一种不含铝的适合于大线能焊接的低合金钢板的制造方法技术

一种不含铝的适合于大线能焊接的低合金钢的冶炼方法，通过转炉、LF精炼及RH处理后，获得钢液成分以重量比例计，自由[O]≤15PPm，P≤0.008％，Cu≤0.30％，Ni≤0.30％，Mo≤0.06％，V：≥4

【技术实现步骤摘要】
一种不含铝的适合于大线能焊接的低合金钢板的制造方法


[0001]本专利技术涉及一种不含铝适合于大线能焊接的低合金钢的冶炼方法，属于低合金钢制造领域。

技术介绍

[0002]焊接是钢结构最主要的连接方式。钢板在焊接过程中，由于焊接热循环的作用，焊接热影响区会发生组织和性能的变化，尤其是低温韧性会大大降低。为保障钢结构焊接接头质量，传统的结构用钢一般都需要严格限定焊接线能量、执行焊道布局、控制层间温度，有时还必须进行焊前预热。虽然通过严格的规范化作业能够有效保障焊接结构件的可靠性，但也大幅限制了焊接作业效率，从而限制了钢结构制造效能。在经济发展迅速、各种钢结构建造需求越来越多、钢结构也越来越趋于大型化因而对厚钢板的焊接作业量日益增加的情况下，工程师提出了开发大线能焊接用钢材的设想，并提出了各种各样的研究方案。
[0003]归纳其基本设计思想，包含了三方面的内容：其一是通过控制合金元素和碳当量、抑制焊接热影响区尽可能不过度硬化和少出现M
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A相；其二是通过高洁净化控制和HAZ区组织多界面化，减少杂质元素在界面的偏聚对HAZ区低温韧性的影响；其三是钢材基体以及相应的HAZ区相组成要具备良好的韧性。其中第二点是最主要的，这是因为在大的焊接线能量下，HAZ高温长时间停留的劣化区更宽，在融合线及相邻区域，由于所经历温度更高，停顿时间更长，再热奥氏体粗化的程度更加严重，在后续降温过程中转变的组织更加粗大，带来的韧性降低更显著。由于杂质元素总量可以通过洁净化冶金控制，因此关键问题就变成了如何改进HAZ劣化区的组织结构。为此，人们从三个方面着手，其一是控制再热奥氏体不过度粗化(以使相变后的晶粒尺度符合期望)；其二是控制再热奥氏体晶界不出现粗大的晶界铁素体(网)；其三是控制再热奥氏体在降温过程中晶内发生多点形核传质诱发相变从而使由晶界形核的侧板条铁素体变短，且被晶内同步相变组织分割，形成更复杂的多晶契合结构。
[0004]基于这种设计思想，工程师引入了以弥散析出的TiN粒子等在再热过程中不全部回溶，残余氮化物达到临界尺度有效钉轧奥氏体晶界的方法，抑制奥氏体粗化。
[0005]如文献1“CN1962916A”就是基于这种设想。但是该文献仅考虑以未溶的TiN粒子抑制HAZ区奥氏体粗化，没有考虑奥氏体晶内诱导形核相变，在大线能焊接时对HAZ韧性的改善有限。
[0006]文献2“CN103343284A”也是想利用未溶的TiN来抑制HAZ区奥氏体粗化，其除了没有考虑奥氏体晶内诱导形核相变细化外，所用的Nb、Ti含量很高，会带来铸坯质量问题，而且经济性不好。另外，过高的Ti和N含量，已经可以使钢水在液态析出TiN，这样的TiN颗粒粗大，对钢板母材的均质性有较大影响，可靠性不好。
[0007]文献3“CN104498827A”通过控制低碳当量和低P、S来提升母材性能，以此来保障HAZ区也有好的韧性，不能够完全保障大线能焊接条件下的HAZ区韧性。
[0008]文献4“CN102459656A”意图通过形成Ti的氧化物或Ti和Mg等的复合氧化物作为过热奥氏体晶内诱导相变形核核心，以过剩N与B结合成BN阻碍奥氏体晶界兼并。以此同时控
制奥氏体粗化和在原奥氏体晶内发生多位相同步相变，形成复杂的多晶契合结构。但是一方面BN易于溶解，在大线能焊接时阻碍晶界兼并的能力有限；另一方面，没有指明控制氧化物发挥诱导形核作用的工艺途径，即如何通过冶金手段实现有益夹杂物的细小和弥散存在。按文献4所给出的范围，在实际冶炼过程中，氧要与各种活泼元素反应，之后剩余部分与Ti结合。这些氧化物势必要与Ti的氧化物聚合，形成大的颗粒而浮出钢液，使钢中氧化物的数量和分布不可控。而留在钢中的大颗粒夹杂则会破坏钢的基体连续性，同时由于尺度过大，晶内诱导传质相变的作用也会丧失，不利于韧性提高。
[0009]文献5“CN106574316B”提出以低碳当量成分，通过控制轧制实现韧性提高。在成分控制方面，通过控制低碳、低硅、添加Ni和Cu，控制碳当量来保障基体韧性；控制硫含量、钙含量，应是想通过形成CaS获得奥氏体晶内传质诱导相变形核点；控制钛和氮含量以及B含量，是想通过形成TiN抑制过热奥氏体晶粒粗化或者作为诱导铁素体相变的形核核心；同时钢中还添加了Al\Nb\V\Zr、Mg、REM等氮化物和氧化物形成元素。其中低Si、低碳当量和添加Ni和Cu的设计有利于提高钢的韧性是众所周知的，而控制与氧完成化合后剩余的钙的重量百分比要低于硫的重量百分比的1.25倍，是本文献的第一个特点、添加Ti\B并控制N含量是本文献与文献1和文献4类似的理念，添加Zr、Mg、REM等则是与文献4类似。存在的问题是各种易氧化元素如何不在液相下形成氧化物聚合浮出、同时所形成氧化物能够以细小弥散分布状态存在于钢中。另外如文中所述，Ti的优选范围为0.01～0.035％，Al的优选含量是0.01～0.10％，B的优选范围为0.0008～0.0025％，这时钢中的N应优先与Ti、Al结合，如此多的B含量急剧增加钢的淬硬性，即B在再热过程中将易于偏聚于晶界，阻碍碳的扩散，在钢中存在Mo、V、Cr、Nb等强碳化物形成元素时，会导致相变后出现侧板条贝氏体或更多的MA相，可能会急剧损害HAZ区的韧性。
[0010]文献6“CN 103114241 A”提出控制超低碳含量、加入Ni和Cu、控制低P、低S并使钢中存在较高的N和1～2的Ti/N值、并加入B、控制Al小于等于0.01％的措施，意图通过形成高回溶温度的TiN抑制再热奥氏体长大。但其N含量过高，容易在液态中析出粗大的TiN，导致TiN分布不均匀，起不到抑制过热奥氏体粗化的作用，同时过量的N存在，在没有足够的固氮元素的基础上，焊后热影响区易于发生脆化，文献也没有给出如何控制TiN均匀弥散分布的措施，而控制抑制晶界迁移的第二相的尺度和分布无疑是大线能焊接钢的技术关键之一。
[0011]文献7“CN 107287508 A”实际上是一种低碳微合金化钢，这种钢的成分非常常见，通过采用TMCP工艺可以使母材具有高的冲击韧性，但大线能焊接的HAZ区性能是不确定的，文献实际上并没有给出适合大线能焊接的实质性技术。
[0012]文献8“CN 106756543 A”实际上是一种低碳微合金化钢，其实质是限制碳当量，降低P\S，通过微量Ca处理来制造钢板。与现有普通高性能钢相比，没有体现出针对大线能焊接的实质性技术。
[0013]文献9“CN 106906413 A”也提出了意图通过成分控制实现以弥散分布的细小氧化物为HAZ区再热奥氏体晶内传质诱导协同相变的形核核心的一种成分方案。成分设计中强调了S含量要低于0.007％但不低于0.0015％，以及限制了Al、Ti、Mg、N等的范围，并提出了Mg/Ti值要不低于0.017，减去与Ca、REM、Zr、Mg等摩尔比一比一的S之后的S含量要在0.0003％～0.003％等。但是由于决定是否具有晶内诱导相变作用，以及使HAZ区过热奥氏体相变后具有合适的多晶契合结构、能够保障在过高的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种不含铝的适合于大线能焊接的低合金钢板的制造方法，包括以下步骤：以钢液为原料，喂入FeOx包芯线，弱吹氩搅拌，加入Mg和Ca，吹氩搅拌，浇注，连铸得到铸坯，轧制，再经水冷，得到不含铝的适合于大线能焊接的低合金钢板。2.根据权利要求1所述的一种不含铝的适合于大线能焊接的低合金钢板的制造方法，其特征在于，在进行喂FeOx包芯线增氧处理前，所采用的原料的钢液的成分以重量比例计，为自由[O]≤15PPm，P≤0.008％，Nb≤0.025％，Cu≤0.30％，Ni≤0.30％，Mo≤0.06％，V：≥4
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[N]～0.06％，S≤0.003％，B≤0.0008％，Cr≤0.30％，Alt≤0.007％，C：0.03～0.07％，Mn：1.30～1.60％，Si：0.15～0.30％，Ti：0.011～0.022％，[N]:30～60ppm，其余为Fe及钢中不可避免之杂质元素。3.根据权利要求2所述的一种不含铝的适合于大线能焊接的低合金钢板的制造方法，其特征在于，通过真空处理向钢液罐喂入FeOx包芯线以增氧，控制钢液中的增氧量为8～20ppm，弱吹氩搅拌2～5min；然后以喂线方式向钢中加入Mg和Ca，控制钢液中的增Mg量为5～10PPm，增Ca量为10～20PPm；然后通过罐底氩气孔向钢液中吹氩气搅拌，控制吹氩流量使钢液表面弱翻滚，钢液表面裸露面直径≤80mm，搅拌时间3～10min；搅拌完毕后在10min内上机浇注，连铸需控制中间包钢液过热度在15～35℃。4.根据权利要求1
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3之一所述的一种不含铝的适合于大线能焊接的低合金钢板的制造方法，其特征在于，所述钢液在连铸机上铸成板坯后通过中厚钢板轧制线以TMCP工艺轧制成钢板，其成品的优选成分以重量比例计，为全氧≤40PPm，P≤...

【专利技术属性】
技术研发人员：王东明，赵和明，王川，曲之国，杨海峰，李廷刚，刘振华，
申请(专利权)人：五矿营口中板有限责任公司，
类型：发明
国别省市：