一种低碳当量可大线能量焊接用厚钢板及其制造方法技术

一种低碳当量可大线能量焊接用厚钢板及其制造方法，包括如下步骤：1)冶炼、铸造，其成分重量百分比为：C 0.045～0.07％，Si 0.10～0.30％，Mn 1.3～1.6％，P≤0.015％，S 0.001～0.01％，Ni 0.2～0.4％，Ti 0.005～0.035％，Mg 0.0005～0.01％，N 0.001～0.01％，B 0.0005～0.005％，Al≤0.05％，Ca≤0.005％，REM≤0.02％，其余Fe和不可避免杂质；且，还含Nb≤0.03％或Cr≤0.2％中一种以上元素；2≤Ti/N≤6，Mg/(Al+Ti)≥0.024，Ceq：0.32％～0.36％，Bef：0.0005～0.005％；2)轧制；3)冷却。本发明专利技术通过对直径≥1μm的微米夹杂物的(Mg+Ca)/(Al+Ti)比和面密度，对直径0.1-1μm的亚微米夹杂物的(Mg+Ca)/(Al+Ti)比和面密度进行控制，对于板厚50～70mm，母材抗拉强度≥510MPa级的钢板，进行焊接线能量为200～400kJ/cm的焊接，焊接热影响区-40℃的平均夏比冲击功达到100J以上。

【技术实现步骤摘要】
一种低碳当量可大线能量焊接用厚钢板及其制造方法
本专利技术涉及焊接用厚钢板制造领域，特别涉及一种低碳当量可大线能量焊接用厚钢板及其制造方法。对于板厚为50～70mm，母材抗拉强度≥510MPa级的钢板，在焊接线能量为200～400kJ/cm的条件下，钢板的焊接热影响区具有良好的冲击韧性，-40℃的平均夏比冲击功在100J以上。该厚钢板可以作为焊接结构材料应用于船舶、建筑和海洋构造物等领域。
技术介绍
近年来，随着造船、建筑、压力容器、石油天然气管线及海洋平台等焊接构造物的大型化，日益要求改善厚钢板的大线能量焊接性能，这样可以提高焊接效率，缩短制造工时，降低制造成本。经过大线能量焊接后，焊接热影响区钢材的组织结构遭到破坏，奥氏体晶粒明显长大，容易形成粗晶区。在粗晶区导致脆化的组织是冷却过程中形成的侧板条铁素体、上贝氏体，粗大的晶界铁素体以及在晶界铁素体近傍形成的珠光体，在侧板条铁素体的板条间形成的碳化物岛状马氏体-奥氏体组元等。随着焊接线能量的增加，原奥氏体晶粒粒径变大，侧板条铁素体和上贝氏体组织更加发达，晶界铁素体的尺寸也相应增大，焊接热影响区的夏比冲击功将显著降低，这降低了焊接热影响区的韧性。在大线能量焊接条件下，为了改善厚钢板焊接热影响区的低温韧性，前人进行了大量的研究工作。如日本专利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。)中揭示了在钢材的成分设计中，添加一定量的Ti、N，利用TiN粒子可以抑制焊接热影响区韧性的劣化，焊接线能量可以提高到50kJ/cm。但是当焊接线能量达到200kJ/cm以上时，在焊接过程中，焊接热影响区的温度将高达1400℃，TiN粒子将部分发生固溶或者长大，其抑制焊接热影响区晶粒长大的作用将部分消失，这样将导致焊接热影响区韧性劣化。因此，仅仅利用微细粒子TiN的钢材，难以提高厚钢板的大线能量焊接性能。利用钛的氧化物也可以提高钢材大线能量焊接热影响区的韧性。这是因为钛的氧化物在高温下稳定，不易发生固溶。同时钛的氧化物可以作为铁素体的形核核心发挥作用，细化铁素体晶粒，并且形成相互间具有大倾角晶粒的针状铁素体组织，有利于改善焊接热影响区的韧性。该方法在日本专利JP517300(小池允、本間弘之、松田昭一、今軍倍正名、平居正纯、山口福吉，溶接継手熱影響部靭性のすぐれた鋼材の製造法，JP517300，1993.3.8)中进行了阐述。但是，钛氧化物存在数量较少和在钢中难以弥散分布两大问题。如果希望通过提高钢中的钛含量来提高钛氧化物的数量，势必导致大型钛氧化物夹杂的形成。当钛氧化物粒子的尺寸大于5μm时，将降低母材和焊接热影响区的冲击韧性。因此在焊接线能量大于200kJ/cm的大线能量焊接过程中，单靠钛的氧化物仍然难以改善焊接热影响区的韧性。神户制钢的日本专利JP4515430(高桥佑二、出浦哲史料：溶接熱影響部の靭性および母材靭性に優れた鋼材およびその製法，JP4515430，2010.5.21。)阐述了通过添加REM、Ca、Zr改善厚板焊接热影响区韧性的方法。在焊接热循环过程中，即使温度高达1400℃，利用REM、Ca、Zr脱氧生成的氧化物也可以在钢材中弥散分布而不发生固溶，因而可以阻止奥氏体晶粒的长大，从而有效地减小铁素体晶粒的尺寸。当夹杂物中REM、Ca、Zr氧化物的重量百分比含量大于5％，Ti氧化物的重量百分比含量大于0.3％的条件下，可以大幅度地提高焊接热影响区的冲击韧性。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种低碳当量可大线能量焊接用厚钢板及其制造方法，对于板厚为50～70mm，母材抗拉强度≥510MPa的钢板，在焊接线能量为200～400kJ/cm的条件下，具有vE-40≥100J良好的焊接热影响区冲击韧性。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是：本专利技术的一种低碳当量可大线能量焊接用厚钢板，其化学成分重量百分比为：C0.045～0.07％，Si0.10～0.30％，Mn1.3～1.6％，P≤0.015％，S0.001～0.01％，Ni0.2～0.4％，Ti0.005～0.035％，Mg0.0005～0.01％，N0.001～0.01％，B0.0005～0.005％，Al≤0.05％，Ca≤0.005％，REM≤0.02％，其余为Fe和不可避免杂质；其中，2≤Ti/N≤6，Mg/(Al+Ti)≥0.024；并且在钢板中，碳当量Ceq0.32％～0.36％，Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15；有效硼量Bef0.0005～0.005％，其中，当N-Ti×14.01/47.87≤0时，Bef＝B；当N-Ti×14.01/47.87>0时，Bef＝B-(N-Ti×14.01/47.87)×10.81/14.01。进一步，本专利技术厚钢板的化学成分还含有Nb0.001～0.03％或Cr≤0.2％中一种以上元素，以重量百分比计。在钢板中，对于直径大于等于1μm的微米夹杂物，夹杂物面密度≥100个/mm2，化学成分满足(Mg+Ca)/(Al+Ti)≥1.8。对于直径为0.1-1μm的亚微米夹杂物，夹杂物面密度≥220个/mm2，化学成分满足(Mg+Ca)/(Al+Ti)≥1.1。在本专利技术钢的成分设计中，C，是增加钢材强度的元素。对于控轧控冷的TMCP工艺而言，为了稳定地保持特定强度，C含量的下限为0.045％。但是过量地添加C，将导致母材和焊接热影响区的韧性降低，C含量的上限为0.07％。Si，是炼钢预脱氧过程中所需要的元素，并且可以起到强化母材的作用，因此Si含量的下限为0.1％。但是Si含量过高超过0.3％时，会降低母材的韧性，同时在大线能量焊接过程中，将促进岛状马氏体-奥氏体组元的生成，显著降低焊接热影响区韧性。Si含量范围为0.10～0.30％。Mn，可以通过固溶强化提高母材的强度，又可以作为预脱氧元素发挥作用。同时MnS的析出可以促进晶内铁素体的生成，Mn的下限值为1.3％。但是过高的Mn将导致板坯的中心偏析，同时会导致大线能量焊接热影响区的硬化和MA生成，降低焊接热影响区的韧性，所以Mn的上限值控制为1.6％。Ti，通过形成Ti2O3粒子，可以促进晶内铁素体的生成。同时Ti与N结合生成TiN粒子可以在焊接热影响区钉扎奥氏体晶粒的长大，使母材和焊接热影响区组织细化，提高韧性。所以作为有益元素，Ti含量的下限为0.005％。但是Ti含量过高时，将形成粗大的氮化物，或者促使TiC的生成，降低母材和焊接热影响区的韧性，所以Ti含量上限为0.035％。Mg，添加Mg可以生成微细弥散分布的MgO夹杂，以这些夹杂作为形核核心，可以促进TiN和MnS的析出，抑制焊接热循环过程中奥氏体晶粒的长大并促进晶内铁素体的生长，提高焊接热影响区的韧性。钢中的Mg含量以0.0005-0.01％为宜。当Mg含量小于0.0005％时，生成的微细夹杂物的数量将显著减少，同时微细夹杂物中的Mg含量显著降低，将不能满足在夹杂物表面析出MnS、TiN的要求。如果Mg含量大于0.01％，Mg的作用已经饱和，同时增加了Mg的蒸发损失和氧化损失。本专利技术发现，添加的Mg和钢液中的Al和Ti存在竞争脱本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低碳当量可大线能量焊接用厚钢板，其化学成分重量百分比为：C 0.045～0.07％，Si 0.10～0.30％，Mn 1.3～1.6％，P≤0.015％，S 0.001～0.01％，Ni 0.2～0.4％，Ti 0.005～0.035％，Mg 0.0005～0.01％，N 0.001～0.01％，B 0.0005～0.005％，Al≤0.05％，Ca≤0.005％，REM≤0.02％，其余为Fe和不可避免杂质；其中，2≤Ti/N≤6，Mg/(Al+Ti)≥0.024；并且在钢板中，碳当量Ceq：0.32％～0.36％，Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15；有效硼量Bef：0.0005～0.005％；当N‑Ti×14.01/47.87≤0时，Bef＝B；当N‑Ti×14.01/47.87>0时，Bef＝B‑(N‑Ti×14.01/47.87)×10.81/14.01。

【技术特征摘要】
1.一种低碳当量可大线能量焊接用厚钢板，其化学成分重量百分比为：C0.045～0.07％，Si0.10～0.30％，Mn1.3～1.6％，P≤0.015％，S0.001～0.01％，Ni0.2～0.4％，Ti0.005～0.035％，Mg0.0005～0.01％，N0.001～0.01％，B0.0005～0.005％，Al≤0.05％，Ca≤0.005％，REM≤0.02％，其余为Fe和不可避免杂质；其中，2≤Ti/N≤6，Mg/(Al+Ti)≥0.024；并且在钢板中，碳当量Ceq：0.32％～0.36％，Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15；有效硼量Bef：0.0005～0.005％；当N-Ti×14.01/47.87≤0时，Bef＝B；当N-Ti×14.01/47.87>0时，Bef＝B-(N-Ti×14.01/47.87)×10.81/14.01；对于直径大于等于1μm的微米夹杂物，夹杂物面密度≥100个/mm2，化学成分满足(Mg+Ca)/(Al+Ti)≥1.8；对于直径为0.1-1μm的亚微米夹杂物，夹杂物面密度≥220个/mm2，化学成分满足(Mg+Ca)/(Al+Ti)≥1.1。2.如权利要求1所述的低碳当量可大线能量焊接用厚钢板，其特征是，所述厚钢板的化学成分还含有Nb0.001～0.03％或Cr≤0.2％中一种或一种以上元素，以重量百分比计。3.如权利要求1或2所述的低碳当量可大线能量焊接用厚钢板，其特征是，所述厚钢板母材抗拉强度≥510MPa，在焊接线能量为200～400kJ/cm焊接条件下，钢板的焊接热影响区在-40℃的平均夏比冲击功在50J以上。4.一种低碳当量可大线能量焊接用厚钢板的制造方法，包括如下步骤：1)冶炼、铸造按下述成分冶炼、精炼、连铸成坯，钢的化学成分重量百分比为：C0.045～0.07％，S...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨健，高珊，祝凯，张才毅，王睿之，马志刚，徐国栋，王俊凯，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31