一種焊接熱影響區(qū)韌性優(yōu)異的厚鋼板及其制造方法，包括如下步驟：1）冶煉、精煉和連鑄，其成分質(zhì)量百分比為：C0.05～0.09%，Si0.10～0.30%，Mn1.2～1.6%，P≤0.02%，S0.001～0.006%，Ni0.20～0.40%，Cu0.15～0.3%，Ti0.005～0.03%，Al0.003～0.1%，Ca0.0005～0.005%，REM≤0.02%，Zr≤0.02%，B0.0002～0.005%，N0.001～0.006%，其余Fe和不可避免雜質(zhì)；且，1≤Ti/N≤6；2）軋制；3）冷卻。本發(fā)明專利技術(shù)可以形成微細彌散分布的夾雜物，通過對直徑≥1μm的微米夾雜物的面密度、Ca/Al比、夾雜物長寬比，對直徑＜1μm的亞微米夾雜物的面密度進行控制，母材抗拉強度≥510MPa級，焊接線能量200～400kJ/cm，焊接熱影響區(qū)具有良好的沖擊韌性。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于鋼鐵冶金和鋼鐵材料領(lǐng)域，特別涉及，板厚50~70mm，母材抗拉強度> 510MPa級，焊接線能量為200~400kJ/cm，鋼板的焊接熱影響區(qū)在-40°C下的平均夏比沖擊功在50J以上，焊接熱影響區(qū)(HAZ)具有良好沖擊韌性，鋼材可以應(yīng)用于造船、建筑、海洋平臺、橋梁、壓力容器和石油天然氣管線等領(lǐng)域的焊接結(jié)構(gòu)。
技術(shù)介紹
對于造船、建筑、海洋平臺、橋梁、壓力容器和石油天然氣管線等領(lǐng)域，近年來，板厚50mm以上，母材的抗拉強度> 510MPa級的鋼材已經(jīng)大量使用。為了提高這些厚鋼板的焊接效率，已經(jīng)開發(fā)了以氣電立焊、電渣焊為代表的大線能量、單道次焊接方法。這些大線能量焊接方法，可以大幅度提高焊接效率，縮短焊接工時，降低制造成本，降低焊接工的勞動強度。然而，一般的厚板鋼經(jīng)過大線能量焊接后，焊接熱影響區(qū)的沖擊韌性顯著降低，成為制約大線能量焊接工藝應(yīng)用的主要因素。因此，改善厚鋼板的大線能量焊接性能成為越來越迫切的要求。經(jīng)大線能量焊接后，焊接熱影響區(qū)鋼材的組織結(jié)構(gòu)遭到破壞，奧氏體晶粒明顯長大，形成粗晶區(qū)。在粗晶區(qū)導(dǎo)致脆化的組織是冷卻過程中形成的側(cè)板條鐵素體、上貝氏體，粗大的晶界鐵素體以及在 晶界鐵素體近傍形成的珠光體、在側(cè)板條鐵素體的板條間形成的碳化物島狀馬氏體-奧氏體組元(MA)等。隨著焊接線能量的增加，原奧氏體晶粒粒徑變大，側(cè)板條鐵素體和上貝氏體組織更加發(fā)達，晶界鐵素體的尺寸也相應(yīng)增大，焊接熱影響區(qū)的夏比沖擊功將顯著降低，這降低了焊接熱影響區(qū)的韌性。日本專利JP5116890 (金沢正午、中島明、岡本健太郎、金谷研:大入熱溶接用高張力鋼材製品製造方法，JP5116890，1976.5.28。)中揭示了在鋼材的成分設(shè)計中，添加一定量的T1、N，利用TiN粒子可以抑制焊接熱影響區(qū)韌性的劣化，焊接線能量可以提高到50kJ/cm ο但是當(dāng)船板鋼所要求的焊接線能量達到400kJ/cm的條件下,在焊接過程中,焊接熱影響區(qū)的溫度將高達1400°C，TiN粒子將部分發(fā)生固溶或者長大，其抑制焊接熱影響區(qū)晶粒長大的作用將部分消失，這時其阻止焊接熱影響區(qū)韌性劣化的效果將降低。日本專利JP517300 (小池允、本間弘之、松田昭一、今軍倍正名、平居正純、山口福吉，溶接継手熱影響部靭性O(shè) t C Λ亡鋼材O製造法，JP517300，1993.3.8)中揭示了利用鈦的氧化物提高鋼材大線能量焊接性能的方法。鈦的氧化物在高溫下穩(wěn)定，不易發(fā)生固溶。同時鈦的氧化物可以作為鐵素體的形核核心發(fā)揮作用，細化鐵素體晶粒，并且形成相互間具有大傾角晶粒的針狀鐵素體組織，有利于改善焊接熱影響區(qū)的韌性。鈦氧化物改善焊接熱影響區(qū)沖擊韌性的主要機理在于，在焊接冷卻過程中，在鈦氧化物表面容易析出TiN、MnS等析出物，由于TiN與鐵素體具有良好的位相共格關(guān)系，析出的MnS容易導(dǎo)致鈦氧化物表面形成Mn貧乏層，這樣可以誘導(dǎo)鐵素體在鈦氧化物粒子周圍形成，從而促進晶內(nèi)鐵素體的生長，分割原奧氏體晶粒，提高焊接熱影響區(qū)的韌性。但是，鈦氧化物存在數(shù)量較少和在鋼中難以彌散分布兩大問題。如果希望通過提高鋼中的鈦含量來提高鈦氧化物的數(shù)量，勢必導(dǎo)致大型鈦氧化物夾雜的形成。當(dāng)鈦氧化物粒子的尺寸大于5 μ m時，將降低母材和焊接熱影響區(qū)的沖擊韌性。因此在焊接線能量大于200kJ/cm的大線能量焊接過程中，單靠鈦的氧化物仍然不足以改善焊接熱影響區(qū)的韌性。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是提供，板厚為50~70mm，母材抗拉強度≥510MPa ;在焊接線能量為200~400kJ/cm焊接條件下，具有vE_40≥50J良好的焊接熱影響區(qū)沖擊韌性。為達到上述目的，本專利技術(shù)的技術(shù)方案是:本專利技術(shù)的一種焊接熱影響區(qū)韌性優(yōu)異的厚鋼板，其化學(xué)成分質(zhì)量百分比為:C:0.05 ~0.09%，S1:0.10 ~0.30%,Μn: 1.2 ~1.6%，Ρ≤0.02%,S:0.001 ~0.006%，N1:0.20 ~0.40%，Cu:0.15 ~0.3%，T1:0.005 ~0.03%，Α1:0.003 ~0.1%，Ca:0.0005 ~0.005%,REM ≤0.02%,Zr ≤0.02%,Β:0.0002 ~0.005%，Ν:0.001 ~0.006%，其余為Fe和不可避免雜質(zhì)；且，其中，1 (≤Ti/N ≤ 6 ；在鋼板的縱截面上，對于直徑大于等于lym的微米夾雜物，面密度≥60個/mm2 ；該夾雜物中Ca/Al≥0.10，該夾雜物長寬比≤2.0 ；對于直徑小于1 μ m的亞微米夾雜物，面密度≥300個/mm2。進一步，本專利技術(shù)厚鋼板的化學(xué)成分還含有Nb ≤ 0.03%或Cr≤ 0.2%中一種以上元素，以質(zhì)量百分比計。在本專利技術(shù)鋼的成分設(shè)計中:C，是增加鋼材強度的元素。對于控軋控冷的TMCP工藝而言，為了穩(wěn)定地保持特定強度，C含量的下限為0.05%。但是過量地添加C，將導(dǎo)致母材和焊接熱影響區(qū)的韌性降低，C含量的上限為0.09%。Si，是煉鋼預(yù)脫氧過程中所需要的元素，并且可以起到強化母材的作用，因此Si含量的下限為0.1%。但是Si含量過高超過0.3%時，會降低母材的韌性，同時在大線能量焊接過程中，將促進島狀馬氏體-奧氏體組元的生成，顯著降低焊接熱影響區(qū)韌性。Si含量范圍為 0.10 ~0.30%。Mn，可以通過固溶強化提高母材的強度，又可以作為預(yù)脫氧元素發(fā)揮作用。同時MnS的析出可以促進晶內(nèi)鐵素體的生成，Mn的下限值為1.2%。但是過高的Mn將導(dǎo)致板坯的中心偏析，同時會導(dǎo)致大線能量焊接熱影響區(qū)的硬化和MA生成，降低焊接熱影響區(qū)的韌性，所以Mn的上限值控制為1.6%。Ni，可以提高母材的強度和韌性，其下限為0.2%。但是由于其價格昂貴，鑒于成本的限制，其上限為0.4%。Cu，可以提高母材的強度和韌性，其下限為0.15%。但是Cu含量過高，將導(dǎo)致熱態(tài)脆性，Cu的上限為0.3%。Ti，通過形成Ti2O3粒子，可以促進晶內(nèi)鐵素體的生成。同時Ti與N結(jié)合生成TiN粒子可以釘扎奧氏體晶粒的長大，使母材和焊接熱影響區(qū)組織細化，提高韌性。所以作為有益元素，Ti含量的下限為0.005%。但是Ti含量過高時,將形成粗大的氮化物,或者促使TiC的生成，降低母材和焊接熱影響區(qū)的韌性，所以Ti含量上限為0.03%。N，可以形成微細的Ti氮化物，在大線能量焊接過程中，可以有效地抑制奧氏體晶粒的長大，其下限為0.001%。但是其含量超過0.006%，將導(dǎo)致固溶N的形成，降低母材和焊接熱影響區(qū)的韌性。同時，要保持鋼材中具有合適的Ti/N比，其比值為I≤Ti/N≤6。當(dāng)Ti/N小于I時，TiN粒子的數(shù)量將會急劇降低，不能形成足夠數(shù)量的TiN粒子，抑制大線能量焊接過程中奧氏體晶粒的長大，降低了焊接熱影響區(qū)的韌性。當(dāng)Ti/N大于6時，TiN粒子粗大化，同時過剩的Ti容易與C結(jié)合生成粗大的TiC粒子，這些粗大的粒子都有可能作為裂紋發(fā)生的起點，降低了母材和焊接熱影響區(qū)的沖擊韌性。Al，鋼中的Al含量宜控制在0.003~0.1%。Al含量太低時，夾雜物中的Ca/Al過高，直徑大于等于I μ m的微米夾雜物面密度將小于60個/mm2，直徑小于I μ m的亞微米夾雜物的面密度將小于300個/mm 2。這樣微米夾雜物促進晶內(nèi)鐵本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
一種焊接熱影響區(qū)韌性優(yōu)異的厚鋼板，其化學(xué)成分質(zhì)量百分比為：C:0.05～0.09%，Si:0.10～0.30%，Mn:1.2～1.6%，P≤0.02%，S:0.001～0.006%，Ni:0.20～0.40%，Cu:0.15～0.3%，Ti:0.005～0.03%，Al:0.003～0.1%，Ca:0.0005～0.005%，REM≤0.02%，Zr≤0.02%，B:0.0002～0.005%，N:0.001～0.006%，其余為Fe和不可避免雜質(zhì)；且，其中，1≤Ti/N≤6；在鋼板的縱截面上，對于直徑大于等于1μm的微米夾雜物，面密度≥60個/mm2，該夾雜物中Ca/Al≥0.10，該夾雜物長寬比≤2.0；對于直徑小于1μm的亞微米夾雜物，面密度≥300個/mm2。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種焊接熱影響區(qū)韌性優(yōu)異的厚鋼板，其化學(xué)成分質(zhì)量百分比為:C:0.05 ~0.09%,S1:0.10 ~0.30%,Μη:1.2 ~1.6%,Ρ ≤ 0.02%,S:0.001 ~0.006%,N1:0.20 ~ 0.40%,Cu:0.15 ~0.3%, T1:0.005 ~0.03%,Α1:0.003 ~0.1%,Ca:0.0005 ~0.005%,REM ( 0.02%,Zr ( 0.02%,Β:0.0002 ~0.005%,N:0.001 ~0.006%,其余為Fe和不可避免雜質(zhì)；且，其中，1 ( Ti/N ( 6 ；在鋼板的縱截面上，對于直徑大于等于1 μ m的微米夾雜物，面密度> 60個/mm2，該夾雜物中Ca/Al≥0.10，該夾雜物長寬比≤2.0 ；對于直徑小于1 μ m的亞微米夾雜物，面密度≤300個/mm2。2.如權(quán)利要求1所述的焊接熱影響區(qū)韌性優(yōu)異的厚鋼板，其特征是，所述厚鋼板的化學(xué)成分還含有Nb ( 0.03%或Cr < 0.2%中一種以上元素，以質(zhì)量百分比計。3.一種焊接熱影響區(qū)韌性優(yōu)異的厚鋼板的制造方法，包括如下步驟:1)冶煉、精煉和連鑄按下述成分冶煉、精煉、連鑄成坯，鋼的化學(xué)成分質(zhì)量百分比為:c:0.05~0.09%,S1:0.10 ~0.30%, Mn:L 2 ~L 6%, P ^ 0.02%, ...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：楊健，高珊，馬志剛，祝凱，張才毅，王睿之，王俊凱，徐國棟，
申請(專利權(quán))人：寶山鋼鐵股份有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：上海;31
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