[发明专利]一种抗大线能量焊接用钢及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于钢铁冶金领域，具体涉及一种抗拉强度≥700MPa的低合金高强度钢板及其制备方法。

背景技术

低合金高强度钢板广泛应用于建筑、桥梁、容器、造船、管线等行业，是工程应用领域使用量最大的结构材料之一。

为了进一步轻量化和提高生产效率，有关行业对低合金高强度钢板的要求提出了更高的要求，如在钢结构钢板厚度减薄的同时，必须保证足够的强度和韧性，尽量降低屈强比，焊接热影响区必须具有足够的强度和韧性，从而保证钢材使用的稳定性和钢结构的安全稳定性。

近些年，国内大型原油储备、船板等行业对抗大线能量焊接用钢需求较多，但目前实际使用的钢板应用效果不是很好，比如限制焊接线能量不高于100KJ/cm，多为500MPa、600MPa级高强度钢板，母材冲击韧性优良，但经大线能量焊接后，焊接热影响区的韧性下降很大，容易出现单值不合。这些钢板相对传统低合金钢板来说，抗大线能量焊接性能有一定的提高，但对焊接线能量提出了严格限制，且钢板强度级别不高，焊接热影响区的韧性不稳定。

专利CN102251173A所涉及的钢板具有较好的抗大线能量焊接性能，最高可达到400KJ/cm，不含Ni、Mo等元素，但低温韧性不足，且强度级别较低，为500MPa级低合金钢。

专利CN101545077A所涉及的钢板具有较好的低温韧性，但Cr含量较高，不仅影响焊接接头热影响区性能，抗大线能量焊接性能较差，且Pcm值较高，屈强比较高。

专利CN100519809C和CN100447278C对试验钢的冶炼提出了更高的要求，需采用氧化物冶金技术，尽管可显著提高钢板的抗大线能量焊接性能（最大可达400～600KJ/cm），但冶炼技术难度极大，对温度、成分控制极为严格，不利于批量生产。同时未给出大线能量焊接Ti、O等元素的定量关系，造成钢板低温韧性和焊接热影响区性能的不可控性。

专利CN102108467A具有较好的强度和低温韧性匹配，但合金加入较多，工艺路线长，需要离线淬火+回火处理，生产成本明显增高。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种采用添加Nb、Ni、Ti等微量合金元素，控制Ti、O含量比例，明显提高钢板的抗大线能量焊接性能，采用合理的控轧控冷及回火工艺，降低钢的屈强比，不添加昂贵合金元素Mo，生产工艺流程短、低温韧性优良的具有700MPa级含Nb抗大线能量焊接用钢及其制造方法。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：种抗大线能量焊接用钢，该钢板的化学成分按质量百分比计为C：0.04%～0.10%、Si：0.15%～0.40%、Mn：1.00%～2.20%、P≤0.008%、S≤0.003%、Ni：0.05%～0.25%、Nb：0.020%～0.070%、Ti：0.0070～0.035%、Cu：0.05～0.30%、Cr：≤0.10%、Mo：≤0.20%，余量为Fe 及不可避免的杂质元素，同时满足：

Pcm=C+Si/30+(Mn+Cr+Cu)/20+Mo/15+Ni/60+V/10+5B≤0.23%，

Ceq=C+Mn/6+Cr/5+Mo/4+Si/24+Ni/40+V/14≤0.44%，

1≤[Nb]/[Ti]≤5，5≤[Ti]/[O]≤25，0.5≤[Cu]/[Ni]≤2.0。

进一步地，钢板的抗拉强度Rm≥700MPa，屈强比≤0.84，冲击韧性满足-30℃冲击功KV₂≥60J，焊接热影响区冲击韧性满足-30℃冲击功KV₂≥47J。

优选地，该钢板的化学成分按质量百分比计为C：0.06%～0.09%、Si：0.15%～0.40%、Mn：1.60%～2.00%、P≤0.008%、S≤0.003%、Ni：0.15%～0.25%、Nb：0.030%～0.060%、Ti：0.0070～0.035%、Cu：0.05～0.30%、Cr：≤0.10%、Mo：≤0.20%，余量为Fe 及不可避免的杂质元素，同时满足：

Pcm=C+Si/30+(Mn+Cr+Cu)/20+Mo/15+Ni/60+V/10+5B≤0.23%，

Ceq=C+Mn/6+Cr/5+Mo/4+Si/24+Ni/40+V/14≤0.44%，

2≤[Nb]/[Ti]≤4，8≤[Ti]/[O]≤20，0.5≤[Cu]/[Ni]≤2.0。

本发明中钢中主要成分的限定理由阐述如下：