一种大线能量焊接用钢板及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种大线能量焊接用钢板及其制造方法，属于极地低温船舶用钢技术领域，本发明专利技术采用低碳V‑N‑Ti微合金化和B微合金化技术，V、N、Ti、B合理配比，优化合金元素含量，并采用三阶段轧制工艺制备，从而细化钢板铁素体晶粒尺寸，提高钢板低温韧性、强度，提高焊接接头的低温韧性。其组成以质量百分比计为C：0.07～0.10％、Si：0.10～0.30％、Mn：0.5‑2.0％、S：≤0.001％、P：≤0.005、Als：0.02～0.06％、Ti：0.008～0.015％、B：0.0008～0.0015％、N：0.007～0.009％、V：0.04～0.1％，其余为Fe和不可避免的杂质元素；固溶氮含量＝N‑0.28Ti‑1.27B‑0.03V，固溶氮含量小于0.003％，其中N、Ti、B、V为各元素的质量百分比含量。上述大线能量焊接用钢板可用于极地船舶的建造。

【技术实现步骤摘要】
一种大线能量焊接用钢板及其制备方法
本专利技术属于极地低温船舶用钢
，尤其涉及一种大线能量焊接用钢板及其制备方法。
技术介绍
随着常规可开采油气能源逐渐枯竭，北极地区丰富的能源储量受到越来越多关注。2008年美国地质勘局完成的调查显示北极圈内石油、天然气和液化天然气储量分别达到900亿桶、47万亿立方米和44亿桶，约占全世界未探明能源总量的22％。同时，全球温室效应使北极升温加剧，海冰覆盖面积持续快速减少，越来越有利于资源开发与船舶航行。因此，近年来极地船舶逐渐从低等级冰区加强型朝具有自破冰性能的高等级加强型方向发展，具有破冰能力的极地油船、极地LNG船、极地集装箱船等新型商业破冰船需求得到快速增长。极地航行气象条件和海况极为恶劣，涉及海冰、低温、风雪、海雾等，冬季极夜期平均气温约-40℃，最低气温-53℃；同时，船舶与冰层接触线以下部位必须承受冰层的反复撞击。现有的钢很难满足极地船舶用钢所必须具备的低温韧性、强度、可焊接性等综合性能。
技术实现思路
鉴于以上分析，针对现有技术中的不足，本专利技术旨在提供一种大线能量焊接用钢板及其制备方法，采用低碳V-N-Ti微合金化和B微合金化，提高钢板低温韧性、强度、大线能量焊接热影响区低温韧性。本专利技术的目的主要是通过以下技术方案实现的：一种大线能量焊接用钢板，钢板的成分以质量百分比计为：C：0.07～0.10％、Si：0.10～0.30％、Mn：0.5-2.0％、S：≤0.001％、P：≤0.005、Als：0.02～0.06％、Ti：0.008～0.015％、B：0.0008～0.0015％、N：0.007～0.009％、V：0.04～0.1％，其余为Fe和不可避免的杂质元素；固溶氮含量＝N-0.28Ti-1.27B-0.03V，固溶氮含量小于0.003％，其中N、Ti、B、V为各元素的质量百分比含量。进一步，钢板的成分以质量百分比计为：C：0.08～0.09％、Si：0.16～0.20％、Mn：1.2～1.5％、S：≤0.001％、P：≤0.005、Als：0.03～0.04％、Ti：0.014～0.015％、B：0.0008～0.0010％、N：0.0081～0.0089％、V：0.06～0.1％，其余为Fe和不可避免的杂质元素；固溶氮含量＝N-0.28Ti-1.27B-0.03V，固溶氮含量小于0.003％，其中N、Ti、B、V为各元素的质量百分比含量。进一步，钢板的组织特征为带有亚晶界的铁素体、相变等轴铁素体和珠光体，带有亚晶界的铁素体具有提高钢板强度的作用。进一步，将锻坯加热到1100℃保温0.5h，采用三阶段轧制，第一阶段粗轧，第二阶段精轧，第三阶段两相区轧制。进一步，钢板的铁素体晶粒平均尺寸小于7μm，钢板抗拉强度为490～520MPa，屈服强度为400～420MPa，延伸率为32％～36％，-60℃时的V型缺口冲击功为200～240J。进一步，钢板在100kJ/cm焊接热输入条件下的焊接热影响区中存在尺寸为0.2～0.4μm的BN-MnS-(Ti,V)(C,N)和BN-MnS-Al2O3粒子，并作为晶内铁素体形核核心。进一步，焊接热影响区中以面积百分比计贝氏体含量为5～7％，多边形铁素体含量为70～85％。进一步，焊接热影响区-50℃的V型缺口冲击功为210～230J，焊接热影响区的韧脆转变温度-50℃以下。本专利技术还提供了一种大线能量焊接用钢板的制备方法，将锻坯加热到1100℃保温0.5h，采用三阶段轧制，第一阶段粗轧，第二阶段精轧，第三阶段两相区轧制。进一步，第一阶段粗轧开轧温度1050～1070℃，第一阶段粗轧终轧温度950～970℃，第二阶段精轧开轧温度810～820，第二阶段精轧终轧温度790～800℃，第三阶段两相区开轧温度770～780℃，终轧温度750～760℃。第一阶段累计变形量40～50％，第二阶段累计变形量30～40％，第三阶段累计变形量20～30％。与现有技术相比，本专利技术有益效果如下：1)本专利技术提供的一种大线能量焊接用钢板，采用低碳V-N-Ti微合金化析出的TiN、钒氮化合物等粒子，一方面用于钉扎奥氏体晶粒，另一方面作为晶内铁素体形核的质点，提高了钢板的低温韧性、强度；2)在增氮钢中采用B微合金化技术，V、N、Ti、B、Al等元素合理配比，优化合金元素含量，在焊接热影响区析出BN-MnS-(Ti,V)(C,N)和BN-MnS-Al2O3粒子，作为晶内铁素体形核核心，促进铁素体的形成，降低了侧板条铁素体组织、粒状贝氏体、M-A等组织面积百分比，提高焊接热影响区低温韧性。焊接热影响区-50℃时的V型缺口冲击功≥200J，焊接热影响区的韧脆转变温度≤-50℃，可用于在极地区域服役的船舶、海洋平台结构的建造。3)本专利技术的大线能量焊接用钢板制备方法，采取三阶段轧制，大幅度提高了钢板的屈服强度、抗拉强度和低温韧性，经大线能量焊接后，焊接热影响区-50℃低温韧性优异。该方法生产工艺简单、成本低廉。本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及权利要求书中所特别指出的结构来实现和获得。附图说明图1对比例母材金相组织；图2实施例1母材金相组织；图3对比例和实施例1焊接热影响区100kJ/cm焊接的V型缺口冲击功；图4实施例1焊接热影响区金相组织；图5对比例焊接热影响区金相组织；图6实施例1晶内多边形铁素体在BN-MnS-(Ti,V)(C,N)粒子上形核的SEM形貌图；图7实施例1晶内多边形铁素体在BN-MnS-(Ti,V)(C,N)粒子上形核的SEM能谱图；图8实施例1晶内多边形铁素体在BN-MnS-(Ti,V)(C,N)粒子上形核的N元素面扫描图；图9实施例1BN-MnS-(Ti,V)(C,N)粒子的B元素面扫描图；图10实施例1BN-MnS-(Ti,V)(C,N)粒子的V元素面扫描图；图11实施例1BN-MnS-(Ti,V)(C,N)粒子的Ti元素面扫描图；图12实施例1BN-MnS-(Ti,V)(C,N)粒子的S元素面扫描图；图13实施例1BN-MnS-(Ti,V)(C,N)粒子的Mn元素面扫描图；图14实施例1晶内针状铁素体在BN-MnS-Al2O3粒子上形核的SEM形貌图；图15实施例1晶内针状铁素体在BN-MnS-Al2O3粒子上形核的SEM形貌图；图16实施例1晶内针状铁素体在BN-MnS-Al2O3粒子上形核的能谱图；图17实施例1BN-MnS-Al2O3粒子的N元素面扫描图；图18实施例1BN-MnS-Al2O3粒子的B元素面扫描图；图19实施例1BN-MnS-Al2O3粒子的Al元素面扫描图；图20实施例1BN-MnS-Al2O3粒子的S元素面扫描图；图21实施例1BN-MnS-Al2O3粒子的Mn元素面扫描图；图22实施例1BN-MnS-Al2O3粒子结构示意图。附图标记：1-贝氏体；2-多边形铁素体；3-针状铁素体。具体实施方式以下结合具体实施例和对比例对一种大线能量焊接用钢板及其制备方法作进一步的详细描述，这些实施例只用于比较和解释的目的，本专利技术不限定于这些实施例中。本专利技术钢板锻坯的成分设计，基于以下本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大线能量焊接用钢板，其特征在于，所述钢板的成分以质量百分比计为：C：0.07～0.10％、Si：0.10～0.30％、Mn：0.5‑2.0％、S：≤0.001％、P：≤0.005、Als：0.02～0.06％、Ti：0.008～0.015％、B：0.0008～0.0015％、N：0.007～0.009％、V：0.04～0.1％，其余为Fe和不可避免的杂质元素；固溶氮含量＝N‑0.28Ti‑1.27B‑0.03V，固溶氮含量小于0.003％，其中N、Ti、B、V为各元素的质量百分比含量。

【技术特征摘要】
1.一种大线能量焊接用钢板，其特征在于，所述钢板的成分以质量百分比计为：C：0.07～0.10％、Si：0.10～0.30％、Mn：0.5-2.0％、S：≤0.001％、P：≤0.005、Als：0.02～0.06％、Ti：0.008～0.015％、B：0.0008～0.0015％、N：0.007～0.009％、V：0.04～0.1％，其余为Fe和不可避免的杂质元素；固溶氮含量＝N-0.28Ti-1.27B-0.03V，固溶氮含量小于0.003％，其中N、Ti、B、V为各元素的质量百分比含量。2.根据权利要求1所述的大线能量焊接用钢板，其特征在于，所述钢板的成分以质量百分比计为：C：0.08～0.09％、Si：0.16～0.20％、Mn：1.2～1.5％、S：≤0.001％、P：≤0.005、Als：0.03～0.04％、Ti：0.014～0.015％、B：0.0008～0.0010％、N：0.0081～0.0089％、V：0.06～0.1％，其余为Fe和不可避免的杂质元素；固溶氮含量＝N-0.28Ti-1.27B-0.03V，固溶氮含量小于0.003％，其中N、Ti、B、V为各元素的质量百分比含量。3.根据权利要求1或2所述的大线能量焊接用钢板，其特征在于，钢板的组织特征为带有亚晶界的铁素体、相变等轴铁素体和珠光体。4.根据权利要求1或2所述的大线能量焊接用钢板，其特征在于，将锻坯加热到1100℃、保温0.5h，采用三阶段轧制，第一阶段粗轧，第二阶段精轧，第三阶段两相区轧制。5.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：师仲然，柴锋，杨才福，罗小兵，王瑞珍，李丽，陈雪慧，柴希阳，
申请(专利权)人：钢铁研究总院，中联先进钢铁材料技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京,11