[发明专利]一种焊接性能良好的低屈强比海工钢板及其制造方法

说明书

本发明属于钢铁材料制备领域，尤其涉及一种焊接性能良好的低屈强比海工钢板及其制造方法。按重量百分比计，包括如下组分：C为0.05％～0.09％，Si为0.1％～0.4％，Mn为1.0％～1.5％，P≤0.02％，S≤0.02％，Als为0.005％～0.03％，Ni为0％～0.6％，Cu为0％～0.3％，Nb为0.008％～0.05％，Ti为0.005％～0.03％，N为0.002％～0.01％，V为0.02％～0.08％，Mo为0％～0.3％，其余为Fe和不可避免的杂质，钢板的屈强比≤0.80，碳当量Ceq≤0.41，Pcm≤0.21。本发明加入一定含量的N元素，配合V、Ti元素的第二相弥散析出，提高钢板的大线能量焊接性能和低温冲击韧性。结合化学成分和高终轧温度、低入水高返红温度、低冷却速度工艺，可以获得屈强比小于等于0.8的高服役安全性，在得到易于大线能量焊接的高服役安全性能钢板同时，形成了相应的生产工艺。

技术领域

本发明属于钢铁材料制备领域，尤其涉及一种焊接性能良好的低屈强比海工钢板及其制造方法。

背景技术

随着海洋工程迅速发展，钢铁作为海洋工程的主要结构，其研发水平和生产能力也在不断提升。海洋工程设备使用环境一般比较恶劣，因此海洋工程用钢应具有较高综合性能，如优异的塑性、低温冲击韧性和大线能量易焊接性。目前，海洋工程用钢已能满足海工领域市场的大部分需求，但部分高级别的特殊钢材仍无法稳定生产，耐低温冲击高效易焊高服役安全性的超高强钢板，其科研问题难度高，生产工艺严格，对设备要求高，开发难度大，尚在起步阶段。为满足海洋工程对高性能超高强钢板的需求，急需开发焊接性能良好的低屈强比高品质海洋工程用超高强钢。

在开发海洋油气资源，建造海洋平台过程中，为减轻平台自重，提高安全性，超高强钢的应用越来越普遍，且强度也越来越高。在自升式平台及半潜式平台建造中，超高强钢的使用量越来越大。普通高强度钢板为了达到海洋工程装备的结构设计，往往增加钢板厚度，这样既增加了焊接工作量，又使海工装备上层建筑结构重量加大重心上移。随着海工设备大型化、海洋平台超深水作业安全性的重视，对海洋平台的轻量化提出了更高要求。最有效的方式是采用更高强度级别海工钢板，设计更加轻薄的受力结构，这样既能降低平台重心提升稳定性，又可以增加重要装备的有效载荷，提高设备效率。目前海洋工程装备仍大量采用40公斤级以下海工钢板，限制超高强度级别钢板发展的主要原因是合金成本较高、低温冲击韧性不稳定、成材率低、焊接性能较差、屈强比过高、内应力大板型控制精度不高。

为降低制造成本、提高施工效率，海工装备企业普遍采用大热输入的焊接方式，这会导致热影响区中组织粗化，严重影响粗晶热影响区的韧性，容易引发焊接冷裂纹等缺陷。日本和韩国几家钢铁企业分别成功开发了适用于大热输入焊接用钢，船板用钢的热输入量可达到350～680kJ/cm，海洋工程用钢的热输入量约为200kJ/cm。

在国际上率先开发大线能量超高强海工钢的企业有杰富意钢铁株式会社、株式会社神户制钢所等。国内的宝钢、南钢、兴澄等钢厂也开展了大线能量超高强海工钢研制和开发，但没有对大线能量焊接、耐低温且低屈强比的超高强海工钢做出特定研究分析。公开号为CN106574316A专利公开的大线能量焊接用钢板碳当量为0.38～0.43，轧制工艺只限制850℃以下累计压下量，该成分工艺不能很好的保证大厚度成品钢板的焊接性能和屈强比性能。公开号为CN104603314A专利公开的焊接热影响部韧性优异的钢板采用氧化物冶金理论设计成分，其缺点在于与现有工艺有较大差别，且对氧化物形状、尺寸、分布有较高要求，生产难度较大。公开号为CN106756543A专利公开的TMCP态低成本大线能量焊接用钢板通过氧化物冶金方式提高钢板焊接性能，其炼钢连铸过程复杂不易实施，钢板中放弃Nb元素的加入会影响热机械轧制过程中细化晶粒的效果。公开号为CN106191659A专利公开的海洋工程用钢没有将N元素与Ti、V等元素充分配合，没有充分利用低温轧制阶段控制钢板组织状态，不能实现低屈强比的效果。

发明内容