[发明专利]一种低碳当量可大线能量焊接用厚钢板及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及焊接用厚钢板制造领域，特别涉及一种低碳当量可大线能量焊接用厚钢板及其制造方法。对于板厚为50～70mm，母材抗拉强度≥510MPa级的钢板，在焊接线能量为200～400kJ/cm的条件下，钢板的焊接热影响区具有良好的冲击韧性，-40℃的平均夏比冲击功在100J以上。该厚钢板可以作为焊接结构材料应用于船舶、建筑和海洋构造物等领域。

背景技术

近年来，随着造船、建筑、压力容器、石油天然气管线及海洋平台等焊接构造物的大型化，日益要求改善厚钢板的大线能量焊接性能，这样可以提高焊接效率，缩短制造工时，降低制造成本。

经过大线能量焊接后，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，容易形成粗晶区。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。

在大线能量焊接条件下，为了改善厚钢板焊接热影响区的低温韧性，前人进行了大量的研究工作。如日本专利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。但是当焊接线能量达到200kJ/cm以上时，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，这样将导致焊接热影响区韧性劣化。因此，仅仅利用微细粒子TiN的钢材，难以提高厚钢板的大线能量焊接性能。

利用钛的氧化物也可以提高钢材大线能量焊接热影响区的韧性。这是因为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。该方法在日本专利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)中进行了阐述。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难以改善焊接热影响区的韧性。

神户制钢的日本专利JP4515430(高桥佑二、出浦哲史料：溶接熱影響部の靭性および母材靭性に優れた鋼材およびその製法，JP4515430，2010.5.21。)阐述了通过添加REM、Ca、Zr改善厚板焊接热影响区韧性的方法。在焊接热循环过程中，即使温度高达1400℃，利用REM、Ca、Zr脱氧生成的氧化物也可以在钢材中弥散分布而不发生固溶，因而可以阻止奥氏体晶粒的长大，从而有效地减小铁素体晶粒的尺寸。当夹杂物中REM、Ca、Zr氧化物的重量百分比含量大于5％，Ti氧化物的重量百分比含量大于0.3％的条件下，可以大幅度地提高焊接热影响区的冲击韧性。

发明内容

本发明的目的是提供一种低碳当量可大线能量焊接用厚钢板及其制造方法，对于板厚为50～70mm，母材抗拉强度≥510MPa的钢板，在焊接线能量为200～400kJ/cm的条件下，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：

本发明的一种低碳当量可大线能量焊接用厚钢板，其化学成分重量百分比为：C 0.045～0.07％，Si 0.10～0.30％，Mn 1.3～1.6％，P≤0.015％，S 0.001～0.01％，Ni 0.2～0.4％，Ti 0.005～0.035％，Mg 0.0005～0.01％，N 0.001～0.01％，B 0.0005～0.005％，Al≤0.05％，Ca≤0.005％，REM≤0.02％，其余为Fe和不可避免杂质；其中，2≤Ti/N≤6，Mg/(Al+Ti)≥0.024；

并且在钢板中，