專利名稱：一種可大線能量焊接的低溫結(jié)構(gòu)用鋼板及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于低合金高強(qiáng)鋼技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種可大線能量焊接(線能量大于 50kJ/cm)的低溫結(jié)構(gòu)用鋼板及其制造方法。
背景技術(shù)：
焊接作為一種重要的加工手段，在結(jié)構(gòu)制造領(lǐng)域正受到越來越多的關(guān)注。提高焊 接生產(chǎn)效率在結(jié)構(gòu)制造中具有重要意義，而厚板在使用傳統(tǒng)焊接方法焊接時(shí)，需多層焊接， 施工效率顯著下降。為提高生產(chǎn)效率，越來越多采用多絲埋弧焊、氣電立焊等大線能量焊接 方法。傳統(tǒng)的低合金鋼板進(jìn)行大線能量焊接時(shí)，由于焊接熱循環(huán)的作用，在焊接熱影響 區(qū)晶粒異常長(zhǎng)大，導(dǎo)致韌性急劇下降。另外，對(duì)于傳統(tǒng)的TMCP (形變熱處理)技術(shù)，隨著鋼 板強(qiáng)度的提高和厚度的增加，必須提高碳當(dāng)量(Ceq)，這是焊接性能和焊接熱影響區(qū)韌性惡 化的又一因素。大線能量焊接低合金高強(qiáng)鋼時(shí)必須考慮焊接熱影響區(qū)的組織轉(zhuǎn)變特點(diǎn)，目前一些 研究涉及大線能量焊接低合金高強(qiáng)鋼及其制造方法，如大線能量焊接低合金高強(qiáng)鋼(申請(qǐng) 號(hào)02115877)、大線能量焊接非調(diào)質(zhì)高韌性低溫鋼及其生產(chǎn)方法(申請(qǐng)?zhí)?1U8316)等等， 可均存在以下問題1.焊接線能量低，有些只能在50 lOOkJ/cm。2.有些必須采用調(diào)質(zhì)工藝生產(chǎn)，工藝復(fù)雜，成本高。3.不適用于低溫使用場(chǎng)合。4.使用貴重金屬比較多，成本高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可大線能量焊接的低溫結(jié)構(gòu)用鋼板及其制造方法，實(shí) 現(xiàn)了成本較低，工藝簡(jiǎn)單，易于控制。鋼板性能應(yīng)該滿足高強(qiáng)度、高韌性、良好焊接工藝性 能、滿足大線能量焊接的要求。本發(fā)明鋼板的的化學(xué)成分Wt%為化學(xué)成分Wt %為C :0. 06-0. 12 ； , Si 0. 05-0. 30，Mn :1. 20-1. 70，P < 0. 01，S < 0. 01，Al :0. 01-0. 10 ；，Ti :0. 02-0. 05， B 0. 001-0. 005，Ni 0. 15-0.50，Nb 0. 01-0. 10，V0. 01-0. 10，N0. 002-0.010，Cu
0. 05-0. 30 ；余量為!^e及不可避免的雜質(zhì)。下面具體闡述各合金元素的作用眾所周知，晶粒細(xì)化是同時(shí)提高鋼的強(qiáng)度和韌性的唯一途徑。所以在鋼中引入微 量的合金元素，形成彌散分布的高熔點(diǎn)顆粒，這些顆粒一方面以“釘軋”的形式阻礙奧氏體 晶界的遷移，限制奧氏體晶粒的長(zhǎng)大，同時(shí)增加了相變過程中的形核點(diǎn)，從而使鋼的組織更 加細(xì)小。Ti在鋼中形成細(xì)小彌散的TiN粒子，在焊接熱循環(huán)過程中有效阻止奧氏體晶粒的長(zhǎng)大，促進(jìn)針狀鐵素體析出，從而改善熱影響區(qū)的韌性。此外，Ti在焊接過程中形成高熔點(diǎn) 的硫化物，提高了焊縫的抗裂性。Nb在鋼中與N也有著強(qiáng)烈的親和力，可以取代部分Ti，釘軋、拖拽高溫奧氏體晶界 的遷移。Mn是防止熱裂紋的有益元素。Mn的存在改善了硫化物的分布形態(tài)，使薄膜狀的低 熔點(diǎn)化合物FeS改變?yōu)榍驙?，并置換FeS形成MnS，從而減少了低熔點(diǎn)硫化物的數(shù)量。適量的Al能改善熱影響區(qū)的低溫韌性，隨著Al的加入，鋼中M-A島數(shù)量減少，其 平均長(zhǎng)度減少，并且M-A中殘余奧氏體數(shù)量增加，從而提高HAZ的韌性。Ni是能夠增加基體金屬韌性并改善強(qiáng)化而不惡化HAZ韌性的元素，隨著Ni的加 入，強(qiáng)度和韌性都有改善。B能減少焊縫中自由狀態(tài)的N，提高HAZ粗晶區(qū)的韌性。TiN粒子在溫度超過 14500C時(shí)易熔解，產(chǎn)生的自由N原子對(duì)熱影響區(qū)韌性不利。B與N結(jié)合形成BN，從而改善韌 性。本發(fā)明鋼板制造工藝為鐵水預(yù)處理一轉(zhuǎn)爐煉鋼一鋼包脫氧合金化一精煉處理(LF 爐、RH爐、微調(diào)成分等)一板坯澆鑄一板坯緩冷一加熱一一次除鱗一控制軋制一控制冷卻 —矯直一探傷一入庫。在工藝中控制如下技術(shù)參數(shù)采用轉(zhuǎn)爐將鐵水或鐵水和廢鋼經(jīng)煉鋼后精煉，使用Ti鐵和Al線脫氧，并調(diào)整Ni、 Nb、V、Ti 等合金元素的成分達(dá)到要求指標(biāo)(Ni 0. 15-0. 50，Nb :0. 01-0. 10，V :0. 01-0. 10， Ti :0.02-0. 05。)，然后進(jìn)行連鑄、熱軋；熱軋將板坯加熱到1000 1300°C，均熱2 6小時(shí)進(jìn)行熱軋，軋制成12 50mm 厚鋼板，軋后以1 30°C /s冷卻速度在線冷卻。由于采用了先進(jìn)的微合金控制技術(shù)和TMCP工藝，因此具備工藝簡(jiǎn)單，易于控制， 成本較低的特點(diǎn)。其制造的低溫結(jié)構(gòu)用鋼板滿足抗拉強(qiáng)度600Mpa，可適用于50 150kJ/ cm線能量的大線能量焊接，焊后不需要熱處理，熱影響區(qū)的低溫韌性高。鋼板具備焊接效 率高，裂紋敏感性低，綜合性能高的特點(diǎn)，能夠顯著提高勞動(dòng)效率，節(jié)約能源和材料，降低成 本。鋼板可應(yīng)用于船舶、工程機(jī)械等大型結(jié)構(gòu)和設(shè)施。鋼板應(yīng)用于低溫環(huán)境，適用于氣體保 護(hù)焊、埋弧自動(dòng)焊、氣電立焊等大線能量焊接。本發(fā)明的有點(diǎn)在于，有效提高焊接效率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約資源和成本，可應(yīng)用 于船舶、工程機(jī)械等大型結(jié)構(gòu)和設(shè)施。鋼板應(yīng)用于低溫環(huán)境，適用于氣體保護(hù)焊、埋弧自動(dòng) 焊、氣電立焊等大線能量焊接方法。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1化學(xué)成分Wt % =C 0. 06 ；Si 0. 25 ；Mn 1. 50 ；P < 0. 007 ；S < 0. 003 ；Al 0. 05 ；Ti 0. 02 ；B 0. 002 ；Ni 0. 25 ；Nb 0. 05 ；V 0. 04 ；N 0. 005 ；Cu 0. 01 ；其余為 Fe 及不可避免的雜質(zhì)。其制造工藝為采用轉(zhuǎn)爐將鐵水或鐵水和廢鋼經(jīng)煉鋼后精煉，使用Ti鐵和Al線脫 氧，并調(diào)整成分，然后進(jìn)行連鑄、熱軋。熱軋工藝是將板坯加熱到1250°C，均熱4小時(shí)進(jìn)行熱軋，軋制成40mm厚鋼板，軋后
4以15°C /s冷卻速度在線冷卻。本實(shí)施例所制造的鋼板抗拉強(qiáng)度為600Mpa，可適用于150kJ/cm線能量的大線能 量焊接，焊后不需要熱處理。焊接接頭熱影響區(qū)的_60°C沖擊功140J，具有優(yōu)良的低溫韌 性。實(shí)施例2化學(xué)成分Wt%:C 0. 08 ；Si 0. 30 ；Mn 1. 40 ；P < 0. 01 ；S < 0. 005 ；Al 0. 10 ；Ti 0. 05 ；B 0. 005 ；Ni 0. 15 ；Nb 0. 02 ；V 0. 08 ；N 0. 01 ；Cu 0. 008 ；其余為 Fe 及不可避免的雜質(zhì)。其制造工藝為采用轉(zhuǎn)爐將鐵水或鐵水和廢鋼經(jīng)煉鋼后精煉，使用Ti鐵和Al線脫 氧，并調(diào)整成分，然后進(jìn)行連鑄、熱軋。熱軋工藝是將板坯加熱到1200°C，均熱5小時(shí)進(jìn)行熱軋，軋制成50mm厚鋼板，軋后 以25°C /s冷卻速度在線冷卻。本實(shí)施例所制造的鋼板抗拉強(qiáng)度為550Mpa，可適用于150kJ/cm線能量的大線能 量焊接，焊后不需要熱處理，焊接接頭熱影響區(qū)的-40°C沖擊功220J，具有優(yōu)良的低溫韌 性。
權(quán)利要求
1.一種可大線能量焊接的低溫結(jié)構(gòu)用鋼板，其特點(diǎn)在于，化學(xué)成分wt%為C: 0. 06-0. 12，Si 0. 05-0. 30，Mn :1. 20-1. 70，P < 0. 01，S < 0. 01，Al :0. 01-0. 10，Ti 0. 02-0. 05，B 0. 001-0. 005，Ni :0. 15-0. 50，Nb :0. 01-0. 10, V :0. 01-0. 10，N :0. 002-0. 010， Cu 0. 05-0. 30 ；余量為!^e及不可避免的雜質(zhì)。
2.—種權(quán)利要求1所述的可大線能量焊接的高強(qiáng)鋼板的制造方法，工藝為鐵水預(yù)處 理一轉(zhuǎn)爐煉鋼一鋼包脫氧合金化一精煉處理一板坯澆鑄一板坯緩冷一加熱一一次除鱗一 控制軋制一控制冷卻一矯直一冷床冷卻一精整一拋丸一回火處理一性能檢驗(yàn)一成品入庫； 其特征在于，在工藝中控制如下技術(shù)參數(shù)采用轉(zhuǎn)爐將鐵水或鐵水和廢鋼經(jīng)煉鋼后精煉，使用Ti鐵和Al線脫氧，并調(diào)整Ni、Nb、 V、Ti合金元素的成分達(dá)到要求指標(biāo)，然后進(jìn)行連鑄、熱軋；熱軋將板坯加熱到1000 1300°C，均熱2 6小時(shí)進(jìn)行熱軋，軋制成12 50mm厚 鋼板，軋后以1 30°C /s冷卻速度在線冷卻。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，精煉處理在LF爐、RH爐或微調(diào)成分。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，Ni、Nb、V、Ti合金元素的成分要求指標(biāo) 機(jī)％為:Ni :0. 15-0. 50，Nb :0. 01-0. 10，V :0. 01-0. 10，Ti :0. 02-0. 05。
全文摘要
一種可大線能量焊接的低溫結(jié)構(gòu)用鋼板及其制造方法，屬于低合金高強(qiáng)鋼技術(shù)領(lǐng)域。鋼板的化學(xué)成分為C0.06-0.12，Si0.05-0.30，Mn1.20-1.70，P＜0.01，S＜0.01，Al0.01-0.10，Ti0.02-0.05，B0.001-0.005，Ni0.15-0.50，Nb0.01-0.10，V0.01-0.10，N0.002-0.010，Cu0.05-0.30；余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)。制造工藝為鐵水預(yù)處理→轉(zhuǎn)爐煉鋼→鋼包脫氧合金化→精煉處理→板坯澆鑄→板坯緩冷→加熱→一次除鱗→控制軋制→控制冷卻→矯直→冷床冷卻→精整→拋丸→回火處理→性能檢驗(yàn)→成品入庫。優(yōu)點(diǎn)在于，有效提高焊接效率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約資源和成本，可應(yīng)用于船舶、工程機(jī)械等大型結(jié)構(gòu)和設(shè)施。
文檔編號(hào)C22C38/16GK102108467SQ20101060239
公開日2011年6月29日 申請(qǐng)日期2010年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月13日
發(fā)明者張飛虎, 章軍, 董現(xiàn)春, 許良紅, 陳延清, 鞠建斌 申請(qǐng)人:首鋼總公司