一种屈服强度355MPa级大线能量焊接用钢板及其制备方法技术

本发明专利技术属于低合金高强度钢技术领域，特别涉及一种屈服强度355MPa级大线能量焊接用钢板及其制备方法。钢板化学成分按质量分数包括C 0.05～0.15％，Si 0.1～0.3％，Mn 1.0～1.6％，P 0.001～0.01％，S 0.001～0.008％，Nb 0.004～0.04％，Ti 0.005～0.025％，N 0.002～0.007％，O 0.001～0.006％，Al 0.001～0.015％，Ca 0.0005～0.005％，Mg 0.0001～0.001％，余量为Fe；钢板中尺寸为0.5～5μm的夹杂物中，Ti‑Al‑Ca‑Mn‑O‑S复合夹杂物数量占10％以上，并具有特殊的成分组成。钢板制备步骤包括，转炉出钢时加入硅锰和钛铁脱氧合金化，LF精炼白渣脱硫，喂钙线处理，连铸坯采用两阶段控制轧制和控制冷却。本发明专利技术技术方案生产效率高，节省合金添加量，夹杂物细化HAZ组织效果明显，大线能量焊接低温韧性优异，有利于推广应用。

A Steel Plate with Yield Strength 355 MPa for Large Linear Energy Welding and Its Preparation Method

The invention belongs to the technical field of low alloy high strength steel, in particular to a steel plate with yield strength of 355 MPa and large linear energy welding and a preparation method thereof. Chemical compositions of steel sheet chemical compositions according to mass fraction according to mass fractions include C 0.05-0.15%, Si 0.1-0.3%, Si 0.1-0.3%, Mn 1.0-1.6%, P 0.001-0.01-0.01%, S 0.001-0.001-0.008%, Nb 0.004-0.04%, Ti 0.005-0.005-0.025%, N 0.002-0 0.007-0.007%, O 0.001-0.001-0.006%, Al 0.001-0.001-0.015%, Ca 0.0005-0.005%, Ca 0.0005-0.005%, Mg 0.0001-Fe 0.0001-0.001 0.5-5 um clamp Among the impurities, the number of Ti Al Ca Mn O S composite inclusions accounts for more than 10% and have special composition. The steel plate preparation steps include adding Si-Mn and Ti-Fe deoxidization alloying during tapping, LF refining slag desulfurization, calcium feeding line treatment, and two-stage controlled rolling and controlled cooling of continuous casting slab. The technical scheme of the invention has high production efficiency, saves the amount of alloy addition, remarkable effect of fining HAZ structure by inclusions, excellent low temperature toughness of large linear energy welding, and is conducive to popularization and application.

【技术实现步骤摘要】
一种屈服强度355MPa级大线能量焊接用钢板及其制备方法
本专利技术属于低合金高强度钢
，特别涉及一种屈服强度355MPa级大线能量焊接用钢板及其制备方法。
技术介绍
随着建筑、能源、造船和海洋工程等领域钢制结构的大型化发展，所用钢板的强度和厚度大幅度增加，生产规模极速扩大，通常建造这类大型结构的焊接工作量约占总工作量的30～40％。由此，在保证焊接质量的前提下，如何提高焊接效率是实现低成本节约型制造的关键。采用大线能量焊接用钢板，可减少焊接道次、提高效率。比如，对于40mm厚普通钢板，采用40kJ/cm的线能量需焊接约18道次，而采用线能量为300kJ/cm的大线能量焊接方法可单道次成形，焊接效率成数十倍提高。常规的焊接结构用钢只能承受50kJ/cm以下的线能量，焊接施工时不得不采用生产效率低下的多道次焊接方法，因此大线能量焊接用钢的研发和应用已引起国内各相关领域的广泛关注。在大线能量焊接时，钢板焊接热影响区(HAZ)高温停留时间长，焊后冷却速度慢，导致奥氏体晶粒严重粗化，并产生粗大相变组织，造成HAZ韧性严重恶化。传统钢材中通常采用TiN钉扎晶粒细化组织，但在大线能量下TiN将大量溶解而失去作用。因此，研究采用具有更高熔点的氧化物或氧硫化物来细化热影响区组织，改善大线能量焊接性能。公开号为CN103343284A的专利技术专利公开了一种大线能量焊接Q345级别钢板的生产方法，其特征是添加大量Ti元素0.1～0.2％，并控制Ti/N元素含量比例为2.4～3.2，形成高温下较稳定的TiN析出，钉扎奥氏体晶界促进铁素体形成，提高HAZ韧性。公开号为CN101684534A的专利技术专利公开了一种适应大线能量焊接的钢板及其制造方法，其特征是在转炉出钢阶段对钢包顶渣进行还原，在精炼阶段加入脱氧剂分步进行脱氧，形成氧化物和MnS夹杂物，提高钢板大线能量焊接性能。公开号为CN102080189A的专利技术专利公开了一种大热输入焊接用结构钢及其制造方法，其特征是在转炉添加Si、Mn、Al，调整氧含量在10～300ppm进行LF炉精炼，依次添加Ti、Cr、Mo、Cu等两种或以上元素，LF精炼后进行连铸和轧制冷却。公开号为CN104451389A的专利技术专利公开了一种100mm厚抗大线能量焊接E36海洋工程用钢板，其特征是钢水冶炼出钢时往钢包中加入硅锰进行合金化，LF精炼依次添加Ti、Ni、Cu、Nb、Al元素，进行连铸、热轧和正火。公开号为CN101476018A的专利技术专利公开了一种提高钢板在大线能量焊接条件下热影响区韧性的方法，其特征是基于CaO-MnS机理，通过在钢中添加Ca元素，形成细小CaO和MnS提高HAZ韧性。公开号为CN104498827A的专利技术专利公开了一种355MPa级大线能量焊接用钢及其制造方法，其特征是通过添加Nb、Ti、V元素和控轧控冷工艺，形成微合金的碳氮析出物抑制奥氏体晶粒长大，增加针状铁素体形核。公开号为CN103215507A的专利技术专利公开了一种提高大线能量焊接性能的钢板冶炼方法，其特征是转炉出钢采用Mn、Si脱氧，钢包炉脱氧采用Ti、Al、Mg、Ca脱氧，钢水中形成细小夹杂物，提高大线能量焊接性能。通过对现有技术的分析可见，目前的大线能量焊接用钢生产工艺繁琐，需要在精炼中进行多种合金元素的添加，并对添加顺序和时间进行严格控制，降低了生产效率，增加了生产成本，不利于大线能量焊接用钢生产技术的推广应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种屈服强度355MPa级大线能量焊接用钢板及其制备方法，解决了常规钢板在大线能量焊接条件下性能低下的问题，并解决了现有大线能量焊接用钢生产效率低、成本高的问题。本专利技术采取如下技术方案：一种屈服强度355MPa级大线能量焊接用钢板，按质量分数计，钢板化学成分包括：C0.05～0.15％，Si0.1～0.3％，Mn1.0～1.6％，P0.001～0.01％，S0.001～0.008％，Nb0.004～0.04％，Ti0.005～0.025％，N0.002～0.007％，O0.001～0.006％，Al0.001～0.015％，Ca0.0005～0.005％，Mg0.0001～0.001％，余量为Fe；钢板中尺寸为0.5～5μm的夹杂物中，Ti-Al-Ca-Mn-O-S复合夹杂物数量占10％以上。所述的屈服强度355MPa级大线能量焊接用钢板，Ti-Al-Ca-Mn-O-S复合夹杂物中，平均含有Ti1～40％、Al1～40％、Ca1～40％。所述的屈服强度355MPa级大线能量焊接用钢板，优选的，Ti-Al-Ca-Mn-O-S复合夹杂物中，平均含有Ti10～20％、Al5～15％、Ca5～15％。所述的屈服强度355MPa级大线能量焊接用钢板，Ti-Al-Ca-Mn-O-S复合夹杂物中，10％以上内部包含镁铝尖晶石夹杂，外层含有Ca的氧硫化物和Mn的硫化物。所述的屈服强度355MPa级大线能量焊接用钢板，优选的，20～50％内部包含镁铝尖晶石夹杂。所述的屈服强度355MPa级大线能量焊接用钢板，优选的，钢板中尺寸为0.5～5μm的夹杂物中，Ti-Al-Ca-Mn-O-S复合夹杂物数量占30～60％。所述的屈服强度355MPa级大线能量焊接用钢板，钢板的屈服强度≥355MPa，钢板在100～300kJ/cm焊接线能量下，母材和热影响区-60℃冲击韧性≥100J。所述的屈服强度355MPa级大线能量焊接用钢板的制备方法，包括以下工艺步骤：(1)冶炼：转炉钢水冶炼采用深脱硫铁水，转炉出钢量在1/4～1/2时向钢包中加入硅锰进行脱氧合金化，出钢量在1/2～3/4时加入钛铁，控制炉后钢水氧含量在10～200ppm；(2)精炼：LF精炼采用铝粒、碳粉、硅铁粉造白渣，白渣脱硫保持时间≥10min；在LF精炼站进行喂钙线处理，喂入量100～400米；精炼过程中根据所述成分要求调整C、Si、Mn、Nb、Ti、Al含量，并进行夹杂物控制，成分合格钢水进行连铸；(3)轧制：连铸坯加热至1100～1250℃，保温30～240min，采用两阶段控制轧制，第一阶段终轧温度≥1000℃，第二阶段开轧温度850～950℃，待温厚度为2～4倍成品板厚；轧后钢板采用喷水冷却，冷却速度≥15℃/s，返红温度650～700℃。所述的屈服强度355MPa级大线能量焊接用钢板的制备方法，利用钢水中残留的Mg元素生成包含镁铝尖晶石夹杂的Ti-Al-Ca-Mn-O-S复合夹杂物，不用合金块或喂线的方式向钢中加入镁；钢中Ti-Al-Ca-Mn-O-S复合夹杂物按数量计10％以上包含镁铝尖晶石夹杂。所述的屈服强度355MPa级大线能量焊接用钢板的制备方法，优选的，钢板的屈服强度360～450MPa，钢板在100～300kJ/cm焊接线能量下，母材-60℃冲击韧性200～300J，热影响区-60℃冲击韧性100～200J。本专利技术的设计思想是：本专利技术中常规元素C、Si、Mn、P、S、Nb的含量与普通355MPa级钢板基本相同，以降低生产成本和减少钢板力学性能的波动，利于本专利技术在现有生产条件下的稳定实施。而仅通过对微量元素Ti、Al、Ca、Mg和杂质元素N、O的控制，以及形成特殊类型的夹杂物分布，来显著提高钢板的大线本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种屈服强度355MPa级大线能量焊接用钢板，其特征在于，按质量分数计，钢板化学成分包括：C 0.05～0.15％，Si 0.1～0.3％，Mn 1.0～1.6％，P 0.001～0.01％，S 0.001～0.008％，Nb 0.004～0.04％，Ti 0.005～0.025％，N 0.002～0.007％，O 0.001～0.006％，Al 0.001～0.015％，Ca 0.0005～0.005％，Mg 0.0001～0.001％，余量为Fe；钢板中尺寸为0.5～5μm的夹杂物中，Ti‑Al‑Ca‑Mn‑O‑S复合夹杂物数量占10％以上。

【技术特征摘要】
1.一种屈服强度355MPa级大线能量焊接用钢板，其特征在于，按质量分数计，钢板化学成分包括：C0.05～0.15％，Si0.1～0.3％，Mn1.0～1.6％，P0.001～0.01％，S0.001～0.008％，Nb0.004～0.04％，Ti0.005～0.025％，N0.002～0.007％，O0.001～0.006％，Al0.001～0.015％，Ca0.0005～0.005％，Mg0.0001～0.001％，余量为Fe；钢板中尺寸为0.5～5μm的夹杂物中，Ti-Al-Ca-Mn-O-S复合夹杂物数量占10％以上。2.根据权利要求1所述的屈服强度355MPa级大线能量焊接用钢板，其特征在于，Ti-Al-Ca-Mn-O-S复合夹杂物中，平均含有Ti1～40％、Al1～40％、Ca1～40％。3.根据权利要求2所述的屈服强度355MPa级大线能量焊接用钢板，其特征在于，优选的，Ti-Al-Ca-Mn-O-S复合夹杂物中，平均含有Ti10～20％、Al5～15％、Ca5～15％。4.根据权利要求1或2所述的屈服强度355MPa级大线能量焊接用钢板，其特征在于，Ti-Al-Ca-Mn-O-S复合夹杂物中，10％以上内部包含镁铝尖晶石夹杂，外层含有Ca的氧硫化物和Mn的硫化物。5.根据权利要求4所述的屈服强度355MPa级大线能量焊接用钢板，其特征在于，优选的，20～50％内部包含镁铝尖晶石夹杂。6.根据权利要求1所述的屈服强度355MPa级大线能量焊接用钢板，其特征在于，优选的，钢板中尺寸为0.5～5μm的夹杂物中，Ti-Al-Ca-Mn-O-S复合夹杂物数量占30～60％。7.根据权利要求1所述的屈服强度355MPa级大线能量焊接用...

【专利技术属性】
技术研发人员：王昭东，贾国生，王丙兴，李玉谦，王超，王彦祥，王国栋，陈子钢，
申请(专利权)人：东北大学，河钢股份有限公司邯郸分公司，
类型：发明
国别省市：辽宁,21