[发明专利]一种可大线能量焊接的极地船用钢板及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于钢铁冶金领域，具体涉及一种极地船用钢板，低温冲击韧性、应变时效性能优异，且可大线能量焊接。

背景技术

建造用于极地的船舶，因为应用在寒冷海域，要求其结构材料不仅具有高的强度、良好的塑性而且还要求在极低温度下(-60°C、-80°C) 具有高的冲击韧性。通常，要求极地船用钢具备屈服强度≥355MPa、抗拉强度≥490MPa的高强度，-60℃、-80℃低温冲击韧性优异。此外，因海洋环境复杂多变，极地船舶常要承受台风(飓风)、波浪、潮汐、海流、冰凌等的强烈作用，因而，要求极地船用钢还具有良好的极低温应变时效性能。

另外，船舶海工市场形势严峻，船舶海工企业为了降低成本，不断进行技术提升，通过提高大线能量焊接技术来提高焊接效率，缩短工期，提高经济效益。为了满足船舶海工行业以及其它基础设施行业如锅炉压力容器、桥梁、建筑等的大线能量焊接用钢的共性要求，钢铁企业也相应地配套开发大线能量焊接用钢。

目前，主要通过两种技术途径来获得大线能量焊接用钢，一种是采用氧化物冶金技术方法，中国专利申请 CN104411849A、CN105102650A、CN101918607A等，将钢板的焊接热输入量提高至400-600KJ/cm。但氧化物冶金技术冶炼难度大，冶炼过程中合金添加方式、钢液温度、氧势的波动等因素造成冶炼工艺窗口窄、难于控制，极容易形成大尺寸夹杂物，影响钢坯品质，难以实现大批量稳定生产。另一种是通过Ti加入技术来提高钢板抗大线能量焊接，中国专利申请 CN103114241A，通过高N含量，低Ti/N 比例的成分设计，以及Ni和Cu的复合添加，得到了大量弥散分布的TiN的粒子，从而将钢板的大线能量提高至600KJ/ cm。

现有技术中的可大线能量焊接的钢还没有涉及极地低温韧性和极低温应变时效性能。

综上所述，现有技术还不能完全满足极地船需要的既要有良好的极低温度下(-60°C、-80°C)良好的冲击韧性、极低温应变时效性能、可大线能量焊接的综合要求。开发极地低温韧性、抗低温应变时效性能优异的可大线能量焊接钢是本领域技术人员探索的方向。

发明内容

本发明目的是提供一种可大线能量焊接的极地船用钢及其制备方法，该钢板在常规力学性能满足≥355MPa、抗拉强度≥490MPa的基础上，具有优异的-60℃、-80℃低温冲击韧性、抗低温应变时效性能，经最大线能量200KJ/cm高效焊接后，焊接性能优异。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种可大线能量焊接的极地船用钢板，该钢板的化学成分按质量百分比计为C：0.03～0.07%，Si：0.15～0.30%，Mn：1.10～1.50%，P：≤0.0070%，S：≤0.0030%，Ti：0.008～0.020%，N：0.0030～0.0060%，Cu：0.10～0.30%，Ni：0.10～0.40%，Nb：0.010～0.040%，Al：0.020～0.050%，余量为Fe 及不可避免的杂质元素，钢板基体组织为铁素体+珠光体，其中珠光体弥散分布于铁素体晶粒之间，铁素体晶粒尺寸为4～8um。

优选地，钢板的化学成分按质量百分比计为C：0.05%，Si：0.20%，Mn：1.20%，P：≤0.005%，S：≤0.002%，Ti：0.015%，N：0.0050%，Cu：0.18%，Nb：0.038%，Al：0.035%， Ni：0.29%，余量为Fe 及不可避免的杂质元素。

本发明中钢成分的限定理由阐述如下：

C：降低钢板中的碳含量可以提高钢的极低温冲击性能、低温应变时效性能的，改善钢板的焊接冷裂纹敏感性，当加入碳含量低于0.07%，在线能量焊接时（≥100KJ/cm），可有效降低热影响区的M-A组元的生成，达到改善焊接热影响区（HAZ）的极低温冲击韧性的目的。但是碳含量过低，钢的淬透性减弱，不利于中厚板生产钢的强度提高。因此，碳含量控制为0.03～0.07%。

Si：主要用于脱氧，虽要依据不同的冶炼方式来确定其加入量，但要获得良好的钢板性能，以及满足船级社规范要求必须在0.15%以上，但Si过多会严重损害钢板的大线能量焊接性能，增加HAZ区的MA组元，影响热影响区的冲击韧性，若超过0.30%以上又会造成心部偏析以及破坏焊接性能，所以规定其上限为0.30%。