焊接热影响区韧性优异的超高强度焊接结构用钢材及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种使用于船舶、建筑、桥梁等焊接结构物的结构用钢材，更详细地涉及一种焊接热影响区的韧性优异之超高强度焊接结构用钢材及其制造方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术涉及一种使用于船舶、建筑、桥梁等焊接结构物的结构用钢材，更详细地涉及一种焊接热影响区的韧性优异之超高强度焊接结构用钢材及其制造方法。【专利说明】焊接热影响区韧性优异的超高强度焊接结构用钢材及其制造 方法
本专利技术涉及一种使用于船舶、建筑、桥梁等焊接结构物的结构用钢材，更详细地涉 及一种焊接热影响区的韧性优异的超高强度焊接结构用钢材及其制造方法。
技术介绍
最近，随着建筑物及结构物等趋向于超高层化及大型化，与现有的钢材相比，对使 用在这些领域的钢材有大型化、更高强度的要求，因此，其厚度也逐渐变厚。 为了制造这样的大型焊接结构物，对使用于此的钢材的强度有更高的要求，同时 为了使耐震性优异，仍然需要低的屈服比。通常，可通过将钢材的金属组织实现为下述组织 来降低钢材的屈服比，所述组织为：大部分是诸如铁素体（ferrite)的软质相（soft phase)，并且贝氏体(bainite)和马氏体(martensite)等的硬质相(hard phase)适当地分 散的组织。 为了对这样的高强度钢材进行焊接进而制造为焊接结构物，需要高效率的焊接， 为此，通常使用在施工费用节约及焊接施工效率的方面上有利的高效率焊接。但是，实施如 此高效率焊接时，就焊接母材之受热影响的焊接热影响区(Heat Affected Zone，位于焊接 金属和钢材的界面向钢材一侧几毫米的位置)而言，焊接中晶粒成长或组织变得粗大从而 韧性大大降低。 尤其，恪融线(fusion boundary)附近的焊接热影响区（粗粒(Coarse grain)HAZ) 通过焊接热输入量加热至接近熔点的温度，因此晶粒生长，随着焊接热输入量的增加冷却 速度也变慢，因此容易形成粗大的组织，在冷却过程中形成贝氏体及岛状马氏体 (Martensitic Islands)等对韧性脆弱的微细组织，因此，焊接部中焊接热影响区的韧性容 易变坏。 就使用于建筑物及结构物等的结构用钢材而言，考虑到确保稳定性的方面，不仅 需要钢材的强度良好，而且还需要焊接部的韧性良好，因此，为了确保最终焊接结构物的稳 定性，有必要确保焊接热影响区(HAZ)的韧性，尤其有必要控制作为HAZ韧性劣化原因之HAZ 微细组织。为此，专利文献1中公开利用TiN析出物进而从铁素体微细化中确保焊接部的韧性 的技术。 更具体地，通过控制Ti/N的含量比来形成足够的细微的TiN析出物，由此使铁素体 微细化，据此提供一种当应用lOOkJ/cm的热输入量时，在(TC下的冲击韧性为200J程度的结 构用钢材。 但是，相比于韧性为300J程度的钢材，焊接热影响区的韧性普遍较低，因此，增厚 钢板中由大量热输入焊接引起的钢结构物的可靠性保证是有限的。而且，为了确保微细TiN 析出物，在热乳前实施两次加热工序这点上，将产生制造费用上升的问题。如果焊接热影响区能够具有与钢材同等水准的韧性，则对建筑物及结构物等大型 厚钢材能够进行稳定的高效率焊接。因此，需要开发一种焊接热影响区具有与钢材相等或 其以上的韧性、从而确保了稳定性及可靠性的焊接结构用钢材。(专利文献1)日本公开专利公报1999-140582号
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题 本专利技术的一侧面，其目的在于提供一种焊接热影响区的韧性优异之超高强度焊接 结构用钢材及其制造方法。 解决技术问题的技术手段 本专利技术的一方面，提供一种焊接热影响区韧性优异的超高强度焊接结构用钢材， 所述钢材以重量％包含0.05~0.15 %的碳（C)、0.1~0.6 %的硅（Si)、1.5~3.0 %的锰 (]^)、0.1~0.5%的镍(附）、0.1~0.5%的钼(]\1〇)、0.1~1.0%的铬(0)、0.1~0.4%的铜 (Cu)、0.005 ~0.1%的钛(11)、0.01~0.03%的铌(恥）、0.0003~0.004%的硼（8)、0.005~ 〇· 1%的铝(Al)、0·001 ~0.006%的氮(N)、0·015% 以下的磷(P)、0·015% 以下的硫(S)、余 量的Fe及不可避免的杂质，所述Ti和N成分含量满足下述关系式1，所述N和B的成分含量满 足下述关系式2,所述此、&、1〇、附及他的成分含量满足下述关系式3， 所述焊接热影响区韧性优异的超高强度焊接结构用钢材具有以面积分数包括30 ~40%的针状铁素体、60~70%的贝氏体的微细组织： 3.5<Ti/N<7.0 1.5<N/B<4.0 4.0 < 2Mn+Cr+Mo+Ni+3Nb <7.0(在所述关系式1~3中各成分单位为重量％ )。 本专利技术的另一侧面，提供一种焊接热影响区韧性优异的超高强度焊接结构用钢材 的制造方法，所述制造方法包括如下步骤:在1100~1200 °C下加热满足上述成分组成的板 坯;对所述加热的板坯在870~900°C下进行热精乳而制造为热乳钢板；以及将所述热乳钢 板以4~10°C/s的冷却速度冷却至420~450°C。 专利技术的效果根据本专利技术，可提供一种具有超高强度物理性质的同时可确保大热量输入焊接热 影响区的物理性质之超高强度焊接结构用钢材。 此外，本专利技术的焊接结构用钢材具有在确保了稳定性及可靠性的状态下使大热量 输入焊接可行的效果，并且具有可适当地利用为建筑物及结构物等所使用的大型厚钢材的 优点。【附图说明】 图1为示出了用光学显微镜对根据本专利技术一方面制造的焊接结构用钢材的焊接部 微细组织进行观察的结果。 最佳实施方式 本专利技术人为了确保使用于逐渐大型化且需要超高强度的建筑物或结构物等的大 型厚钢材的焊接部韧性优异，进行了深入研究的结果，确认了通过控制焊接热影响区的微 细组织来可提供一种具有冲击韧性优异的焊接热影响区的焊接结构用钢材，并达到了完成 本专利技术。 以下，对根据本专利技术一方面的焊接热影响区韧性优异的超高强度焊接结构用钢材 进行详细说明。 就本专利技术的焊接结构用钢材而言，作为其成分以重量％包含0.05~0.15%的碳 (C)、0.1~0.6% 的硅(51)、1.5~3.0%的锰(]?11)、0.1~0.5%的镍(附）、0.1~0.5%的钼 (]?〇)、0.1~1.0%的铬（0)、0.1~0.4%的铜（(：11)、0.005~0.1%的钛(11)、0.01~0.03% 的铌(Nb)、0.0003 ~〇.〇〇4%的硼（8)、〇.〇〇5~〇.1%的铝(厶1)、〇.〇〇1~〇.〇〇6%的氮0)、 0.015%以下的磷(P)、0.015%以下的硫(S)、余量的Fe及不可避免的杂质。 以下，对焊接结构用钢材的成分限制为如上所述的理由进行详细说明。在此，若不 特别提及，则各成分的含量单位表示重量％。 C:0.05 ~0.15%碳(C)是对提高钢材的强度而言非常有利的元素，尤其是确定岛状马氏体(M-A，马 氏体-奥氏体(martensite-austenite))组织的大小和分数的最重要的元素。若这样的C的含量小于0.05%，则M-A组织的生成极受限制，难以确保所需要的强 度。另一方面，若其含量超过0.15%，则用作结构用钢材的板材的焊接性会降低。 Si:0.1 ~0.6% 硅(Si)为用作脱氧剂的元素，也具有使强度上升的效果。尤其，Si本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种焊接热影响区韧性优异的超高强度焊接结构用钢材，其以重量％包含0.05～0.15％的碳(C)、0.1～0.6％的硅(Si)、1.5～3.0％的锰(Mn)、0.1～0.5％的镍(Ni)、0.1～0.5％的钼(Mo)、0.1～1.0％的铬(Cr)、0.1～0.4％的铜(Cu)、0.005～0.1％的钛(Ti)、0.01～0.03％的铌(Nb)、0.0003～0.004％的硼(B)、0.005～0.1％的铝(Al)、0.001～0.006％的氮(N)、0.015％以下的磷(P)、0.015％以下的硫(S)、余量的Fe及不可避免的杂质，其中，所述Ti和N成分含量满足下述关系式1，所述N和B的成分含量满足下述关系式2，所述Mn、Cr、Mo、Ni及Nb的成分含量满足下述关系式3，所述焊接热影响区韧性优异的超高强度焊接结构用钢材具有以面积分数包括30～40％的针状铁素体、60～70％的贝氏体的微细组织:[关系式1]3.5≤Ti/N≤7.0[关系式2]1.5≤N/B≤4.0[关系式3]4.0≤2Mn+Cr+Mo+Ni+3Nb≤7.0，在所述关系式1～3中各成分单位为重量％。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑弘喆，金昊洙，
申请(专利权)人：POSCO公司，
类型：发明
国别省市：韩国;KR