[发明专利]一种大线能量焊接用低合金钢及其制备方法

说明书

本发明公开了一种大线能量焊接用钢板及其制备方法，属于高效焊接船舶与海工用钢技术领域，解决了现有技术中大线能量焊接用钢板工艺成本较高、强度不高、可承受大线能量焊接适应性不大、焊后冲击功较低等问题。本发明钢板的组成以质量百分比计为C：0.05～0.16％、Si：0.04～0.45％、Mn：0.5‑1.5％、P：≤0.025％、S：≤0.015％、Cu：0.10‑0.35％、Cr：0.05‑0.18％、Ni：0.05‑0.40％、Nb：0.022‑0.035％、V：0.05‑0.10％、Mo：0.02‑0.07％、Als：0.001～0.01％、N：0.001‑0.006％、O：0.002‑0.008％、Ti：0.006‑0.018％以及Mg：0.0003‑0.005％、Zr：0.0006‑0.03％中的一种或多种，其余为Fe和不可避免的杂质元素。本发明钢板在100‑200KJ/cm线能量焊接下具有良好低温韧性，具有良好的技术经济性和广泛的推广应用价值。

技术领域

本发明属于高效焊接船舶与海工用低合金钢技术领域，特别涉及一种大线能量焊接用低合金钢钢及其制备方法。

背景技术

近年来，中国已成为世界第一造船大国，造船量占据全球造船业的三分之一。随着中国海洋开发步伐不断加大以及船舶工业快速增长，对于海洋工程用钢的需求量逐年上升，要求不断提高。船舶与各类海洋工程作为大型焊接结构，焊接成本占整个制造成本的30-40％，焊接工时成本占焊接成本的一半以上，为了提高焊接效率，缩短工程制造周期，在船舶与海洋工程领域多采用大线能量焊接。但由于焊接线能量的增大，使得焊接热影响区高温停留时间变长，当焊接线能量超过50KJ/cm时，容易导致奥氏体晶粒严重粗化；同时，由于焊后冷却速度缓慢，在随后的相变过程中容易形成粗大的侧板条铁素体、魏氏组织、上贝氏体等异常组织，使焊接热影响区强度和韧性严重恶化，并容易产生裂纹等缺陷，影响整体结构件的安全使用性能。因此，如何解决大热输入焊接钢的低温韧性问题，提升船舶海工用钢的大线能量焊接适应性已成为钢铁行业需解决的迫切共性技术问题。

专利文献CN102560247A公开了一种中厚板大线能量钢及其冶炼办法，通过添加Ti、Al元素形成TiO_x-MnO-Al₂O₃-SiO₂-MnS复合夹杂物，这类复合夹杂的析出有助于诱导钢中形成针状铁素体，改善焊接热影响区的低温韧性，但其低温韧性较差，在-20℃条件下的冲击功不到100J。专利文献CN102839320A公开了一种大线能量焊接用钢板及其制造方法，通过添加B元素并采用TMCP热机械控制和快速冷却工艺生产，可适应焊接线能量在100-200KJ/cm范围内的高强度高韧性钢板，但其微合金化元素B冶炼过程中不易添加且易产生偏析，生产难度较高。专利文献CN103031491A公开了一种无铬微铝高强大线能量钢板及其制造方法，钢板具有优良的强度、塑韧性和焊接性能，但钢板的大线能量焊接适应性一般，仅为50-100KJ/cm。专利文献CN102312173A公开了一种抗拉强度700MPa级大线能量焊接结构用钢及其制造方法，通过成分合理设计形成Ti、Zr等氧化物，匹配TMCP工艺以提高钢的焊接性能，但其仅可适应30-100KJ/cm的焊接热输入。专利文献CN105256095A公开了一种大热输入焊接热影响区性能优异的钢板的冶炼方法，通过对钢中Ti/O、Mg+Zr与Ti+Al的比例控制，形成尺寸小于1μm的Mg、Zr、Ti复合夹杂物以提高材料的大线能量焊接适应性，但钢中需加入硼铁，硼易偏析并引发脆性，且其需要在破空无保护条件下喂丝处理，易导致钢水成分变化而影响最终效果。专利文献CN102839330A公开了一种800MPa级高强度大线能量焊接用厚板，通过低碳+高Ni+适量Cr、Mo元素实现厚度30mm以内钢板良好的焊接适应性，但其添加的Ni、Cr、Mo合金含量最高可达5％，成本较高，且仅适合40-100KJ/cm较小焊接线能量。专利文献CN102286692A公开了一种调质低温用钢及其制造方法，通过控制Mn/C、Ti/N、Ni/Cu、Ca/S等合金比值+再结晶控制轧制+在线直接淬火+回火热处理工艺生产，可承受大线能量焊接并获得较好低温性能，但其需要进行调质热处理，工艺成本较高。