[发明专利]一种大线能量焊接用低碳贝氏体钢板及其制造方法

说明书

一种大线能量焊接用低碳贝氏体钢板及其制造方法，钢的组分按重量百分比为C=0.04~0.09，Si≤0.10，Mn=1.00~1.80，P≤0.012，S≤0.002，Als=0.006~0.020，Ni≥0.80，Cu=0.10~0.30，Nb=0.008~0.015，Ti≤0.003，B=0.0060~0.0160，N=0.0080~0.0200，O≤0.0015%，余量为Fe和不可避免的杂质，上述元素含量同时满足Mn+10×C≤2.20，Ni当量≤5.0，(B‑0.77×N+Ti/5+Nb/50+Al/50)=0.0010~0.0020，其中，Ni当量=Ni+30×C+30×N+0.5×Mn+0.25×Cu。本发明钢板特别适用于热输入100~300kJ/cm的大线能量焊接，其焊后拉伸强度≥510MPa，‑40℃冲击韧性≥120J。本发明方法解决了低碳贝氏体钢大线能量焊接HAZ粗晶区韧性和软化区强度的矛盾。

技术领域

本发明属于低合金钢技术领域，特别涉及一种适用于焊接线能量100~300kJ/cm的低碳贝氏体钢板及其制造方法。

背景技术

低碳贝氏体钢采用低碳、同时添加Mn、Mo、Cr、Ni、Cu、B等淬透性合金元素，其具有极佳的强韧性匹配和优良的焊接性能，广泛应用于船舶、海工、桥梁、高建、管线、工程机械等领域。为提高低碳贝氏体钢的焊接施工效率，降低成本，采用气电立焊、电渣焊等大线能量焊接方法，日益受到关注。然而，传统的低碳贝氏体钢在线能量大于100kJ/cm情况下高效焊接时，由于焊接热影响区组织的过度粗化，以及容易形成粗大的侧板条铁素体、魏氏体、上贝氏体、M/A岛等异常组织，焊接接头的韧性将严重下降。

目前，国内外对大线能量焊接的组织脆化问题已进行了大量机理研究，提出了一些提高热影响区（HAZ）韧性的方法。如日本专利特公昭55-026164、中国专利CN101153370B等，其机理是以TiN抑制热影响区奥氏体晶粒的长大，但是钢水中较多的Ti和N，将形成大尺寸的液析TiN，不仅失去了抑制晶粒长大的作用，反而可能成为裂纹萌生的起源点；当加入的Ti和N过少，在大线能量焊接的热影响高温区，未溶解的TiN粒子数量不足甚至已完全固溶，同样也失去了作用。通常利用TiN改善热影响区的韧性，线能量最大只能达到150kJ/cm的水平。为此，开发Ti-B复合添加技术，利用BN促进晶内针状铁素体的形核以及晶界上偏析的B能够抑制侧板条铁素体、魏氏体组织的形成，如日本专利特公昭59-2733、中国专利CN1302144C等。也有辅以MnS、CaS、VN的处理技术，如日本专利特开平03-264614、中国专利CN105296855B等。而日本专利特开昭61-079745、特开平06-293937、美国专利US4629505、中国专利CN102191429A、CN103215507B等，采用氧化物冶金技术，利用细小的Ti、Ca、Mg等氧化物钉扎奥氏体晶界和促进晶内针状铁素体生成的作用，使大线能量焊接热输入能达到500kJ/cm甚至更高。但是工业化的冶炼过程，氧化物难以稳定控制，一旦形成大颗粒夹杂物，反而会使母材和热影响区韧性下降。

此外，大线能量焊接时，由于热影响区的高温停留时间变长，温度连续变化梯度变小，所以在低碳贝氏体钢的热影响区域中，除靠近熔合线的粗晶区更为严重之外，靠近母材的相当于进行了正火处理的软化区将扩大，从而引起低碳贝氏体钢大线能量焊接接头的软化问题。为保证焊接接头强度，若采用提高母材强度的方式，将进一步导致粗晶区的韧性下降。因此，低碳贝氏体钢的大线能量焊接应兼顾热影响区的韧性和强度。

发明内容

本发明皆在提供一种大线能量焊接用低碳贝氏体钢板及其制造方法，实现热输入100~300kJ/cm的大线能量焊接，其焊后拉伸强度≥510MPa，-40℃冲击韧性≥120J。

本发明的技术方案是：