[发明专利]一种大线能量焊接EH550MPa级调质海工钢板及其制造方法

说明书

一种大线能量焊接EH550MPa级调质海工钢及其制造方法，其成分重量百分比为：C 0.06～0.12％，Si，0.02～0.06％，Mn 0.7～1.2％，Ti 0.006～0.012％，Al 0.002～0.010％，Cr 0.30～0.50％，Mo 0.3～0.4％，V 0.03～0.04％，N 0.0020～0.0030％，S 0.002～0.010％，P≤0.008％，余Fe和不可避免杂质；其中，钢中含Ti夹杂物的平均尺寸在2～3μm之间，此夹杂物密度不小于50个/mm²。本发明所述调质海工钢的屈服强度≥550MPa、抗拉强度≥670MPa，母材‑40℃冲击功(单个值)≥180J，焊接线能量50kj/cm，100kj/cm，150kj/cm的热影响区‑40℃冲击功(单个值)≥80J。

技术领域

本发明属于海洋工程用钢领域，特别涉及一种大线能量焊接EH550MPa级调质海工钢及其制造方法。

背景技术

海洋油气已经成为当今世界的重要能源，随着全球油气勘探和开发利用技术的发展，对海洋油气工程装备的需求越来越大，如自升式钻井平台、半潜式钻井平台，钻井船等。这些海洋油气工程装备制造所需的钢材强度等级。韧性等级及厚度、尺寸精度和焊接性能要求不断提高。

海工钢焊接部位多，服役周期长，作业环境恶劣，对焊接性能要求高。采用大线能量焊接技术，能够缩短海洋平台的制造周期，降低制造成本，对海洋平台制造技术的提高有着重要的意义。但是由于海工钢强度级别高，合金含量高于普通船板，所以焊接难度大，经过大线能量焊接后，热影响区的冷却速度会比较缓慢，热影响区晶粒将急剧增大，组织将会显著粗化，焊接热影响区的韧性会明显下降。与母材相比，热影响区韧性损失严重时可高达80％。虽然焊接热影响区宽度一般只有几毫米，但热影响区粗晶区的韧性严重下降很可能成为裂纹的开裂源，为海洋平台的安全使用留下隐患。

中国专利CN 106191659 A公开的“一种可大线能量焊接的海洋工程用钢板及其制造方法”，成功的开发出一种可大线能量焊接的海工钢，冶炼工序中脱氧工艺简单，以硅铁和金属锰为主，不添加强脱氧剂，经过100kj/cm，200kj/cm线能量的焊接热模拟后-60℃冲击功大于90J。但该发明涉及的钢板屈服强度440～460MPa，抗拉强度560～580MPa，没有解决高强度级别的海工钢大线能量焊接问题。

中国专利CN201410300713.X公开的“一种可大热输入焊接550MPa级钢板及其制造方法”，从合金涉及入手，采用超低碳C-超低Si-高Mn-Nb系低合金钢作为基础，尽可能减少钢中Al的含量，优化TMCP工艺，成功开发出一种屈服强度≥465MPa、抗拉强度550MPa～650MPa，-60℃冲击功(单个值)≥100J，焊接大线能量热影响区-40℃冲击功(单个值)≥100J的钢板。但该发明的钢板屈服强度低于550MPa，且使用Ca为脱氧剂，冶炼工序较为复杂。

发明内容

本发明的目的是提供一种大线能量焊接EH550MPa级调质海工钢及其制造方法，该钢屈服强度≥550MPa、抗拉强度≥670MPa，母材-40℃冲击功(单个值)≥180J，焊接线能量50kj/cm，100kj/cm，150kj/cm的热影响区-40℃冲击功(单个值)≥80J。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

本发明通过优化合金成分设计，确保钢板的合金成分在本发明的范围内，以保证钢板有足够的强度和合适的母材组织；同时在冶炼过程中，对脱氧剂种类的选择，添加顺序的优化、钢液中氧位的控制和几种脱氧剂的添加比例控制，通过脱氧工艺的优化，控制钢中生成成分合适尺寸适宜的夹杂物，通过合适的夹杂物来影响大线能量焊接热影响的组织，从而提高EH550MPa级调质海工钢的低温冲击性能。