方法，可以大幅度提高焊接效率，缩短焊接工时，降低制造成本，降低焊接工的劳动强度。然而，一般的厚板钢经过大线能量焊接后，焊接热影响区的冲击韧性显著降低，成为制约大线能量焊接工艺应用的主要因素。因此，改善厚钢板的大线能量焊接性能成为越来越迫切的要求。

经大线能量焊接后，焊接热影响区钢材的组织结构遭到破坏，奥氏体晶粒明显长大，形成粗晶区。在粗晶区导致脆化的组织是冷却过程中形成的侧板条铁素体、上贝氏体，粗大的晶界铁素体以及在晶界铁素体近傍形成的珠光体、在侧板条铁素体的板条间形成的碳化物岛状马氏体-奥氏体组元(MA)等。随着焊接线能量的增加，原奥氏体晶粒粒径变大，侧板条铁素体和上贝氏体组织更加发达，晶界铁素体的尺寸也相应增大，焊接热影响区的夏比冲击功将显著降低，这降低了焊接热影响区的韧性。

日本专利JP5116890（金沢正午、中島明、岡本健太郎、金谷研：大入熱溶接用高張力鋼材製品製造方法，JP5116890，1976.5.28）中揭示了在钢材的成分设计中，添加一定量的Ti、N，利用TiN粒子可以抑制焊接热影响区韧性的劣化，焊接线能量可以提高到50kJ/cm。但是当船板钢所要求的焊接线能量达到200-400kJ/cm的条件下，在焊接过程中，焊接热影响区的温度将高达1400℃，TiN粒子将部分发生固溶或者长大，其抑制焊接热影响区晶粒长大的作用将部分消失，这时其阻止焊接热影响区韧性劣化的效果将降低。

日本专利JP517300(小池允、本間弘之、松田昭一、今軍倍正名、平居正纯、山口福吉，溶接継手熱影響部靭性のすぐれた鋼材の製造法，JP517300，1993.3.8)中揭示了利用钛的氧化物提高钢材大线能量焊接性能的方法。钛的氧化物在高温下稳定，不易发生固溶。同时钛的氧化物可以作为铁素体的形核核心发挥作用，细化铁素体晶粒，并且形成相互间具有大倾角晶粒的针状铁素体组织，有利于改善焊接热影响区的韧性。

钛氧化物改善焊接热影响区冲击韧性的主要机理在于，在焊接冷却过程中，在钛氧化物表面容易析出TiN、MnS等析出物，由于TiN与铁素体具有良好的位相共格关系，析出的MnS容易导致钛氧化物表面形成Mn贫乏层，这样可以诱导铁素体在钛氧化物粒子周围形成，从而促进晶内铁素体的生长，分割原奥氏体晶粒，提高焊接热影响区的韧性。但是，钛氧化物存在数量较少和在钢中难以弥散分布两大问题。如果希望通过提高钢中的钛含量来提高钛氧化物的数量，势必导致大型钛氧化物夹杂的形成。当钛氧化物粒子的尺寸大于5μm时，将降低母材和焊接热影响区的冲击韧性。因此在焊接线能量大于200kJ/cm的大线能量焊接过程中，单靠钛的氧化物仍然不足以改善焊接热影响区的韧性。

发明内容

本发明的目的是提供一种低碳当量焊接热影响区韧性优异的厚钢板及其制造方法，板厚为50～70mm，母材抗拉强度≥510MPa；在焊接线能量为200～400kJ/cm焊接条件下，具有_vE_-40≥100J良好的焊接热影响区冲击韧性。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种低碳当量焊接热影响区韧性优异的厚钢板，其化学成分质量百分比为：

C:0.045～0.075%，

Si:0.10～0.30%，

Mn:1.3～1.6%，

P≤0.015%，

S:0.001～0.01%，

Ni:0.20～0.40%，

Ti:0.005～0.03%，

Al:0.003～0.08%，

Ca:0.0005～0.005%，

REM≤0.02%，

Zr≤0.02%，

B:0.0005～0.005%，