[发明专利]大热输入焊接用钢材

说明书

本申请为专利申请200980159406.1(申请日：2009年9月29日，发明创造名称：大热输入焊接用钢材)的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种船舶(ship)、建筑、土木(civil engineering)等领域的各种钢结构物(various structures)中使用的钢材，尤其涉及一种适合焊接热输入量超过300KJ/cm的大热输入焊接(high heat input welding)用钢材。

背景技术

船舶、建筑和土木等领域中使用的钢结构物，通常通过焊接接合，制成所希望形状的结构物。因此，从确保安全性的角度出发，要求这些构造物所用的钢材不仅要母材韧性(parent-metal toughness)优异，焊接部韧性(weld-zone toughness)也要优异。

而且，近年来，上述船舶和钢结构物越来越大型化，所用的钢材也不断向高强度化、加厚化方向发展。随着这些变化，焊接施工中也已采用埋弧焊(submerged arc welding)、电气焊(electrogas welding)、电渣焊(electroslag welding)等高效、大热输入的焊接方法(high-efficiency high heat input welding)。因此，在用大热输入焊接(high heat input welding)进行焊接施工(weld-fabrication)时，也要求是焊接部韧性优异的钢材。

这里，对焊接部组织进行说明。图1为焊接部截面的宏观组织照片(macrostructure)，其显示的状态是，焊接部的中央存在熔融的母材与由焊接材料(welding consumables)生成的熔敷金属(deposit metal)两者以熔融状态基本均匀地混合、凝固而成的焊接金属(weld metal)部分，其两侧存在因焊接时投入的热而受到热影响、母材组织和特性出现改性的热影响部(Heat Affected Zone；HAZ)，再在其两侧存在母材。上述焊接金属和热影响部的界面部(图中虚线部)通常被称为“接合部(bond)”。该接合部附近的热影响部(HAZ)即使在热影响部中，也尤其因被加热到熔点(melting point)附近的高温后再被急速冷却，而使得其硬度多呈最高硬度。

此外，已经知道，对于上述焊接热影响部(HAZ)而言，若焊接时的热输入量大，则晶粒会粗大，韧性显著下降。针对这种伴随大热输入焊接而产生的HAZ韧性下降，迄今也已研究了多种对策。例如将TiN微分散在钢中来抑制奥氏体晶粒(austenite grain)粗大化和作为铁素体相变形核点(ferrite nucleation site)来使用等技术已实用化。此外，通过分散Ti的氧化物而达到与上述相同效果的技术也在开发中(例如，可参见专利文献1)。

然而，应用TiN的上述技术由于焊接热影响部在大热输入焊接时被加热到TiN的溶解温度区(TiN dissolution temperature)，因而存在TiN分解、使得上述分散效果消失和因TiN分解产生的固溶Ti及固溶N会使钢的微组织脆化、韧性显著下降等问题。此外，应用Ti氧化物的技术存在难以均一、微细地分散氧化物的问题。

作为针对此类问题的技术，例如专利文献2中公开了这样一项技术：为了提高超过400KJ/cm的大热输入焊接的焊接热影响部的韧性，适当调整为控制硫化物形态(sulfide shape control)而添加的Ca的量，使CaS结晶析出，将其有效用作铁素体相变形核点。与氧化物相比，该CaS在低温下结晶析出，因此可使其微细分散在钢中，而且，由于在冷却中以其为核，MnS、TiN、BN等铁素体相变生成核会微细分散，从而可使焊接热影响部的组织形成为微细的铁素体珠光体组织(ferrite and pearlite structure)，实现高韧性化。

此外，在应用TiN的技术中，有人提出一种为防止固溶N伴随TiN溶解而增多所导致的接合部附近的脆化，添加B来固定固溶N的技术。但是，B的添加虽然对防止接合部附近的脆化有效，但在远离接合部的位置，却存在B反而成为脆化要因的缺点。