焊接热影响部的低温韧性优良的高张力钢板及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种多层焊接部的CTOD特性优良、屈服强度为620MPa级的高张力钢板及其制造方法。该高张力钢板的组成为：以质量%计含有特定量的C、Mn、Si、P、S、Al、Ni、B、N，以及根据需要的Cr、Mo、V、Cu、Ti、Ca中的1种以上，Ceq≤0.80，中心偏析部硬度指标HCS满足式(1)，并且中心偏析部硬度满足式(2)。将上述成分组成的钢以特定的钢坯加热温度和轧制比进行热轧后，再加热，然后以0.3℃/秒以上的速度进行冷却直至板厚中心温度达到350℃以下，在特定温度范围内回火。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]

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】焊接热影响部的低温韧性优良的高张力钢板及其制造方法
本专利技术涉及可以用于船舶、海洋结构物、压力容器、压力水管等钢铁结构物的高张力钢板(highstrengthsteelplate)及其制造方法。特别涉及屈服强度(YieldPoint)为620MPa以上，不仅母材的强度和韧性优良，而且小～中热量输入(lowtomediumheatinputwelding)的多层焊接部(multipassweldedzone)的低温韧性(low-temperaturetoughness)也优良的高张力钢板及其制造方法。
技术介绍
用于船舶、海洋结构物、压力容器的钢，通过焊接接合而加工为所希望形状的结构物。因此，对于这些钢来说，从结构物安全性的观点考虑，要求母材的强度高、韧性优良自不必说，还要求焊接接头部(焊接金属、热影响部)的韧性优良。作为钢的韧性的评价基准，以往主要使用夏比冲击试验(Charpyimpacttest)所测定的吸收能，而近年来，为了进一步提高可靠性，大多使用裂纹尖端张开位移试验(CrackTipOpeningDisplacementTest，以后称为CTOD试验)。CTOD试验是对韧性评价部产生有疲劳预置裂纹(afatiguecrack)的试验片进行三点弯曲(three-pointbending)，并测定临断裂前的裂纹尖端张开量(anopeningdisplacementatthecracktip)，由此评价脆性断裂的产生阻力。由于CTOD试验使用疲劳预置裂纹，因此极微小的区域都可以成为韧性评价部。如果存在局部脆化区域，则即使在夏比冲击试验中获得了良好的韧性，在CTOD试验中有时也显示出低韧性。局部脆化区域容易在板厚较厚的钢等的由于多层焊接而经历复杂热历史的焊接热影响部(HAZ：HeatAffectedZone)中产生，熔合部(焊接金属与母材的边界)、熔合部被再加热至双相区的部分(在第1循环的焊接中形成粗粒，经之后的焊接道次加热至铁素体和奥氏体的双相区的区域，以下称为双相区再加热部)成为局部脆化区域。由于熔合部被暴露于稍低于熔点的高温，因此奥氏体晶粒粗大化，经随后的冷却容易相变为韧性较低的上部贝氏体组织，因此基体本身的韧性低。此外，在熔合部中，容易生成魏氏体组织(Widmannstattenstructure)、岛状马氏体(Martensite-AusteniteConstituent)等脆化组织，韧性进一步下降。为了提高熔合部的韧性，例如使TiN微细分散于钢中，抑制奥氏体晶粒的粗大化，或将其用作铁素体相变核的技术正被实用化。此外，专利文献1、专利文献2中公开了以下技术：通过将稀土元素(REM)与Ti一起复合添加，使微细粒子分散在钢中，从而抑制奥氏体的晶粒生长，提高焊接部韧性。除此以外，还提出了使Ti的氧化物分散的技术、将BN的铁素体核生成能力与氧化物的分散组合起来的技术、以及通过添加Ca、REM来控制硫化物的形态从而提高韧性的技术。此外，由于在多层焊接中因析出型元素V的析出强化而产生的脆化部在进行CTOD试验时，形成了局部脆化区域，导致临界CTOD值下降，因此专利文献3中提出了一种未添加V的精炼型高张力钢。然而，这些技术以强度较低的合金元素量少的钢材作为对象，而在更高强度的合金元素量多的钢材的情况下，由于HAZ组织成为不含铁素体的组织，因此无法适用。作为使铁素体在焊接热影响部中容易生成的技术，专利文献4中公开了主要将Mn的添加量提高至2%以上的技术。专利文献5中记载了通过形成高Mn的成分组成，并控制为适当的氧量，从而增加了晶粒内的相变铁素体核，使焊接热影响部的显微组织微细化，同时，通过控制由C、Nb、V等脆化元素所构成的参数式的数值，改善了HAZ的CTOD特性(CTODtoughness)。但是，对于连铸材料而言，Mn等合金元素容易在钢坯的中心部偏析，不仅在母材中，而且在焊接热影响部中，中心偏析部的硬度提高，成为断裂的起点，因此导致母材和HAZ韧性的下降。专利文献6中提出在连铸后，用平面轧制凝固过程中的铸片，制造没有中心偏析的铸片，同时通过复合氧化物改善熔合部附近的组织。专利文献7中提出对于相当于钢坯中央部的板内位置中包含板厚中心部偏析的微小区域，求出其成分的平均分析值，导出偏析参数式，进行成分设计。另一方面，双相区再加热部通过双相区再加热，碳在逆相变为奥氏体的区域中富集，并在冷却中生成包含岛状马氏体的脆弱的贝氏体组织，韧性下降。专利文献8和9中公开了使钢组成低C、低Si化，抑制岛状马氏体的生成，从而提高韧性，以及通过添加Cu来确保母材强度的技术。虽然这些技术通过时效处理所产生的Cu的析出而提高了强度，但是由于添加了大量的Cu，因此热轧性下降，阻碍了生产率。如上所述，由于CTOD特性受各种因素的影响，因此专利文献10中提出了利用减少中心偏析的连铸钢片的钢坯加热温度、混入到钢组成中的B量的管理，以及抑制岛状马氏体产生的成分组成等综合对策，从而得到了在小～中热量输入焊接的多层焊接部可获得优良CTOD特性的钢材。此外，专利文献11中记载了通过形成如下成分组成从而在最大为100kJ/cm的焊接热量输入范围内提高多层焊接部的CTOD特性的技术，该成分组成能够实现：大热量输入焊接时使作为HAZ粗大粒子的破坏单位的有效结晶粒径微细化，在小～中热量输入焊接下由岛状马氏体的减少和微量Nb带来的晶界淬透性的提高、析出硬化的抑制、HAZ硬度的降低。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特公平03－053367号公报专利文献2：日本特开昭60－184663号公报专利文献3：日本特开昭57－9854号公报专利文献4：日本特开2003－147484号公报专利文献5：日本特开2008－169429号公报专利文献6：日本特开平9－1303号公报专利文献7：日本特开昭62－93346号公报专利文献8：日本特开平05－186823号公报专利文献9：日本特开2001－335884号公报专利文献10：日本特开2001－11566号公报专利文献11：日本特开平11－229077号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的问题在最近的海洋结构物自升式钻井平台的情况下，在支架部、悬臂梁(钻头部的梁)等部分中使用屈服强度为620MPa级、板厚为50～210mm的钢材，要求焊接部具有优良的CTOD特性。然而，由于专利文献1～11记载的焊接热影响部的CTOD特性改善技术的对象钢材的屈服强度和/或板厚不同，因此难以适用。因此，本专利技术目的在于提供一种适合用于船舶、海洋结构物、压力容器、压力水管等钢铁结构物的屈服强度为620MPa以上，并且由小～中热量输入形成的多层焊接部的焊接热影响部的CTOD特性优良的高张力钢板及其制造方法。用于解决问题的方法本专利技术人对于在确保屈服强度为620MPa以上的母材强度和韧性的同时，通过改善多层焊接的焊接热影响部的韧性从而确保在试验温度为－10℃下的临界CTOD值为0.50mm以上的CTOD特性的方法进行了深入研究。结果发现，有效的是：1.抑制焊接热影响部中奥氏体晶粒的粗大化；2.为了促进焊接后在冷却时的铁素体相变，使相变核均匀微细地分散；3.为了抑制脆化组织的生成，将用于控制硫化物形态而添加的Ca的添加量控制在适当的范围；4.为了本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种焊接热影响部的低温韧性优良的高张力钢板，其特征在于，其具有如下成分组成：以质量％计含有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，中心偏析部硬度指标HCS满足式(1)，余量由Fe和不可避免的杂质构成，其中，Ceq＝[C]+[Mn]/6+[Cu+Ni]/15+[Cr+Mo+V]/5，各元素符号为各元素的质量％含量，并且，钢板的中心偏析部的硬度满足式(2)，HCS＝5.5[C]

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.10.03 JP 2011-2193071.一种焊接热影响部的低温韧性优良的高张力钢板，其特征在于，其具有如下成分组成：以质量％计含有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，中心偏析部硬度指标HCS满足式(1)，余量由Fe和不可避免的杂质构成，其中，Ceq＝[C]+[Mn]/6+[Cu+Ni]/15+[Cr+Mo+V]/5，各元素符号为各元素的质量％含量，并且，钢板的中心偏析部的硬度满足式(2)，HCS＝5.5[C]4/3+15[P]+0.90[Mn]+0.12[Ni]+0.53[Mo]≤2.5…(1)其中，[M]为各元素的质量％含量HVmax/HVave≤1.35+0.006/C－t/750…(2)HVmax为中心偏析部的维氏硬度的最大值，HVave为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之外的部分的维氏硬度的平均值，C为碳的质量％含量，t为钢板的板厚，其单位为mm。2.如权利要求1所述的焊接热影响部的低温韧性优良的高张力钢板，其特征在于，钢组成以质量％计进一步含有选自Cr：0.2～2.5％、...

【专利技术属性】
技术研发人员：柚贺正雄，木津谷茂树，林谦次，诹访稔，
申请(专利权)人：杰富意钢铁株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP