一种大线能量焊接EH550MPa级调质海工钢板及其制造方法技术

一种大线能量焊接EH550MPa级调质海工钢及其制造方法，其成分重量百分比为：C 0.06～0.12％，Si，0.02～0.06％，Mn 0.7～1.2％，Ti 0.006～0.012％，Al 0.002～0.010％，Cr 0.30～0.50％，Mo 0.3～0.4％，V 0.03～0.04％，N 0.0020～0.0030％，S 0.002～0.010％，P≤0.008％，余Fe和不可避免杂质；其中，钢中含Ti夹杂物的平均尺寸在2～3μm之间，此夹杂物密度不小于50个/mm

【技术实现步骤摘要】
一种大线能量焊接EH550MPa级调质海工钢板及其制造方法
本专利技术属于海洋工程用钢领域，特别涉及一种大线能量焊接EH550MPa级调质海工钢及其制造方法。
技术介绍
海洋油气已经成为当今世界的重要能源，随着全球油气勘探和开发利用技术的发展，对海洋油气工程装备的需求越来越大，如自升式钻井平台、半潜式钻井平台，钻井船等。这些海洋油气工程装备制造所需的钢材强度等级。韧性等级及厚度、尺寸精度和焊接性能要求不断提高。海工钢焊接部位多，服役周期长，作业环境恶劣，对焊接性能要求高。采用大线能量焊接技术，能够缩短海洋平台的制造周期，降低制造成本，对海洋平台制造技术的提高有着重要的意义。但是由于海工钢强度级别高，合金含量高于普通船板，所以焊接难度大，经过大线能量焊接后，热影响区的冷却速度会比较缓慢，热影响区晶粒将急剧增大，组织将会显著粗化，焊接热影响区的韧性会明显下降。与母材相比，热影响区韧性损失严重时可高达80％。虽然焊接热影响区宽度一般只有几毫米，但热影响区粗晶区的韧性严重下降很可能成为裂纹的开裂源，为海洋平台的安全使用留下隐患。中国专利CN106191659A公开的“一种可大线能量焊接的海洋工程用钢板及其制造方法”，成功的开发出一种可大线能量焊接的海工钢，冶炼工序中脱氧工艺简单，以硅铁和金属锰为主，不添加强脱氧剂，经过100kj/cm，200kj/cm线能量的焊接热模拟后-60℃冲击功大于90J。但该专利技术涉及的钢板屈服强度440～460MPa，抗拉强度560～580MPa，没有解决高强度级别的海工钢大线能量焊接问题。中国专利CN201410300713.X公开的“一种可大热输入焊接550MPa级钢板及其制造方法”，从合金涉及入手，采用超低碳C-超低Si-高Mn-Nb系低合金钢作为基础，尽可能减少钢中Al的含量，优化TMCP工艺，成功开发出一种屈服强度≥465MPa、抗拉强度550MPa～650MPa，-60℃冲击功(单个值)≥100J，焊接大线能量热影响区-40℃冲击功(单个值)≥100J的钢板。但该专利技术的钢板屈服强度低于550MPa，且使用Ca为脱氧剂，冶炼工序较为复杂。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种大线能量焊接EH550MPa级调质海工钢及其制造方法，该钢屈服强度≥550MPa、抗拉强度≥670MPa，母材-40℃冲击功(单个值)≥180J，焊接线能量50kj/cm，100kj/cm，150kj/cm的热影响区-40℃冲击功(单个值)≥80J。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是：本专利技术通过优化合金成分设计，确保钢板的合金成分在本专利技术的范围内，以保证钢板有足够的强度和合适的母材组织；同时在冶炼过程中，对脱氧剂种类的选择，添加顺序的优化、钢液中氧位的控制和几种脱氧剂的添加比例控制，通过脱氧工艺的优化，控制钢中生成成分合适尺寸适宜的夹杂物，通过合适的夹杂物来影响大线能量焊接热影响的组织，从而提高EH550MPa级调质海工钢的低温冲击性能。具体的，本专利技术所述的大线能量焊接EH550MPa级调质海工钢板，其成分重量百分比为：C0.06～0.12％，Si，0.02～0.06％，Mn0.7～1.2％，Ti0.006～0.012％，Al0.002～0.010％，Cr0.30～0.50％，Mo0.3～0.4％，V0.03～0.04％，N0.0020～0.0030％，S0.002～0.010％，P≤0.008％，其余为Fe和不可避免杂质；其中，钢中含Ti夹杂物的平均尺寸在2μm～3μm之间，且此种类型的夹杂物密度为不小于50个/mm2。进一步，所述调质海工钢板的化学成分还含有Cu≤0.3％、Ni≤1.9％或B≤0.0015％中一种以上元素，以重量百分比计。优选的，所述调质海工钢板中Ti/Al＝2～3。本专利技术所述调质海工钢板热轧态的显微组织为回火马氏体组织，以保证足够的强度。在本专利技术钢的成分设计中：C是海工钢中重要的元素，增加钢中C的含量，能够提高海工钢的强度且降低生产成本，增加海工钢的强度级别，本专利技术中，C的含量不低于0.06％；同时，钢中C含量的增加，会降低海工钢板的低温韧性和焊接性能，所以，C含量不高于0.12％。Si，能溶于铁素体和奥氏体中提高钢的硬度和强度，而且Si元素是冶炼过程中重要的脱氧剂。但Si的含量过高，会显著降低钢的塑性和韧性，而且在大线能量焊接过程中，会促进岛状马氏体-奥氏体的生成，显著降低大线能量焊接热影响区的低温韧性。本专利技术采用低Si工艺，Si的含量范围为0.02％～0.06％。Mn，是炼钢过程中重要的脱氧剂，也可与钢中的S反应，生成MnS，消除S在钢中的有害影响，且MnS对大线能量焊接热影响区的晶内针状铁素体的生成起着重要的作用，所以Mn的下限为0.7％。Mn的含量过高，会增加海工钢的回火脆性敏感性，所以Mn含量的上限为1.2％。Ti，可以与氮、氧结合，生成含Ti氧化物和氮化物，这些含Ti的氧化物和氮化物在合适的尺寸范围内能够促进大线能量焊接热影响区的晶内铁素体生成，从而提高海工钢的焊接低温韧性。Ti的含量不低于0.006％。但过高的Ti，会生成TiC，降低母材和热影响区的低温韧性，也会促进大尺寸TiN的生成，形成裂纹起裂点，所以，Ti含量的上限为0.012％。Cr，能够增加钢的淬透性并有二次硬化的作用，在调质工艺中，可以提高淬透性，使钢经淬火回火后具有较好的综合力学性能。Cr的下限为0.3％。Cr含量的增加，会使高温回火脆性的倾向增大，所以Cr的上限为0.50％。Mo，能够提高海工钢的淬透性，防止回火脆性，在调质钢中，Mo能使钢板淬深，淬透，提高钢板的抗回火性或回火稳定性，有效的消除残余应力，提高塑性，所以，Mo的下限为0.3％。Cr含量过高，会显著提高钢板的碳当量，影响钢板的焊接性，所以Mo的上限为0.4％。V，能够细化钢的组织和晶粒，在调质钢中提高钢的强度和屈强比，细化晶粒，降低过热敏感性，增加回火稳定性，所以V的下限为0.03％。V的含量过高，会生成过量的VC，所以V的上限为0.04％。S，会与钢中的Mn生成MnS，MnS会在钢中含Ti氧化物上析出，促进晶内针状铁素体的生成，所以S的含量下限为0.002％。S的含量过高，会在铸坯的中心产生偏析，影响厚板的Z向性能，所以，S的含量上限为0.010％。P，有很强的固溶强化作用，可使钢的强度、硬度显著提高，但会剧烈降低钢的低温韧性，所以，P含量的上限为0.008％。N，含量较高时，在淬火时，N会从铁素体中析出，使钢的强度硬度升高，塑性韧性下降，N的含量范围控制在0.0020～0.0030％。Cu，能够提高钢的强度和屈强比，且对焊接性能没有不利影响，但如果加入过量，会导致热态脆性，所以，Cu的加入上限为0.3％。Ni，能强化铁素体并细化珠光体，提高强度并不降低韧性。但从成本角度考虑，也无比必要加入过多，所以其上限为1.9％。B，主要作用是增加钢的淬透性，从而节约其它价格昂贵的合金，降低成本，但本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大线能量焊接EH550MPa级调质海工钢板，其成分重量百分比为：C 0.06～0.12％，Si，0.02～0.06％，Mn 0.7～1.2％，Ti 0.006～0.012％，Al 0.002～0.010％，Cr0.30～0.50％，Mo 0.3～0.4％，V 0.03～0.04％，N 0.0020～0.0030％，S 0.002～0.010％，P≤0.008％，其余为Fe和不可避免杂质；其中，钢中含Ti夹杂物的平均尺寸在2μm～3μm之间且此种类型的夹杂物密度为不小于50个/mm

【技术特征摘要】
1.一种大线能量焊接EH550MPa级调质海工钢板，其成分重量百分比为：C0.06～0.12％，Si，0.02～0.06％，Mn0.7～1.2％，Ti0.006～0.012％，Al0.002～0.010％，Cr0.30～0.50％，Mo0.3～0.4％，V0.03～0.04％，N0.0020～0.0030％，S0.002～0.010％，P≤0.008％，其余为Fe和不可避免杂质；其中，钢中含Ti夹杂物的平均尺寸在2μm～3μm之间且此种类型的夹杂物密度为不小于50个/mm2。


2.如权利要求1所述的大线能量焊接EH550MPa级调质海工钢板，其特征在于，还含有Cu0.3％、Ni≤1.9％或B≤0.0015％中一种以上元素，以重量百分比计。


3.如权利要求1或2所述的大线能量焊接EH550MPa级调质海工钢板，其特征在于，钢中Ti/Al＝2～3。


4.如权利要求1或2或3所述的大线能量焊接EH550MPa级调质海工钢板，其特征在于，所述调质海工钢板的显微组织为回火马氏体组织。


5.如权利要求1或2或3或4所述的大线能量焊接EH550MPa级调质海工钢板，其特征在于，所述调质海工钢板的屈服强度≥550MPa、抗拉强度≥670MPa，母材-40℃冲击功(单个值)≥180J，焊接线能量50kj/cm，100kj/cm，150kj/cm的热影响区-40℃冲击功(单个值)≥80J。


6.一种如权利要求1～5中任何一项所述的大线能量焊接EH...

【专利技术属性】
技术研发人员：王睿之，蒋晓放，王毓男，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31