[发明专利]一种可承受150kJ/cm大热输入焊接的屈服强度不小于370MPa的E级钢板

说明书

一种可承受150kJ/cm大热输入焊接的屈服强度不小于370MPa的E级钢板，属于大热输入焊接用钢技术领域，所述E级钢板成分按质量百分比包括：C 0.04‑0.12，Si 0.10‑0.35，Mn 1.45‑1.58，P≤0.015，S≤0.005，Ni≤0.09，Cu≤0.07，Mo≤0.05，Nb 0.01‑0.09，V 0.01‑0.09，Ti 0.005‑0.030，B 0.0005‑0.0035，Al 0.005‑0.025，Ce 0.003‑0.010，N 0.0005‑0.0040，O 0.0005‑0.0030，其余为Fe和不可避免的杂质；上述成分中Ti、Nb、V、B、C和N，满足0.55≤12.03Ti+6.86Nb+1.46V+0.04B+0.24C+0.12N≤0.85。通过控制合金元素在钢中的存在形态，E级钢板在150kJ/cm大热输入的条件下、屈服强度不小于370MPa。

技术领域

本发明属于大热输入焊接用钢技术领域，具体涉及一种可承受150kJ/cm大热输入焊接的屈服强度不小于370MPa的E级钢板。

背景技术

在低温储藏罐、桥梁、造船、建筑等机械制造领域，随着焊接技术的发展，在追求高性能焊接结构的同时，也在追求施工的高效率。常规的焊接热输入在50KJ/cm以下，增大线能量可提高焊接效率，缩短工程制造周期。特别对于宽厚钢板，传统的方法是多道次焊接成型，并且通常需要焊前处理或层间繁琐的配合辅助工作，这种方法不仅焊接效率低下，工程周期长，且焊缝冶金质量一般得不到保证。相较于传统的多层多道焊，大线能量焊接方法可以一道次成型，生产效率成数倍甚至数十倍的提高，从而大幅降低制造成本。因此，在各工程领域，大型厚板焊接结构的制造均趋向于使用大线能量的焊接方法。

但是，在单道次大热输入焊接条件下，在经受的焊接热循环温度提高，焊缝组织晶粒增大，容易造成组织不均匀和力学性能变差。因此，防止焊接过程热影响区性能的恶化是开发大线能量焊接用钢的关键。控制大热输入焊接粗晶热影响区性能的主要手段是控制焊接过程中奥氏体晶粒的长大以及粗晶热影响区的组织。然而目前我国大线能量焊接用钢的生产仍存在困难，急需研发出适于可承受150KJ/cm大热输入焊接的钢板，以满足建筑、桥梁、船舶等领域的迫切需求。

专利文献CN109321851、CN109321846通过在钢的冶炼过程中控制氧的含量，配合其他微量合金元素形成细小弥散的Ti-X-O复合夹杂物，不仅能够抑制大热输入焊接过程中奥氏体晶粒的长大，同时还能为针状铁素体提供形核质点。氧化物冶金技术在实际应用的过程中，存在控氧困难，工艺窗口窄的问题，而且需要精确控制冶炼过程中的氧势并采用喂线的方法，这会造成冶炼时间延长，从而造成夹杂物尺寸粗大对钢板低温韧性造成不利的影响。

专利文献CN103343284、CN102154587、CN106086650、JP5116890中揭示了在钢材的成分设计中，添加定量的Ti、N，通过TiN粒子可以钉扎奥氏体晶界，细化晶粒，提高低温韧性。但是，在焊接过程中，焊接热影响区的温度超过1400℃，TiN将会发生固溶，其抑制奥氏体晶粒尺寸长大的能力将部分消失，而且母材组织因固溶Ti及固溶N而变脆，导致其改善焊接热影响区韧性劣化的效果显著降低。

公开号为CN109321851、CN102605248、CN102373371等发明专利提出采用氧化物冶金技术，在钢中添加Mg、Ca、Zr等合金元素并且在炼钢过程中严格控制氧的含量，可以在钢中形成大量细小弥散的复合夹杂物，该类粒子不仅能够抑制大热输入焊接过程中奥氏体晶粒的长大，同时还能促进晶内针状铁素体的形核，改善HAZ晶内组织。但是，氧化物冶金技术存在控氧困难，夹杂物细化程度不够等问题，粗大的夹杂物反而恶化了冲击韧性，进而导致钢厂无法稳定供货且生产成本高。

综上，现有技术在应对大热输入焊接问题的过程中暴露出来了纳米级别粒子对晶界的控制能力不足以及微米级别的形核能力不足的问题，氧化物冶金技术在二者之间获得平衡但难于控制，成本上升。