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备方法，所述制备方法包括冶炼、模铸、热处理、控轧控冷工序。本发明专利技术钢板中形成大量细小弥散的含有Ti、Zr、Mg的夹杂物粒子，焊接过程中，高温阶段钉扎晶界，细化晶粒，低温阶段诱发针状铁素体，阻碍冲击裂纹的扩展，使钢板具有良好的焊接性能；钢板屈服强度≥360MPa，抗拉强度≥490MPa，断面收缩率≥70%，纵向‑40℃低温冲击功≥250J；200KJ/cm线能量焊接条件下热影响区‑40℃低温冲击功≥50J,300KJ/cm线能量焊接条件下热影响区‑40℃低温冲击功≥80J。

A kind of steel plate for large line energy welding and its preparation method

【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
本专利技术属于冶金
，具体涉及一种大线能量焊接用钢板的制备方法。
技术介绍
随着工程结构大型化的发展，以埋弧焊、气电立焊、电渣焊等为代表的大线能量焊接在海洋工程、桥梁、高建、压力容器等领域逐渐得到应用，大的线能量焊接过程中焊缝周边热影响区高温停留时间长，晶粒粗化严重，焊后冷却速率慢，形成粗大的魏氏组织、上贝氏体、M-A等异常组织，使焊后热影响区强度、韧性恶化，易产生裂纹等缺陷。氧化物冶金最早是日本学者1990年提出，技术思想是控制钢中夹杂物成分、尺寸、数量、分布等，使其作为硫化物、氮化物、碳化物和相变的形核位置，钉扎原奥氏体晶界，诱发晶内铁素体形核，细化组织，进而改善钢的力学性能。现在此种技术被广泛应用在大线能量焊接用钢及非调质钢的开发和生产。日本新日铁氧化物冶金先后经历三代技术的迭代，第一代利用TiN，高温下钉扎晶界，细化晶粒，第二代利用钛的氧化物诱发晶内针状铁素体的生成，第三代着眼于利用1400℃高温下稳定（熔点高、不固溶、不长大）且细小（10～100nm）弥散分布的含有Mg或Ca的氧化物、硫化物和TiN夹杂物来钉扎奥氏体晶界，同时也部分利用夹杂物在冷却过程中对晶内铁素体(IGF)形核的作用，来得到细小的HAZ组织，从而提高韧性。日本专利JP5116890和JP517300分别介绍了TiN和钛的氧化物对细化晶粒，诱发针状铁素体的作用。日本专利JP3378433介绍了钢中添加Mg生成MgO粒子，改善厚钢板焊后热影响区低温冲击韧性。专利CN101045976公布了一种屈服强度≥415MPa的低C-高Mn-高Als-Ti-B合金体系的超大线能量焊接厚钢板的制造方法，C：0.03～0.05%，Mn：1.5～1.8%，Als：0.04～0.06%，Ti：0.008～0.012%，B：0.001～0.003%。专利CN102191356公布了一种Ti-Ca-Mg复合处理的大线能量焊接用厚板的制备方法，锭模底部添加Fe2O3粉和Ni-Mg合金。本专利技术钢板中形成大量细小弥散的含有Ti、Zr、Mg的夹杂物粒子，焊接过程中，高温阶段钉扎晶界，细化晶粒，低温阶段诱发针状铁素体，阻碍冲击裂纹的扩展，使钢板具有良好的焊接性能。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种大线能量焊接用钢板的制备方法。该制备方法生产大线能量焊接用钢钢板屈服强度≥360MPa，抗拉强度≥490MPa，断面收缩率≥35%，纵向-40℃低温冲击功≥250J；能够承受200～300kJ/cm焊接线能量的厚钢板。为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是：一种大线能量焊接用钢板的制备方法，所述制备方法包括冶炼、连铸、加热、控轧控冷工序。一种大线能量焊接用钢板，其化学成分及质量百分比为：C0.005%~0.010%，Si0.12%~0.18%，Mn1.2%~1.6%，P≤0.01%，S0.003%~0.006%，Ti0.010%~0.035%，Nb0.01%~0.02%，Al≤0.006%，N0.003%~0.007%，Mg0.002%~0.003%，Zr0.002%~0.006%，Ni:0.04%~0.10%，其余为Fe和不可避免元素；其中：钢板成分碳当量Ceq为0.25%~0.30%，裂纹敏感指数Pcm为0.06%~0.10%，Ti、N的质量比为2~5。其Ceq计算方法见公式(1)，裂纹敏感指数Pcm计算方法见公式(2)：Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15（1）Pcm=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B（2）上述大线能量焊接用钢板，其特征在于，所述钢板厚度规格为20～60mm。所述大线能量焊接用钢板的制备方法，所述制备方法包括冶炼、连铸、加热、控轧控冷工序，其特征在于，所述冶炼工序，采用真空感应炉冶炼，工业纯铁预先放在坩埚内，扣盖抽真空，真空度≤24Pa时，开始通电，纯铁熔清后，炉内充氩气破真空，炉内压力保持在0.04MPa~0.05MPa，先加入锆铁，保持4~6min，然后依次加入硅铁、金属锰、硫铁、铌铁合金化，以上合金加完熔清后，保持时间2～4min，，后再依次加入海绵钛、氮化锰合金，镍镁包芯线，然后出钢。此冶炼制度可提高Ti、N、Mg元素的收得率，使最终钢中保留大量细小弥散的夹杂物。所述大线能量焊接用钢板的制备方法，冶炼工序中，镍镁包芯线规格为φ10mm，里面是压实的Ni-Mg合金粉，Ni质量百分含量为：70～85%，Mg质量百分含量为：15～30%，外面包裹1mm厚的铁皮。采用此种包芯线提高了Mg的收得率。所述大线能量焊接用钢板的制备方法，模铸工序中，锭模是金属锭模，带有保温冒口，减少钢锭上端疏松缩孔。所述大线能量焊接用钢板的制备方法，加热工序中，铸坯在加热炉中以450～550℃/h加热至1150～1250℃，保温1～2h。保证其温度均匀，充分奥氏体化，同时晶粒不过于粗大。所述大线能量焊接用钢板的制备方法，控轧控冷工序中，粗轧四道次轧制，开轧温度1050～1100℃，终轧温度990～1010℃，总压下率≥40%；精轧粗轧四道次轧制，开轧温度890～910℃，终轧温度870～890℃，总压下率≥60%；开冷温度760～800℃，冷速≥15℃/s，返红温度550～580℃，之后空冷。本专利技术所述制备方法生产的大线能量焊接用钢板，屈服强度≥360MPa，抗拉强度≥490MPa，断面收缩率≥70%，纵向-40℃低温冲击功≥250J；200KJ/cm线能量焊接条件下热影响区-40℃低温冲击功≥50J,300KJ/cm线能量焊接条件下热影响区-40℃低温冲击功≥80J。本专利技术设计思路：产品化学成分组成及作用：C，在钢中有显著的固溶强化作用，是钢中最廉价的提高钢强度的合金元素，大的碳当量不利于焊接，C的下限0.005%是保证钢的强度，上限0.01%是保证钢的焊接性能。Si，能够提高钢材的强度，但相变过程中Si富集在渗碳体/奥氏体相界处，阻止渗碳体的长大，稳定奥氏体，从而促进了M-A的形成，不利于焊接热影响区低温冲击韧性的改善。Mn，通过提高Mn含量可以弥补碳含量降低带来的强度损失。Mn元素为奥氏体稳定元素，可明显降低奥氏体向铁素体转变温度，过多的加入Mn元素将导致贝氏体和马氏体的形成，Mn在1.2～1.6%时，提高钢材强度，同时改善焊接热影响区低温冲击韧性。P，在晶界偏聚提高了焊接热影响区的韧-脆转变温度，P控制在0.01%以下。S，可以促进夹杂物周围贫锰区的形成，进而诱导针状铁素体的形核，S的下限0.003%保证氧化物冶金的效果，S是易偏析元素，S的上限0.006%，防止在轧板中形成带状组织，影响力学性能。Ti，与O结合形成细小的氧化物粒子，与N结合形成TiN，两种类型的粒子都是典型的氧化物冶金粒子，粒子尺寸越小，数量越多，钉扎晶界，细化晶粒作用越强本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大线能量焊接用钢板，其化学成分及质量百分比为：C 0.005%~0.010%，Si0.12%~0.18%，Mn 1.2%~1.6%，P≤0.01%，S 0.003%~0.006%，Ti 0.010%~0.035%，Nb 0.01%~0.02%，Al≤0.006%，N 0.003%~0.007%，Mg 0.002%~0.003%，Zr 0.002%~0.006%，Ni:0.04%~0.10%，其余为Fe和不可避免元素；其中：钢板成分碳当量Ceq为0.25%~0.30%，裂纹敏感指数Pcm为0.06%~0.10%，Ti、N的质量比为2~5。/n

【技术特征摘要】
1.一种大线能量焊接用钢板，其化学成分及质量百分比为：C0.005%~0.010%，Si0.12%~0.18%，Mn1.2%~1.6%，P≤0.01%，S0.003%~0.006%，Ti0.010%~0.035%，Nb0.01%~0.02%，Al≤0.006%，N0.003%~0.007%，Mg0.002%~0.003%，Zr0.002%~0.006%，Ni:0.04%~0.10%，其余为Fe和不可避免元素；其中：钢板成分碳当量Ceq为0.25%~0.30%，裂纹敏感指数Pcm为0.06%~0.10%，Ti、N的质量比为2~5。


2.根据权利要求1所述的一种大线能量焊接用钢板，其特征在于，所述钢板厚度规格为20～60mm。


3.一种权利要求1或2所述的大线能量焊接用钢板的制备方法，所述制备方法包括冶炼、连铸、加热、控轧控冷工序，其特征在于，所述冶炼工序，采用真空感应炉冶炼，工业纯铁预先放在坩埚内，扣盖抽真空，真空度≤24Pa时，开始通电，纯铁熔清后，炉内充氩气破真空，炉内压力保持在0.04MPa~0.05MPa，先加入锆铁，保持4~6min，然后依次加入硅铁、金属锰、硫铁、铌铁合金化，以上合金加完熔清后，保持时间2～4min，后再依次加入海绵钛、氮化锰合金，镍镁包芯线，然后出钢。


4.根据权利要求1所述的一种大线能量焊接用钢板的制备方法，其特征在于，所述冶炼工序，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李超，李建新，刘洪波，张瑞忠，李杰，
申请(专利权)人：河钢股份有限公司，
类型：发明
国别省市：河北;13