一種焊接熱影響區(qū)韌性?xún)?yōu)異的厚鋼板及其制造方法
【專(zhuān)利摘要】一種焊接熱影響區(qū)韌性?xún)?yōu)異的厚鋼板及其制造方法，包括如下步驟：1）冶煉、精煉和連鑄，其成分質(zhì)量百分比為：C0.05～0.09%，Si0.10～0.30%，Mn1.2～1.6%，P≤0.02%，S0.001～0.006%，Ni0.20～0.40%，Cu0.15～0.3%，Ti0.005～0.03%，Al0.003～0.1%，Ca0.0005～0.005%，REM≤0.02%，Zr≤0.02%，B0.0002～0.005%，N0.001～0.006%，其余Fe和不可避免雜質(zhì)；且，1≤Ti/N≤6；2）軋制；3）冷卻。本發(fā)明可以形成微細(xì)彌散分布的夾雜物，通過(guò)對(duì)直徑≥1μm的微米夾雜物的面密度、Ca/Al比、夾雜物長(zhǎng)寬比，對(duì)直徑＜1μm的亞微米夾雜物的面密度進(jìn)行控制，母材抗拉強(qiáng)度≥510MPa級(jí)，焊接線能量200～400kJ/cm，焊接熱影響區(qū)具有良好的沖擊韌性。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種焊接熱影響區(qū)韌性?xún)?yōu)異的厚鋼板及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鋼鐵冶金和鋼鐵材料領(lǐng)域，特別涉及一種焊接熱影響區(qū)韌性?xún)?yōu)異的厚鋼板及其制造方法，板厚50~70mm，母材抗拉強(qiáng)度> 510MPa級(jí)，焊接線能量為200~400kJ/cm，鋼板的焊接熱影響區(qū)在-40°C下的平均夏比沖擊功在50J以上，焊接熱影響區(qū)(HAZ)具有良好沖擊韌性，鋼材可以應(yīng)用于造船、建筑、海洋平臺(tái)、橋梁、壓力容器和石油天然氣管線等領(lǐng)域的焊接結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]對(duì)于造船、建筑、海洋平臺(tái)、橋梁、壓力容器和石油天然氣管線等領(lǐng)域，近年來(lái)，板厚50mm以上，母材的抗拉強(qiáng)度> 510MPa級(jí)的鋼材已經(jīng)大量使用。為了提高這些厚鋼板的焊接效率，已經(jīng)開(kāi)發(fā)了以氣電立焊、電渣焊為代表的大線能量、單道次焊接方法。這些大線能量焊接方法，可以大幅度提高焊接效率，縮短焊接工時(shí)，降低制造成本，降低焊接工的勞動(dòng)強(qiáng)度。然而，一般的厚板鋼經(jīng)過(guò)大線能量焊接后，焊接熱影響區(qū)的沖擊韌性顯著降低，成為制約大線能量焊接工藝應(yīng)用的主要因素。因此，改善厚鋼板的大線能量焊接性能成為越來(lái)越迫切的要求。
[0003]經(jīng)大線能量焊接后，焊接熱影響區(qū)鋼材的組織結(jié)構(gòu)遭到破壞，奧氏體晶粒明顯長(zhǎng)大，形成粗晶區(qū)。在粗晶區(qū)導(dǎo)致脆化的組織是冷卻過(guò)程中形成的側(cè)板條鐵素體、上貝氏體，粗大的晶界鐵素體以及在 晶界鐵素體近傍形成的珠光體、在側(cè)板條鐵素體的板條間形成的碳化物島狀馬氏體-奧氏體組元(MA)等。隨著焊接線能量的增加，原奧氏體晶粒粒徑變大，側(cè)板條鐵素體和上貝氏體組織更加發(fā)達(dá)，晶界鐵素體的尺寸也相應(yīng)增大，焊接熱影響區(qū)的夏比沖擊功將顯著降低，這降低了焊接熱影響區(qū)的韌性。
[0004]日本專(zhuān)利JP5116890 (金沢正午、中島明、岡本健太郎、金谷研:大入熱溶接用高張力鋼材製品製造方法，JP5116890，1976.5.28。)中揭示了在鋼材的成分設(shè)計(jì)中，添加一定量的T1、N，利用TiN粒子可以抑制焊接熱影響區(qū)韌性的劣化，焊接線能量可以提高到50kJ/cm ο但是當(dāng)船板鋼所要求的焊接線能量達(dá)到400kJ/cm的條件下,在焊接過(guò)程中,焊接熱影響區(qū)的溫度將高達(dá)1400°C，TiN粒子將部分發(fā)生固溶或者長(zhǎng)大，其抑制焊接熱影響區(qū)晶粒長(zhǎng)大的作用將部分消失，這時(shí)其阻止焊接熱影響區(qū)韌性劣化的效果將降低。
[0005]日本專(zhuān)利JP517300 (小池允、本間弘之、松田昭一、今軍倍正名、平居正純、山口福吉，溶接継手熱影響部靭性O(shè) t C Λ亡鋼材O製造法，JP517300，1993.3.8)中揭示了利用鈦的氧化物提高鋼材大線能量焊接性能的方法。鈦的氧化物在高溫下穩(wěn)定，不易發(fā)生固溶。同時(shí)鈦的氧化物可以作為鐵素體的形核核心發(fā)揮作用，細(xì)化鐵素體晶粒，并且形成相互間具有大傾角晶粒的針狀鐵素體組織，有利于改善焊接熱影響區(qū)的韌性。
[0006]鈦氧化物改善焊接熱影響區(qū)沖擊韌性的主要機(jī)理在于，在焊接冷卻過(guò)程中，在鈦氧化物表面容易析出TiN、MnS等析出物，由于TiN與鐵素體具有良好的位相共格關(guān)系，析出的MnS容易導(dǎo)致鈦氧化物表面形成Mn貧乏層，這樣可以誘導(dǎo)鐵素體在鈦氧化物粒子周?chē)纬?，從而促進(jìn)晶內(nèi)鐵素體的生長(zhǎng)，分割原奧氏體晶粒，提高焊接熱影響區(qū)的韌性。但是，鈦氧化物存在數(shù)量較少和在鋼中難以彌散分布兩大問(wèn)題。如果希望通過(guò)提高鋼中的鈦含量來(lái)提高鈦氧化物的數(shù)量，勢(shì)必導(dǎo)致大型鈦氧化物夾雜的形成。當(dāng)鈦氧化物粒子的尺寸大于5 μ m時(shí)，將降低母材和焊接熱影響區(qū)的沖擊韌性。因此在焊接線能量大于200kJ/cm的大線能量焊接過(guò)程中，單靠鈦的氧化物仍然不足以改善焊接熱影響區(qū)的韌性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種焊接熱影響區(qū)韌性?xún)?yōu)異的厚鋼板及其制造方法，板厚為50~70mm，母材抗拉強(qiáng)度≥510MPa ;在焊接線能量為200~400kJ/cm焊接條件下，具有vE_40≥50J良好的焊接熱影響區(qū)沖擊韌性。
[0008]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0009]本發(fā)明的一種焊接熱影響區(qū)韌性?xún)?yōu)異的厚鋼板，其化學(xué)成分質(zhì)量百分比為:
[0010]C:0.05 ~0.09%，
[0011]S1:0.10 ~0.30%,
[0012]Μn: 1.2 ~1.6%，
[0013]Ρ≤0.02%,
[0014]S:0.001 ~0.006%，
[0015]N1:0.20 ~0.40%，
[0016]Cu:0.15 ~0.3%，
[0017]T1:0.005 ~0.03%，
[0018]Α1:0.003 ~0.1%，
[0019]Ca:0.0005 ~0.005%,
[0020]REM ≤0.02%,
[0021]Zr ≤0.02%,
[0022]Β:0.0002 ~0.005%，
[0023]Ν:0.001 ~0.006%，
[0024]其余為Fe和不可避免雜質(zhì)；且，其中，1 (≤Ti/N ≤ 6 ；
[0025]在鋼板的縱截面上，對(duì)于直徑大于等于lym的微米夾雜物，面密度≥60個(gè)/mm2 ；該夾雜物中Ca/Al≥0.10，該夾雜物長(zhǎng)寬比≤2.0 ；
[0026]對(duì)于直徑小于1 μ m的亞微米夾雜物，面密度≥300個(gè)/mm2。
[0027]進(jìn)一步，本發(fā)明厚鋼板的化學(xué)成分還含有Nb ≤ 0.03%或Cr≤ 0.2%中一種以上元素，以質(zhì)量百分比計(jì)。
[0028]在本發(fā)明鋼的成分設(shè)計(jì)中:
[0029]C，是增加鋼材強(qiáng)度的元素。對(duì)于控軋控冷的TMCP工藝而言，為了穩(wěn)定地保持特定強(qiáng)度，C含量的下限為0.05%。但是過(guò)量地添加C，將導(dǎo)致母材和焊接熱影響區(qū)的韌性降低，C含量的上限為0.09%。
[0030]Si，是煉鋼預(yù)脫氧過(guò)程中所需要的元素，并且可以起到強(qiáng)化母材的作用，因此Si含量的下限為0.1%。但是Si含量過(guò)高超過(guò)0.3%時(shí)，會(huì)降低母材的韌性，同時(shí)在大線能量焊接過(guò)程中，將促進(jìn)島狀馬氏體-奧氏體組元的生成，顯著降低焊接熱影響區(qū)韌性。Si含量范圍為 0.10 ~0.30%。[0031]Mn，可以通過(guò)固溶強(qiáng)化提高母材的強(qiáng)度，又可以作為預(yù)脫氧元素發(fā)揮作用。同時(shí)MnS的析出可以促進(jìn)晶內(nèi)鐵素體的生成，Mn的下限值為1.2%。但是過(guò)高的Mn將導(dǎo)致板坯的中心偏析，同時(shí)會(huì)導(dǎo)致大線能量焊接熱影響區(qū)的硬化和MA生成，降低焊接熱影響區(qū)的韌性，所以Mn的上限值控制為1.6%。
[0032]Ni，可以提高母材的強(qiáng)度和韌性，其下限為0.2%。但是由于其價(jià)格昂貴，鑒于成本的限制，其上限為0.4%。
[0033]Cu，可以提高母材的強(qiáng)度和韌性，其下限為0.15%。但是Cu含量過(guò)高，將導(dǎo)致熱態(tài)脆性，Cu的上限為0.3%。
[0034]Ti，通過(guò)形成Ti2O3粒子，可以促進(jìn)晶內(nèi)鐵素體的生成。同時(shí)Ti與N結(jié)合生成TiN粒子可以釘扎奧氏體晶粒的長(zhǎng)大，使母材和焊接熱影響區(qū)組織細(xì)化，提高韌性。所以作為有益元素，Ti含量的下限為0.005%。但是Ti含量過(guò)高時(shí),將形成粗大的氮化物,或者促使TiC的生成，降低母材和焊接熱影響區(qū)的韌性，所以Ti含量上限為0.03%。
[0035]N，可以形成微細(xì)的Ti氮化物，在大線能量焊接過(guò)程中，可以有效地抑制奧氏體晶粒的長(zhǎng)大，其下限為0.001%。但是其含量超過(guò)0.006%，將導(dǎo)致固溶N的形成，降低母材和焊接熱影響區(qū)的韌性。
[0036]同時(shí)，要保持鋼材中具有合適的Ti/N比，其比值為I≤Ti/N≤6。當(dāng)Ti/N小于I時(shí)，TiN粒子的數(shù)量將會(huì)急劇降低，不能形成足夠數(shù)量的TiN粒子，抑制大線能量焊接過(guò)程中奧氏體晶粒的長(zhǎng)大，降低了焊接熱影響區(qū)的韌性。當(dāng)Ti/N大于6時(shí)，TiN粒子粗大化，同時(shí)過(guò)剩的Ti容易與C結(jié)合生成粗大的TiC粒子，這些粗大的粒子都有可能作為裂紋發(fā)生的起點(diǎn)，降低了母材和焊接熱影響區(qū)的沖擊韌性。
[0037]Al，鋼中的Al含量宜控制在0.003~0.1%。Al含量太低時(shí)，夾雜物中的Ca/Al過(guò)高，直徑大于等于I μ m的微米夾雜物面密度將小于60個(gè)/mm2，直徑小于I μ m的亞微米夾雜物的面密度將小于300個(gè)/mm 2。這樣微米夾雜物促進(jìn)晶內(nèi)鐵素體生長(zhǎng)的作用，以及亞微米夾雜物抑制奧氏體晶粒長(zhǎng)大的作用都會(huì)減弱，降低了焊接熱影響區(qū)的沖擊韌性，因此，Al含量的下限為0.003%。當(dāng)Al含量太高時(shí)，容易生成簇狀氧化鋁夾雜，不利于微細(xì)彌散分布夾雜物的生成。因此，Al含量的上限為0.1%。
[0038]Ca，添加Ca可以改善硫化物的形態(tài)，Ca的氧化物和硫化物還可以促進(jìn)晶內(nèi)鐵素體的生長(zhǎng)，Ca的氧化物和Al的氧化物結(jié)合可以形成低熔點(diǎn)的夾雜物，改善夾雜物的形貌。當(dāng)鋼中Ca含量小于0.0005%時(shí),夾雜物中的Ca/Al比過(guò)低，生成的直徑大于等于Iym的微米夾雜物面密度將小于60個(gè)/mm2，直徑小于I μ m的亞微米夾雜物的面密度將小于300個(gè)/_2，此外，夾雜物的長(zhǎng)寬比會(huì)大于2，導(dǎo)致長(zhǎng)條形夾雜物的生成，降低了焊接熱影響區(qū)的沖擊韌性。如果Ca含量大于0.005%, Ca的作用已經(jīng)飽和，同時(shí)增加了 Ca的蒸發(fā)損失和氧化損失。
[0039]REM和Zr，REM和Zr的添加可以改善硫化物的形態(tài)，同時(shí)REM和Zr的氧化物和硫化物可以抑制焊接熱循環(huán)過(guò)程中奧氏體晶粒的長(zhǎng)大。但是，當(dāng)REM和Zr的含量大于0.02%,將生成部分粒徑大于5 μ m的夾雜物，降低母材和焊接熱影響區(qū)的沖擊韌性。
[0040]B，通過(guò)形成BN，可以促進(jìn)晶內(nèi)鐵素體的生長(zhǎng)；作為固溶B，在焊接后的冷卻過(guò)程中偏析于奧氏體晶界，抑制晶界鐵素體的生成。為了提高焊接熱影響區(qū)的沖擊韌性，B含量的下限是0.0002%。但是B含量過(guò)高時(shí)將導(dǎo)致淬透性顯著上升，降低母材的韌性和延性，其上限是 0.005%。
[0041]S，在Ca和/或RE、Zr的添加過(guò)程中，與Ca和/或RE、Zr形成硫化物，還可以促進(jìn)MnS在氧化物粒子上，或在Ca、RE和Zr硫化物粒子上的進(jìn)一步析出，從而促進(jìn)晶內(nèi)鐵素體的形成，其下限為0.001%。但是，其含量過(guò)高，將導(dǎo)致板坯的中心偏析。另外，當(dāng)S含量超過(guò)
0.006%時(shí)，將會(huì)形成部分粗大的硫化物，這些粗大的硫化物將會(huì)作為裂紋形成的起點(diǎn)，降低母材和焊接熱影響區(qū)的沖擊韌性。因此，s含量的上限為0.006%。
[0042]P，是鋼中的雜質(zhì)元素，應(yīng)盡量降低。其含量過(guò)高，將導(dǎo)致中心偏析，降低焊接熱影響區(qū)的韌性，P的上限為0.02%。
[0043]Nb，可以細(xì)化鋼材的組織，提高強(qiáng)度和韌性。但是含量過(guò)高將降低焊接熱影響區(qū)的韌性，其上限是0.03%。
[0044]Cr，可以提高鋼的淬透性。對(duì)于厚鋼板而言，提高淬透性可以彌補(bǔ)厚度帶來(lái)的強(qiáng)度損失，提高板厚中心區(qū)域的強(qiáng)度，改善厚度方向上性能的均勻性。但是太高的Cr和Μη同時(shí)加入時(shí)，會(huì)形成低熔點(diǎn)的Cr-Mn復(fù)合氧化物，在熱軋過(guò)程中容易形成表面裂紋，同時(shí)還會(huì)影響鋼材的焊接性能。因此Cr含量上限為0.2%。
[0045]對(duì)提高大線能量焊接條件下厚鋼板焊接熱影響區(qū)的沖擊韌性進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，在Mn、S1、T1、Al、Ca、REM和Zr復(fù)合脫氧的條件下，可以促進(jìn)直徑大于等于1 μ m的微米氧化物粒子的大量生成，這些微米夾雜物具有較小的長(zhǎng)寬比，在它們的表面容易析出MnS、TiN，由此可以誘發(fā)晶內(nèi)鐵素體的形成。另外，還可以促進(jìn)直徑小于lym的氮化物、硫化物等亞微米夾雜物的大量生成，這些亞微米夾雜物在大線能量焊接過(guò)程中可以抑制奧氏體晶粒的長(zhǎng)大，因此可以大幅度改善焊接熱影響區(qū)的沖擊韌性。
[0046]本發(fā)明確定了夾雜物的合適成分、長(zhǎng)寬比和數(shù)量。夾雜物的成分利用SEM-EDS進(jìn)行測(cè)量，對(duì)于樣品進(jìn)行研磨和鏡面拋光之后，利用SEM對(duì)于夾雜物進(jìn)行觀察與分析，每個(gè)樣品夾雜物的成份是對(duì)于10個(gè)任意選取夾雜物分析結(jié)果的平均值。利用SEM在1000倍的倍率下對(duì)于50個(gè)連續(xù)選取視場(chǎng)進(jìn)行觀察，所觀察的視場(chǎng)面積大于0.27mm2。夾雜物的長(zhǎng)寬比和面密度是所觀察的夾雜物長(zhǎng)寬方向的尺寸、數(shù)量和視場(chǎng)面積的計(jì)算結(jié)果。由于在試樣的研磨和鏡面拋光狀態(tài)，利用掃描電鏡可以方便地觀察到夾雜物的最小尺寸約為0.2 μ m,對(duì)于鋼材中粒徑小于1.0 μ m的亞微米夾雜物，所測(cè)量和統(tǒng)計(jì)的夾雜物的最小尺寸約為0.2 μ m。
[0047]對(duì)于鋼材中粒徑大于或等于1.0 μ m的夾雜物，當(dāng)Ca/Al的質(zhì)量百分比含量的比值大于或等于0.1時(shí)，這樣的夾雜物可以防止以A1為主要成分的簇狀?yuàn)A雜物的形成，有利于夾雜物的微細(xì)化和形態(tài)控制。在鋼板的縱截面上，當(dāng)直徑大于等于1 μ m的微米夾雜物的面密度≥60個(gè)/mm2，夾雜物中Ca/Al≥0.10，夾雜物的長(zhǎng)寬比≤2.0，直徑小于1 μ m的亞微米夾雜物，面密度> 300個(gè)/mm2時(shí)，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，這樣的微米和亞微米夾雜物，可以促進(jìn)晶內(nèi)鐵素體的生成，抑制大線能量焊接過(guò)程中奧氏體晶粒的長(zhǎng)大，改善厚鋼板的大線能量焊接性能。
[0048]本發(fā)明的一種焊接熱影響區(qū)韌性?xún)?yōu)異的厚鋼板的制造方法，包括如下步驟:
[0049]1)冶煉、精煉和連鑄
[0050]按下述成分冶煉、精煉、連鑄成坯，鋼的化學(xué)成分質(zhì)量百分比為:C:0.05~0.09%,S1:0.10 ~0.30%, Mnl.2 ~1.6%, P ≤ 0.02%, S:0.001 ~0.006%, N1:0.20 ~0.40%,Cu: 0.15 ~0.3%, T1: 0.005 ~0.03%, A1:0.003 ~0.1%，Ca: 0.0005 ~0.005%, REM≤ 0.02%,Zr ( 0.02%, B:0.0002~0.005%, N:0.001~0.006%，其余為Fe和不可避免雜質(zhì);且，鋼板的化學(xué)成分滿(mǎn)足1 ( Ti/N ( 6，在鋼板的縱截面上，對(duì)于直徑大于等于1μ m的微米夾雜物，面密度≥60個(gè)/mm2 ;該夾雜物中Ca/Al≥0.10，該夾雜物長(zhǎng)寬比≤2.0 ;對(duì)于直徑小于1 μ m的亞微米夾雜物，面密度> 300個(gè)/mm2 ；
[0051]2)軋制
[0052]將鑄坯加熱到1050~1250°C，初軋溫度高于930°C，累計(jì)壓下率大于30% ;精軋溫度小于930°C，累計(jì)壓下率大于30% ；
[0053]3)冷卻
[0054]以2~30°C /s的冷卻速率水冷至終冷溫度300~550°C獲得的厚鋼板板厚50~70mm,母材抗拉強(qiáng)度> 51OMPa,在焊接線能量為200~400kJ/cm焊接條件下，鋼板的焊接熱影響區(qū)在-40° C下的平均夏比沖擊功在50J以上。
[0055]進(jìn)一步，所述厚鋼板的化學(xué)成分還含有NbS 0.03%或CrS 0.2%中一種以上元素，以質(zhì)量百分比計(jì)。
[0056]本發(fā)明在軋制和冷卻工藝中，
[0057]軋制前的加熱溫度小于1050°C時(shí)，Nb的碳氮化物不能完全固溶。當(dāng)加熱溫度大于1250 V時(shí)，將導(dǎo)致奧氏體晶粒的長(zhǎng)大。
[0058]初軋溫度高于930°C，累計(jì)壓下率大于30%，是因?yàn)樵诖藴囟纫陨?，發(fā)生再結(jié)晶，可以細(xì)化奧氏體晶粒。當(dāng)累計(jì)壓下率小于30%時(shí)，加熱過(guò)程中所形成的粗大奧氏體晶粒還會(huì)殘存，降低了母材的韌性。
[0059]精軋溫度小于930°C，累計(jì)壓下率大于30%，是因?yàn)樵谶@樣的溫度下，奧氏體不發(fā)生再結(jié)晶，軋制過(guò)程中所形成的位錯(cuò)，可以作為鐵素體形核的核心起作用。當(dāng)累計(jì)壓下率小于30%時(shí)，所形成的位錯(cuò)較少，不足以誘發(fā)針狀鐵素體的形核。
[0060]精軋之后以2~30°C /s的冷卻速率水冷至終冷溫度300~550°C，當(dāng)冷卻速率小于2°C/s時(shí)，母材強(qiáng)度不能滿(mǎn)足要求。當(dāng)冷卻速率大于30°C/s時(shí)，將降低母材的韌性。當(dāng)終冷溫度大于550°C時(shí)，母材的強(qiáng)度不能滿(mǎn)足要求。當(dāng)終冷溫度小于300°C時(shí)，將降低母材的韌性。
[0061]本發(fā)明的有益效果:
[0062]本發(fā)明采取合適的成分設(shè)計(jì)和夾雜物控制技術(shù)，通過(guò)對(duì)于鋼中Ti/N比值進(jìn)行合理控制，并對(duì)于直徑大于等于Iym的微米夾雜物的Ca/Al比值、面密度、長(zhǎng)寬比，直徑小于Iym的亞微米夾雜物的面密度進(jìn)行合理控制，可以在凝固和相變過(guò)程中，在這些夾雜物表面促進(jìn)晶內(nèi)鐵素體的生長(zhǎng)，或者抑制大線能量焊接過(guò)程中奧氏體晶粒的長(zhǎng)大，改善厚鋼板的大線能量焊接性能。本發(fā)明所制造的鋼板厚度規(guī)格為50~70mm，母材抗拉強(qiáng)度≥510MPa，在焊接線能量為200~400kJ/cm的焊接條件下，焊接熱影響區(qū)具有VE_4(I≥50J良好的大線能量焊接性能。
【具體實(shí)施方式】
[0063]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0064]表1是本發(fā)明實(shí)施例和對(duì)比例的化學(xué)成分(mass%)和Ti/N比值。表2是本發(fā)明實(shí)施例和對(duì)比例的母材力學(xué)性能、夾雜物特性和焊接熱影響區(qū)沖擊韌性。進(jìn)行冶煉、精煉和連鑄，得到鑄坯的化學(xué)成分如表1所示。然后將鑄坯加熱到1050°C~1250°C，初軋溫度為1000~1150°C，累計(jì)壓下率為50% ;精軋溫度為700~850°C，累計(jì)壓下率為53~67%% ;精軋之后以2~30°C /s的冷卻速率水冷至終冷溫度300~550°C。
[0065]采用氣電立焊對(duì)于不同厚度的鋼板實(shí)施一道次焊接，焊接線能量為200~400kJ/cm。在板厚1/2部的熔合線上取沖擊試樣，導(dǎo)入V型切口進(jìn)行沖擊韌性檢測(cè)，在-40 V下進(jìn)行三個(gè)樣品的夏比沖擊試驗(yàn)，焊接熱影響區(qū)沖擊韌性的數(shù)據(jù)是三次測(cè)量結(jié)果的平均值。
[0066]由表1和表2可見(jiàn)，實(shí)施例中根據(jù)本發(fā)明所確定的化學(xué)成分范圍進(jìn)行成分控制，并且控制Ti/N比值為1 ( Ti/N ( 6。另外，控制直徑大于等于1 μ m的微米夾雜物的面密度≥60個(gè)/mm2，Ca/Al≥0.10，夾雜物長(zhǎng)寬比≤2.0，直徑小于1 μ m的亞微米夾雜物的面密度> 300 個(gè) /mm2。
[0067]在對(duì)比例1和3中，Ca含量小于0.0005%,直徑大于等于1 μ m的微米夾雜物的面密度，Ca/Al比值，夾雜物長(zhǎng)寬比，直徑小于Ιμπι的亞微米夾雜物的面密度均不能滿(mǎn)足本發(fā)明的要求。在對(duì)比例2中，Ti/N比不能滿(mǎn)足本發(fā)明的要求。
[0068]表2列出了實(shí)施例和對(duì)比例中母材的拉伸性能和沖擊韌性，以及焊接熱影響區(qū)的沖擊韌性。母材的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率為兩個(gè)測(cè)試數(shù)據(jù)的平均值，母材和焊接熱影響區(qū)_40°C夏比沖擊功是三個(gè)測(cè)試數(shù)據(jù)的平均值。
[0069]從表中數(shù)據(jù)可以看出，實(shí)施例和對(duì)比例的母材力學(xué)性能沒(méi)有明顯的差異，都能滿(mǎn)足所制造鋼板的厚度規(guī)格為50~70mm，母材抗拉強(qiáng)度> 510MPa的要求。在焊接線能量為200~400kJ/cm的條件下，對(duì)于焊接熱影響區(qū)_40°C夏比沖擊功進(jìn)行了測(cè)試，實(shí)施例1~8的值分別是 105、120、220、145、58、90、240、85 (J)，對(duì)比例 1、2、3 的值是 12、21、16 (J)。實(shí)施例焊接熱影響區(qū)的沖擊韌性大幅度改善，可以滿(mǎn)足200~400kJ/cm大線能量焊接的要求。
[0070]本發(fā)明采取合適的成分設(shè)計(jì)，確定了鋼材中合適的Ti/N比值，并對(duì)于直徑大于等于1 μ m的微米夾雜物的Ca/Al比值、面密度、長(zhǎng)寬比，直徑小于1 μ m的亞微米夾雜物的面密度進(jìn)行合理控制，這樣可以在凝固和相變過(guò)程中在這些夾雜物表面促進(jìn)晶內(nèi)鐵素體的生長(zhǎng)，或者抑制大線能量焊接過(guò)程中奧氏體晶粒的長(zhǎng)大，改善厚鋼板的大線能量焊接性能。所制造的鋼板的厚度規(guī)格為50~70mm，母材抗拉強(qiáng)度> 510MPa，在焊接線能量為200~400kJ/cm焊接條件下，焊接熱影響區(qū)具有vE_4(i ^ 50J良好的大線能量焊接性能。該技術(shù)可用于造船、建筑、海洋平臺(tái)、橋梁、壓力容器和石油天然氣管線等厚鋼板的制造過(guò)程中，用于改善厚鋼板的大線能量焊接性能。
[0071]
【權(quán)利要求】
1.一種焊接熱影響區(qū)韌性?xún)?yōu)異的厚鋼板，其化學(xué)成分質(zhì)量百分比為:C:0.05 ~0.09%,S1:0.10 ~0.30%,Μη:1.2 ~1.6%,Ρ ≤ 0.02%,S:0.001 ~0.006%,N1:0.20 ~ 0.40%,Cu:0.15 ~0.3%, T1:0.005 ~0.03%,Α1:0.003 ~0.1%,Ca:0.0005 ~0.005%,REM ( 0.02%,Zr ( 0.02%,Β:0.0002 ~0.005%,N:0.001 ~0.006%,其余為Fe和不可避免雜質(zhì)；且，其中，1 ( Ti/N ( 6 ；在鋼板的縱截面上，對(duì)于直徑大于等于1 μ m的微米夾雜物，面密度> 60個(gè)/mm2，該夾雜物中Ca/Al≥0.10，該夾雜物長(zhǎng)寬比≤2.0 ；對(duì)于直徑小于1 μ m的亞微米夾雜物，面密度≤300個(gè)/mm2。
2.如權(quán)利要求1所述的焊接熱影響區(qū)韌性?xún)?yōu)異的厚鋼板，其特征是，所述厚鋼板的化學(xué)成分還含有Nb ( 0.03%或Cr < 0.2%中一種以上元素，以質(zhì)量百分比計(jì)。
3.一種焊接熱影響區(qū)韌性?xún)?yōu)異的厚鋼板的制造方法，包括如下步驟:1)冶煉、精煉和連鑄按下述成分冶煉、精煉、連鑄成坯，鋼的化學(xué)成分質(zhì)量百分比為:c:0.05~0.09%,S1:0.10 ~0.30%, Mn:L 2 ~L 6%, P ^ 0.02%, S:0.001 ~0.006%, N1:0.20 ~0.40%,Cu:0.15 ~0.3%，T1:0.005 ~0.03%，Α1:0.003 ~0.l%,Ca:0.0005 ~0.005%, REM ^ 0.02%,Zr ( 0.02%, Β:0.0002~0.005%, Ν:0.001~0.006%，其余為Fe和不可避免雜質(zhì)，并且，鋼板的化學(xué)成分滿(mǎn)足1 ( Ti/N ( 6 ;在鋼板的縱截面上，對(duì)于直徑大于等于1 μ m的微米夾雜物，面密度≤60個(gè)/mm2 ;該夾雜物中Ca/Al≥0.10，夾雜物長(zhǎng)寬比≤2.0 ;對(duì)于直徑小于1 μ m的亞微米夾雜物，面密度≥300個(gè)/mm2 ；2)軋制將鑄坯加熱到1050~1250°C，初軋溫度高于930°C，累計(jì)壓下率大于30% ;精軋溫度小于930°C，累計(jì)壓下率大于30% ；3)冷卻以2~30°C /s的冷卻速率水冷至終冷溫度300~550°C ；獲得的厚鋼板板厚50~70mm，母材抗拉強(qiáng)度> 510MPa,在焊接線能量為200~400kJ/cm焊接條件下，鋼板的焊接熱影響區(qū)在-40° C下的平均夏比沖擊功在50J以上。
4.如權(quán)利要求3所述的焊接熱影響區(qū)韌性?xún)?yōu)異的厚鋼板的制造方法，其特征是，所述厚鋼板的化學(xué)成分還含有Nb ( 0.03%或Cr < 0.2%中一種以上元素，以質(zhì)量百分比計(jì)。
【文檔編號(hào)】C22C38/58GK103695777SQ201310712505
【公開(kāi)日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2013年12月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月20日
【發(fā)明者】楊健, 高珊, 馬志剛, 祝凱, 張才毅, 王睿之, 王俊凱, 徐國(guó)棟 申請(qǐng)人:寶山鋼鐵股份有限公司