一种可承受100kJ/cm大热输入焊接的E级钢板及其制备方法技术

技术编号：40035355 阅读：8 留言：0更新日期：2024-01-16 18:53

本发明专利技术提供了一种可承受100kJ/cm大热输入焊接的E级钢板及其制备方法，属于大热输入焊接用钢板技术领域。本发明专利技术通过控制合金元素的配比，并控制钢板的化学成分满足相应关系式，能够在钢中优化析出粒子比例，并充分发挥钢中各种粒子的特点，利用析出粒子对晶界的控制能力以及形核能力提高了钢板的耐大热输入焊接性能。实验结果表明，本发明专利技术提供的E级钢板在采用双丝埋弧焊，气电立焊等高效焊接方法进行焊接时，在经受100kJ/cm热输入条件下，近缝焊接热影响区‑40℃冲击值≥60J。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及大热输入焊接用钢板，尤其涉及一种可承受100kj/cm大热输入焊接的e级钢板及其制备方法。

技术介绍

1、随着经济社会的发展，高层建筑、能源储运、船舶和海洋工程等各领域的结构构造不断向高强度化和大型化发展，所需钢板的强度和厚度大幅度增加，在此背景下，大型钢制结构的建造逐渐釆用能够实施大线能量焊接的焊接工艺技术，使制造效率大幅度提高。而传统钢材在大线能量焊接条件下将出现焊接接头的性能严重恶化，成为制约生产效率及工程质量可靠性的关键问题。

2、目前国内外均在大力开发大线能量焊接用钢，而随之带来的问题就是焊接热影响区的强度、韧性随焊接线能量的提高而大幅度下降，因此防止焊接过程热影响区性能的恶化是开发大线能量焊接用钢的关键。控制大热输入焊接粗晶热影响区的低温韧性的主要手段是控制焊接过程中奥氏体晶粒的长大以及粗晶热影响区的组织。

3、tin是最早在大热输入焊接过程中显示出重要作用的粒子。tin具有较高的熔点，一定尺寸数量的tin粒子可以钉扎奥氏体晶界，细化晶粒，提高低温韧性。但是tin在超过1400℃的高温阶段会迅速溶解，丧失对奥氏体晶粒尺寸的控制能力，为解决上述问题，科学家们研制了利用细小夹杂物控制奥氏体晶粒尺寸长大的氧化物冶金技术。

4、在钢中添加mg、ca、zr等合金元素并且在炼钢过程中严格控制氧的含量，可以在钢中形成大量细小弥散的复合夹杂物，该类粒子不仅能够抑制大热输入焊接过程中奥氏体晶粒的长大，同时还能促进晶内针状铁素体的形核，改善haz晶内组织。但是，氧化物冶金技术在实际应用的

5、还有专家提出，利用钒氮合金在钢中增加氮含量，促进钢中形成vn、bn等可以促进针状铁素体形核的粒子，改善晶内组织提高haz低温韧性。此技术思路成本低，生产稳定，但是上述技术思路在实际应用的过程中，虽能有效形核，但是并不能有效控制晶粒尺寸，所以导致在一些较大热输入的情况下，此种方法并不适用，同时，钢中的氮含量增加时，还会带来一定的时效问题。

6、综上所述，现有技术在应对大热输入焊接问题的过程中暴露出来了纳米级别粒子对晶界的控制能力不足以及微米级别的形核能力不足的问题，从而影响钢板的耐大热输入焊接性能。因此，如何同时发挥纳米级别粒子对晶界的控制能力以及微米级别粒子的形核能力，从而确保钢板的耐大热输入焊接性能成为本领域亟待解决的难题。

技术实现思路

1、本专利技术的目的在于提供一种可承受100kj/cm大热输入焊接的e级钢板及其制备方法。本专利技术提供的e级钢板具备优异的耐大热输入焊接性能，可承受焊接热输入100kj/cm。

2、为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：

3、本专利技术提供了一种可承受100kj/cm大热输入焊接的e级钢板，化学成分按质量百分比计为：c 0.04％～0.12％、si 0.10％～0.35％、mn 1.45％～1.58％、p≤0.015％、s≤0.005％、ni≤0.09％、cu≤0.07％、mo≤0.05％、nb 0.01％～0.09％、v 0.01％～0.09％、ti 0.005％～0.030％、b 0.0005％～0.0035％、al 0.005％～0.025％、ce≤0.002％、n0.0005％～0.0040％、o 0.0005％～0.0030％和余量的fe；

4、所述ti、nb、v、b、c和n的含量满足以下条件：0.2％≤7.86ti+4.21nb+0.9v+0.03b+0.2c+0.08n≤0.5％。

5、优选地，化学成分按质量百分比计为：c 0.05％～0.1％、si 0.13％～0.26％、mn1.46％～1.57％、p≤0.015％、s≤0.005％、ni 0.01％～0.08％、cu 0.01％～0.06％、mo0.01％～0.04％、nb 0.029％～0.071％、v 0.016％～0.071％、ti 0.006％～0.018％、b0.0009％～0.0025％、al 0.015％～0.023％、ce 0.0002％～0.0016％、n 0.0015％～0.0037％、o 0.0015％～0.0025％和余量的fe。

6、优选地，化学成分按质量百分比计为：c 0.06％～0.09％、si 0.15％～0.23％、mn1.48％～1.56％、p≤0.015％、s≤0.005％、ni 0.05％～0.06％、cu 0.02％～0.05％、mo0.02％～0.03％、nb 0.035％～0.068％、v 0.022％～0.06％、ti 0.009％～0.016％、b0.0011％～0.0022％、al 0.016％～0.022％、ce 0.0009％～0.0015％、n 0.0018％～0.0035％、o 0.0017％～0.0024％和余量的fe。

7、优选地，所述ti、nb、v、b、c和n的含量满足以下条件：0.25％≤7.86ti+4.21nb+0.9v+0.03b+0.2c+0.08n≤0.49％。

8、优选地，所述ti、nb、v、b、c和n的含量满足以下条件：0.28％≤7.86ti+4.21nb+0.9v+0.03b+0.2c+0.08n≤0.39％。

9、本专利技术还提供了上述技术方案所述可承受100kj/cm大热输入焊接的e级钢板的制备方法，包括以下步骤：

10、(1)将合金原料进行熔炼和铸造，得到钢坯；

11、(2)将所述步骤(1)得到的钢坯进行保温、粗轧、精轧和层流水冷却，得到可承受100kj/cm大热输入焊接的e级钢板。

12、优选地，所述步骤(2)中保温的温度为1050～1300℃，所述保温的时间≥2h。

13、优选地，所述步骤(2)中粗轧的温度为1000～1050℃。

14、优选地，所述步骤(2)中粗轧的总变形量为60～70％。

15、优选地，所述步骤(2)中精轧的温度为750～950℃。

16、本专利技术提供了一种可承受100kj/cm大热输入焊接的e级钢板，化学成分按质量百分比计为：c 0.04％～0.12％、si 0.10％～0.35％、mn 1.45％～1.58％、p≤0.015％、s≤0.005％、ni≤0.09％、cu≤0.07％、mo≤0.05％、nb 0.01％～0.09％、v 0.01％～0.09％、ti 0.005％～0.030％、b 0.0005％～0.0035％、al 0.005％～0.025％、ce≤0.002％、n0.0005％～0.0040％、o 0.0005％～0.0030％和余量的fe；所述ti、nb、v、b、c和n的含量满足以下条件：0.2％≤7.86ti+4.21nb+0.9v+0.03b+0.2c+0.08n≤0.5本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种可承受100kJ/cm大热输入焊接的E级钢板，化学成分按质量百分比计为：C0.04％～0.12％、Si 0.10％～0.35％、Mn 1.45％～1.58％、P≤0.015％、S≤0.005％、Ni≤0.09％、Cu≤0.07％、Mo≤0.05％、Nb 0.01％～0.09％、V0.01％～0.09％、Ti 0.005％～0.030％、B 0.0005％～0.0035％、Al 0.005％～0.025％、Ce≤0.002％、N 0.0005％～0.0040％、O 0.0005％～0.0030％和余量的Fe；

2.根据权利要求1所述的E级钢板，其特征在于，化学成分按质量百分比计为：C 0.05％～0.1％、Si 0.13％～0.26％、Mn 1.46％～1.57％、P≤0.015％、S≤0.005％、Ni 0.01％～0.08％、Cu 0.01％～0.06％、Mo 0.01％～0.04％、Nb0.029％～0.071％、V 0.016％～0.071％、Ti 0.006％～0.018％、B 0.0009％～0.0025％、Al 0.015％～0.023％、Ce0.

3.根据权利要求2所述的E级钢板，其特征在于，化学成分按质量百分比计为：C 0.06％～0.09％、Si 0.15％～0.23％、Mn 1.48％～1.56％、P≤0.015％、S≤0.005％、Ni 0.05％～0.06％、Cu 0.02％～0.05％、Mo 0.02％～0.03％、Nb0.035％～0.068％、V 0.022％～0.06％、Ti 0.009％～0.016％、B 0.0011％～0.0022％、Al 0.016％～0.022％、Ce0.0009％～0.0015％、N 0.0018％～0.0035％、O0.0017％～0.0024％和余量的Fe。

4.根据权利要求1所述的E级钢板，其特征在于，所述Ti、Nb、V、B、C和N的含量满足以下条件：0.25％≤7.86Ti+4.21Nb+0.9V+0.03B+0.2C+0.08N≤0.49％。

5.根据权利要求4所述的E级钢板，其特征在于，所述Ti、Nb、V、B、C和N的含量满足以下条件：0.28％≤7.86Ti+4.21Nb+0.9V+0.03B+0.2C+0.08N≤0.39％。

6.权利要求1～5任意一项所述可承受100kJ/cm大热输入焊接的E级钢板的制备方法，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中保温的温度为1050～1300℃，所述保温的时间≥2h。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中粗轧的温度为1000～1050℃。

9.根据权利要求6或8所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中粗轧的总变形量为60～70％。

10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中精轧的温度为750～950℃。

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【技术特征摘要】

1.一种可承受100kj/cm大热输入焊接的e级钢板，化学成分按质量百分比计为：c0.04％～0.12％、si 0.10％～0.35％、mn 1.45％～1.58％、p≤0.015％、s≤0.005％、ni≤0.09％、cu≤0.07％、mo≤0.05％、nb 0.01％～0.09％、v0.01％～0.09％、ti 0.005％～0.030％、b 0.0005％～0.0035％、al 0.005％～0.025％、ce≤0.002％、n 0.0005％～0.0040％、o 0.0005％～0.0030％和余量的fe；

2.根据权利要求1所述的e级钢板，其特征在于，化学成分按质量百分比计为：c 0.05％～0.1％、si 0.13％～0.26％、mn 1.46％～1.57％、p≤0.015％、s≤0.005％、ni 0.01％～0.08％、cu 0.01％～0.06％、mo 0.01％～0.04％、nb0.029％～0.071％、v 0.016％～0.071％、ti 0.006％～0.018％、b 0.0009％～0.0025％、al 0.015％～0.023％、ce0.0002％～0.0016％、n 0.0015％～0.0037％、o0.0015％～0.0025％和余量的fe。

3.根据权利要求2所述的e级钢板，其特征在于，化学成分按质量百分比计为：c 0.06％～0.09％、si 0.15％～0.23％、mn 1.48％～1.56％、p≤0.015％、s≤0.005％、ni 0.05％～0.0...

【专利技术属性】
技术研发人员：王青峰，胡兵，刘日平，杨志瀚，唐宇灿，何江里，王秋鸣，王伟，邱俊，魏旭，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：

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