[发明专利]一种屈服强度355MPa级大线能量焊接用钢板及其制备方法

说明书

本发明属于低合金高强度钢技术领域，特别涉及一种屈服强度355MPa级大线能量焊接用钢板及其制备方法。钢板化学成分按质量分数包括C 0.05～0.15％，Si 0.1～0.3％，Mn 1.0～1.6％，P 0.001～0.01％，S 0.001～0.008％，Nb 0.004～0.04％，Ti 0.005～0.025％，N 0.002～0.007％，O 0.001～0.006％，Al 0.001～0.015％，Ca 0.0005～0.005％，Mg 0.0001～0.001％，余量为Fe；钢板中尺寸为0.5～5μm的夹杂物中，Ti‑Al‑Ca‑Mn‑O‑S复合夹杂物数量占10％以上，并具有特殊的成分组成。钢板制备步骤包括，转炉出钢时加入硅锰和钛铁脱氧合金化，LF精炼白渣脱硫，喂钙线处理，连铸坯采用两阶段控制轧制和控制冷却。本发明技术方案生产效率高，节省合金添加量，夹杂物细化HAZ组织效果明显，大线能量焊接低温韧性优异，有利于推广应用。

技术领域

本发明属于低合金高强度钢技术领域，特别涉及一种屈服强度355MPa级大线能量焊接用钢板及其制备方法。

背景技术

随着建筑、能源、造船和海洋工程等领域钢制结构的大型化发展，所用钢板的强度和厚度大幅度增加，生产规模极速扩大，通常建造这类大型结构的焊接工作量约占总工作量的30～40％。由此，在保证焊接质量的前提下，如何提高焊接效率是实现低成本节约型制造的关键。采用大线能量焊接用钢板，可减少焊接道次、提高效率。比如，对于40mm厚普通钢板，采用40kJ/cm的线能量需焊接约18道次，而采用线能量为300kJ/cm的大线能量焊接方法可单道次成形，焊接效率成数十倍提高。常规的焊接结构用钢只能承受50kJ/cm以下的线能量，焊接施工时不得不采用生产效率低下的多道次焊接方法，因此大线能量焊接用钢的研发和应用已引起国内各相关领域的广泛关注。

在大线能量焊接时，钢板焊接热影响区(HAZ)高温停留时间长，焊后冷却速度慢，导致奥氏体晶粒严重粗化，并产生粗大相变组织，造成HAZ韧性严重恶化。传统钢材中通常采用TiN钉扎晶粒细化组织，但在大线能量下TiN将大量溶解而失去作用。因此，研究采用具有更高熔点的氧化物或氧硫化物来细化热影响区组织，改善大线能量焊接性能。

公开号为CN103343284A的发明专利公开了一种大线能量焊接Q345级别钢板的生产方法，其特征是添加大量Ti元素0.1～0.2％，并控制Ti/N元素含量比例为2.4～3.2，形成高温下较稳定的TiN析出，钉扎奥氏体晶界促进铁素体形成，提高HAZ韧性。公开号为CN101684534A的发明专利公开了一种适应大线能量焊接的钢板及其制造方法，其特征是在转炉出钢阶段对钢包顶渣进行还原，在精炼阶段加入脱氧剂分步进行脱氧，形成氧化物和MnS夹杂物，提高钢板大线能量焊接性能。公开号为CN102080189A的发明专利公开了一种大热输入焊接用结构钢及其制造方法，其特征是在转炉添加Si、Mn、Al，调整氧含量在10～300ppm进行LF炉精炼，依次添加Ti、Cr、Mo、Cu等两种或以上元素，LF精炼后进行连铸和轧制冷却。公开号为CN104451389A的发明专利公开了一种100mm厚抗大线能量焊接E36海洋工程用钢板，其特征是钢水冶炼出钢时往钢包中加入硅锰进行合金化，LF精炼依次添加Ti、Ni、Cu、Nb、Al元素，进行连铸、热轧和正火。公开号为CN101476018A的发明专利公开了一种提高钢板在大线能量焊接条件下热影响区韧性的方法，其特征是基于CaO-MnS机理，通过在钢中添加Ca元素，形成细小CaO和MnS提高HAZ韧性。公开号为CN104498827A的发明专利公开了一种355MPa级大线能量焊接用钢及其制造方法，其特征是通过添加Nb、Ti、V元素和控轧控冷工艺，形成微合金的碳氮析出物抑制奥氏体晶粒长大，增加针状铁素体形核。公开号为CN103215507A的发明专利公开了一种提高大线能量焊接性能的钢板冶炼方法，其特征是转炉出钢采用Mn、Si脱氧，钢包炉脱氧采用Ti、Al、Mg、Ca脱氧，钢水中形成细小夹杂物，提高大线能量焊接性能。