焊接熱影響部的低溫韌性優良的高張力鋼板及其制造方法技術

本發明專利技術提供一種多層焊接部的CTOD特性優良、屈服強度為620MPa級的高張力鋼板及其制造方法。該高張力鋼板的組成為：以質量%計含有特定量的C、Mn、Si、P、S、Al、Ni、B、N，以及根據需要的Cr、Mo、V、Cu、Ti、Ca中的1種以上，Ceq≤0.80，中心偏析部硬度指標HCS滿足式(1)，并且中心偏析部硬度滿足式(2)。將上述成分組成的鋼以特定的鋼坯加熱溫度和軋制比進行熱軋后，再加熱，然后以0.3℃/秒以上的速度進行冷卻直至板厚中心溫度達到350℃以下，在特定溫度范圍內回火。5.5[C]

High tension steel plate with excellent low temperature toughness of welding heat affected part and manufacturing method thereof

The present invention provides a high tension steel sheet with excellent CTOD characteristics and a yield strength of 620MPa for a multilayer welding part and a method for manufacturing the same. The composition of the high tension steel plate is: to the quality of% containing a specific amount of C, Mn, Si, P, S, Al, Ni, B, N, and Cr, according to the needs of the Mo, V, Cu, Ti, Ca in more than 1, Ceq less than 0.80, the hardness of central segregation index the HCS (1), and the hardness of the center segregation (2). The composition of the steel billet heating temperature and rolling specific ratio after hot rolling, and then heated to 0.3 degrees per second, then above the rate of cooling in the center of the plate until the temperature reaches 350 DEG C, tempering in a specific temperature range. 5.5[C]

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】焊接熱影響部的低溫韌性優良的高張力鋼板及其制造方法
本專利技術涉及可以用于船舶、海洋結構物、壓力容器、壓力水管等鋼鐵結構物的高張力鋼板(highstrengthsteelplate)及其制造方法。特別涉及屈服強度(YieldPoint)為620MPa以上，不僅母材的強度和韌性優良，而且小～中熱量輸入(lowtomediumheatinputwelding)的多層焊接部(multipassweldedzone)的低溫韌性(low-temperaturetoughness)也優良的高張力鋼板及其制造方法。
技術介紹
用于船舶、海洋結構物、壓力容器的鋼，通過焊接接合而加工為所希望形狀的結構物。因此，對于這些鋼來說，從結構物安全性的觀點考慮，要求母材的強度高、韌性優良自不必說，還要求焊接接頭部(焊接金屬、熱影響部)的韌性優良。作為鋼的韌性的評價基準，以往主要使用夏比沖擊試驗(Charpyimpacttest)所測定的吸收能，而近年來，為了進一步提高可靠性，大多使用裂紋尖端張開位移試驗(CrackTipOpeningDisplacementTest，以后稱為CTOD試驗)。CTOD試驗是對韌性評價部產生有疲勞預置裂紋(afatiguecrack)的試驗片進行三點彎曲(three-pointbending)，并測定臨斷裂前的裂紋尖端張開量(anopeningdisplacementatthecracktip)，由此評價脆性斷裂的產生阻力。由于CTOD試驗使用疲勞預置裂紋，因此極微小的區域都可以成為韌性評價部。如果存在局部脆化區域，則即使在夏比沖擊試驗中獲得了良好的韌性，在CTOD試驗中有時也顯示出低韌性。局部脆化區域容易在板厚較厚的鋼等的由于多層焊接而經歷復雜熱歷史的焊接熱影響部(HAZ：HeatAffectedZone)中產生，熔合部(焊接金屬與母材的邊界)、熔合部被再加熱至雙相區的部分(在第1循環的焊接中形成粗粒，經之后的焊接道次加熱至鐵素體和奧氏體的雙相區的區域，以下稱為雙相區再加熱部)成為局部脆化區域。由于熔合部被暴露于稍低于熔點的高溫，因此奧氏體晶粒粗大化，經隨后的冷卻容易相變為韌性較低的上部貝氏體組織，因此基體本身的韌性低。此外，在熔合部中，容易生成魏氏體組織(Widmannstattenstructure)、島狀馬氏體(Martensite-AusteniteConstituent)等脆化組織，韌性進一步下降。為了提高熔合部的韌性，例如使TiN微細分散于鋼中，抑制奧氏體晶粒的粗大化，或將其用作鐵素體相變核的技術正被實用化。此外，專利文獻1、專利文獻2中公開了以下技術：通過將稀土元素(REM)與Ti一起復合添加，使微細粒子分散在鋼中，從而抑制奧氏體的晶粒生長，提高焊接部韌性。除此以外，還提出了使Ti的氧化物分散的技術、將BN的鐵素體核生成能力與氧化物的分散組合起來的技術、以及通過添加Ca、REM來控制硫化物的形態從而提高韌性的技術。此外，由于在多層焊接中因析出型元素V的析出強化而產生的脆化部在進行CTOD試驗時，形成了局部脆化區域，導致臨界CTOD值下降，因此專利文獻3中提出了一種未添加V的精煉型高張力鋼。然而，這些技術以強度較低的合金元素量少的鋼材作為對象，而在更高強度的合金元素量多的鋼材的情況下，由于HAZ組織成為不含鐵素體的組織，因此無法適用。作為使鐵素體在焊接熱影響部中容易生成的技術，專利文獻4中公開了主要將Mn的添加量提高至2%以上的技術。專利文獻5中記載了通過形成高Mn的成分組成，并控制為適當的氧量，從而增加了晶粒內的相變鐵素體核，使焊接熱影響部的顯微組織微細化，同時，通過控制由C、Nb、V等脆化元素所構成的參數式的數值，改善了HAZ的CTOD特性(CTODtoughness)。但是，對于連鑄材料而言，Mn等合金元素容易在鋼坯的中心部偏析，不僅在母材中，而且在焊接熱影響部中，中心偏析部的硬度提高，成為斷裂的起點，因此導致母材和HAZ韌性的下降。專利文獻6中提出在連鑄后，用平面軋制凝固過程中的鑄片，制造沒有中心偏析的鑄片，同時通過復合氧化物改善熔合部附近的組織。專利文獻7中提出對于相當于鋼坯中央部的板內位置中包含板厚中心部偏析的微小區域，求出其成分的平均分析值，導出偏析參數式，進行成分設計。另一方面，雙相區再加熱部通過雙相區再加熱，碳在逆相變為奧氏體的區域中富集，并在冷卻中生成包含島狀馬氏體的脆弱的貝氏體組織，韌性下降。專利文獻8和9中公開了使鋼組成低C、低Si化，抑制島狀馬氏體的生成，從而提高韌性，以及通過添加Cu來確保母材強度的技術。雖然這些技術通過時效處理所產生的Cu的析出而提高了強度，但是由于添加了大量的Cu，因此熱軋性下降，阻礙了生產率。如上所述，由于CTOD特性受各種因素的影響，因此專利文獻10中提出了利用減少中心偏析的連鑄鋼片的鋼坯加熱溫度、混入到鋼組成中的B量的管理，以及抑制島狀馬氏體產生的成分組成等綜合對策，從而得到了在小～中熱量輸入焊接的多層焊接部可獲得優良CTOD特性的鋼材。此外，專利文獻11中記載了通過形成如下成分組成從而在最大為100kJ/cm的焊接熱量輸入范圍內提高多層焊接部的CTOD特性的技術，該成分組成能夠實現：大熱量輸入焊接時使作為HAZ粗大粒子的破壞單位的有效結晶粒徑微細化，在小～中熱量輸入焊接下由島狀馬氏體的減少和微量Nb帶來的晶界淬透性的提高、析出硬化的抑制、HAZ硬度的降低。現有技術文獻專利文獻專利文獻1：日本特公平03－053367號公報專利文獻2：日本特開昭60－184663號公報專利文獻3：日本特開昭57－9854號公報專利文獻4：日本特開2003－147484號公報專利文獻5：日本特開2008－169429號公報專利文獻6：日本特開平9－1303號公報專利文獻7：日本特開昭62－93346號公報專利文獻8：日本特開平05－186823號公報專利文獻9：日本特開2001－335884號公報專利文獻10：日本特開2001－11566號公報專利文獻11：日本特開平11－229077號公報
技術實現思路
專利技術所要解決的問題在最近的海洋結構物自升式鉆井平臺的情況下，在支架部、懸臂梁(鉆頭部的梁)等部分中使用屈服強度為620MPa級、板厚為50～210mm的鋼材，要求焊接部具有優良的CTOD特性。然而，由于專利文獻1～11記載的焊接熱影響部的CTOD特性改善技術的對象鋼材的屈服強度和/或板厚不同，因此難以適用。因此，本專利技術目的在于提供一種適合用于船舶、海洋結構物、壓力容器、壓力水管等鋼鐵結構物的屈服強度為620MPa以上，并且由小～中熱量輸入形成的多層焊接部的焊接熱影響部的CTOD特性優良的高張力鋼板及其制造方法。用于解決問題的方法本專利技術人對于在確保屈服強度為620MPa以上的母材強度和韌性的同時，通過改善多層焊接的焊接熱影響部的韌性從而確保在試驗溫度為－10℃下的臨界CTOD值為0.50mm以上的CTOD特性的方法進行了深入研究。結果發現，有效的是：1.抑制焊接熱影響部中奧氏體晶粒的粗大化；2.為了促進焊接后在冷卻時的鐵素體相變，使相變核均勻微細地分散；3.為了抑制脆化組織的生成，將用于控制硫化物形態而添加的Ca的添加量控制在適當的范圍；4.為了本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種焊接熱影響部的低溫韌性優良的高張力鋼板，其特征在于，其具有如下成分組成：以質量％計含有C：0.05～0.14％、Si：0.01～0.30％以下、Mn：0.3～2.3％、P：0.008％以下、S：0.005％以下、Al：0.005～0.1％、Ni：0.5～4％、B：0.0003～0.003％、N：0.001～0.008％，Ceq≤0.80，中心偏析部硬度指標HCS滿足式(1)，余量由Fe和不可避免的雜質構成，其中，Ceq＝[C]+[Mn]/6+[Cu+Ni]/15+[Cr+Mo+V]/5，各元素符號為各元素的質量％含量，并且，鋼板的中心偏析部的硬度滿足式(2)，HCS＝5.5[C]

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2011.10.03 JP 2011-2193071.一種焊接熱影響部的低溫韌性優良的高張力鋼板，其特征在于，其具有如下成分組成：以質量％計含有C：0.05～0.14％、Si：0.01～0.30％以下、Mn：0.3～2.3％、P：0.008％以下、S：0.005％以下、Al：0.005～0.1％、Ni：0.5～4％、B：0.0003～0.003％、N：0.001～0.008％，Ceq≤0.80，中心偏析部硬度指標HCS滿足式(1)，余量由Fe和不可避免的雜質構成，其中，Ceq＝[C]+[Mn]/6+[Cu+Ni]/15+[Cr+Mo+V]/5，各元素符號為各元素的質量％含量，并且，鋼板的中心偏析部的硬度滿足式(2)，HCS＝5.5[C]4/3+15[P]+0.90[Mn]+0.12[Ni]+0.53[Mo]≤2.5…(1)其中，[M]為各元素的質量％含量HVmax/HVave≤1.35+0.006/C－t/750…(2)HVmax為中心偏析部的維氏硬度的最大值，HVave為除中心偏析部以及表面至板厚的1/4和背面至板厚的1/4之外的部分的維氏硬度的平均值，C為碳的質量％含量，t為鋼板的板厚，其單位為mm。2.如權利要求1所述的焊接熱影響部的低溫韌性優良的高張力鋼板，其特征在于，鋼組成以質量％計進一步含有選自Cr：0.2～2.5％、...

【專利技術屬性】
技術研發人員：柚賀正雄，木津谷茂樹，林謙次，諏訪稔，
申請(專利權)人：杰富意鋼鐵株式會社，
類型：發明
國別省市：日本,JP