[发明专利]一种可高热输入焊接钒氮钛高强度钢板及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于焊接结构用低合金高强度钢板技术领域，特别是提供了一种可高热输入焊接钒-氮-钛高强度钢板及其制备方法。

背景技术

为了提高焊接结构件的焊接效率并降低构件成本，高热输入焊接方法(热输入≥50kJ/cm)，如单面埋弧焊，气电立焊及电渣焊等焊接方法在焊接作业中被逐渐采用。与中、低热输入焊接相比，高热输入焊接条件下，在焊接融合线附近所达到的峰值温度升高(可达到1350-1400℃)，导致焊接热影响区的奥氏体晶粒明显粗化；在焊后冷却过程中，由于冷速较慢，在粗大的奥氏体晶粒条件下，易形成一些脆性组织，如粗大的晶界铁素体，魏氏铁素体，粗大贝氏体和M-A相等，导致焊接热影响区低温韧性明显降低。

利用TiN技术控制焊接热影响区奥氏体晶粒长大是改善钢焊接性能的重要手段。TiN粒子热稳定性高，在焊接热循坏过程中起到阻止奥氏体晶粒长大的作用。TiN颗粒尺寸越小、数量越多，阻止奥氏体晶粒长大的效果越明显。中国专利申请“一种适应高热输入焊接的船体结构钢及其冶炼方法(申请号200910187626.7)”主要是利用TiN技术改善大热输入条件下焊接热影响区韧性。然而，焊接过程中所达到的峰值温度随着焊接热输入的提高而升高，高热输入条件下，TiN粒子会溶解或发生粗化，因此TiN粒子阻止高温奥氏体晶粒长大的作用减弱。

为了克服上述缺陷，利用高温下具有更高稳定性的氧化物粒子，如Ti、Ca、Mg、Ce等的氧化物阻止高温奥氏体晶粒长大，并利用细小氧化物促进晶内针状铁素体形成，从而达到改善焊接热影响区的组织和韧性的目的。相关专利有：新日本制铁株式会社申请的专利“大热输入焊接热影响区韧性优化的厚钢板”(特开2005-298900)，中国发明专利申请“一种大线能量焊接热影响区韧性优良的钢板及其制造方法(申请号为201010291514.9)”、“一种大线能量焊接高强度海洋用钢板及其制造方法(申请号为200710052135.2)”、“一种大线能量焊接高强度船板钢及其制造方法(申请号为200710052132.9)”和“一种大线能量焊接低合金高强度船板钢及其制造方法(申请号为200710052133.3)，等。Ti、Ca、Mg、Ce等的氧化物形成温度高于钢水凝固温度，当其在液态析出时，析出氧化物粒子生长不受限制，形成的大颗粒夹杂物不能起到抑制晶粒长大作用，反而会使母材和热影响区韧性下降。这种氧化物冶金的方法因为在工业生产中很难稳定控制，应用上受到限制。

与本发明成分相近的专利有：中国专利“一种微合金化易焊接增氮钢”(申请号：200910082415.7)，该专利钢的主要成分含有钒、钛及氮，在此基础上要求含有一定量的Mo，主要解决中、低热输入条件下(20～60kJ/cm)增氮微合金钢焊接性能不足的问题。日本新日铁公司申请的专利“焊接热影响区韧性优良的大热输入焊接用钢”(特开平5-186848)和“大热输入焊接热影响区韧性优化的厚钢板”(特开2007-327099)，除含有钒、钛及氮元素外，前者要求添加改善强度韧性的合金元素，后者要求低的氮含量(0.001～0.006％)，而且这两个专利均没有对钒、钛、氮三者之间的配比进行规定。当钢中钛、钒与氮比值[(Ti+V)/N]偏高，钒、钛固溶含量增加，会增加焊接热影响区硬脆组织形成倾向，该比值偏低，焊接热影响区中自由氮增加，显著损害热影响区韧性。

目前高强度级结构钢大多采用铌微合金化钢，有中国发明专利“一种适合大线能量焊接的低合金高强度钢板及制备方法”(申请号：200610047899.8)。铌微合金化钢在精轧阶段通常要求在未再结晶区进行轧制，轧制温度低，变形抗力增加，对轧机能力要求较高，同时也影响生产效率。

发明内容

本发明目的在于提供一种可高热输入焊接钒-氮-钛高强度钢板及其制备方法，成分简单、生产工艺易于控制、适合高效生产。通过钒-氮-钛复合微合金化以及控制三者的比例，配合以控轧控冷工艺，钢板在高热输入焊接热循环过程中，焊接热影响区相变前，能够形成一定密度的(Ti,V)(N,C)粒子，这些粒子有促进晶界及晶内铁素体形核的作用，使得焊接热影响区获得以铁素体为主的组织，保证焊接热影响区韧性优良。