一种大线能量焊接热影响区韧性优异的厚钢板及其制造方法技术

一种大线能量焊接热影响区韧性优异的厚钢板及其制造方法，包括冶炼、精炼、连铸、轧制、冷却等步骤；并且钢板化学成分满足1≤Ti/N≤6，(Ca+REM+Zr)/Al≥0.11；钢中有效S量＝S-0.8Ca-0.34REM-0.35Zr，钢中有效S量：0.0006～0.005％；本发明专利技术可形成微细弥散分布的夹杂物，钢板中CaO+Al

Thick steel plate with excellent toughness of large line energy welding heat affected zone and manufacturing method thereof

The heat affected zone of thick steel plate with excellent toughness and a method of manufacturing a large line energy welding, including smelting, refining, continuous casting, rolling and cooling steps; and the chemical composition of steel to meet 1 = Ti/N = 6, /Al = 0.11 (Ca+REM+Zr); S = S-0.8Ca-0.34REM-0.35Zr in steel, steel in S: 0.0006 ~ 0.005%; the invention can be finely dispersed inclusions formed in steel plate CaO+Al

【技术实现步骤摘要】
一种大线能量焊接热影响区韧性优异的厚钢板及其制造方法
本专利技术属于钢铁冶金和钢铁材料领域，特别涉及一种大线能量焊接热影响区韧性优异的厚钢板及其制造方法，该钢板板厚50～70mm，母材抗拉强度≥510MPa，进行焊接线能量为200～400kJ/cm的焊接，钢板的焊接热影响区在-40℃下的平均夏比冲击功在100J以上，同时-40℃下的母材板厚1/2平均夏比时效冲击功在46J以上。可以应用于造船、建筑、海洋平台、桥梁、压力容器和石油天然气管线等领域的焊接结构材料。
技术介绍
对于造船、建筑、压力容器、石油天然气管线及海洋平台等领域，提高厚钢板的大线能量焊接性能，可以提高焊接效率、缩短制造工时，降低制造成本，因此改善厚钢板的焊接热影响区韧性已成为越来越迫切的要求。经大线能量焊接后，钢材的组织结构遭到破坏，奥氏体晶粒明显长大，形成粗晶热影响区，降低了焊接热影响区的韧性。在粗晶热影响区导致脆化的组织是冷却过程中形成的粗大的晶界铁素体、侧板条铁素体和上贝氏体，以及在晶界铁素体近傍形成的珠光体、在侧板条铁素体的板条间形成的碳化物岛状M-A组元等。随着旧奥氏体晶粒粒径的增加，晶界铁素体和侧板条铁素体等尺寸也相应增大，焊接热影响区的夏比冲击功将显著降低。在大线能量焊接条件下，为了改善厚钢板焊接热影响区的低温韧性，前人进行了大量的研究工作。如日本专利JP5116890公开的“大入热溶接用高张力钢材制品制造方法”，在其钢材的成分设计中，添加一定量的Ti、N，利用TiN粒子可以抑制焊接热影响区韧性的劣化，焊接线能量可以提高到50kJ/cm。但是当焊接线能量达到200kJ/cm以上时，在焊接过程中，焊接热影响区的温度将高达1400℃，TiN粒子将部分发生固溶或者长大，其抑制焊接热影响区晶粒长大的作用将部分消失，这样将导致焊接热影响区韧性劣化。因此，仅仅利用微细粒子TiN的钢材，难以提高厚钢板的大线能量焊接性能。利用钛的氧化物也可以提高钢材大线能量焊接热影响区的韧性。这是因为钛的氧化物在高温下稳定，不易发生固溶。同时钛的氧化物可以作为铁素体的形核核心发挥作用，细化铁素体晶粒，并且形成相互间具有大倾角晶粒的针状铁素体组织，有利于改善焊接热影响区的韧性。参见日本专利JP517300“溶接継手熱影響部靭性のすぐれた鋼材の製造法”。但是，钛氧化物存在数量较少和在钢中难以弥散分布两大问题。如果希望通过提高钢中的钛含量来提高钛氧化物的数量，势必导致大型钛氧化物夹杂的形成。当钛氧化物粒子的尺寸大于5μm时，将降低母材和焊接热影响区的冲击韧性。因此在焊接线能量大于200kJ/cm的大线能量焊接过程中，单靠钛的氧化物仍然难以改善焊接热影响区的韧性。
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热影响区韧性优异的厚钢板及其制造方法，该厚钢板板厚为50～70mm，母材抗拉强度≥510MPa；在焊接线能量为200～400kJ/cm焊接条件下，具有vE-40≥100J良好的焊接热影响区冲击韧性，同时-40℃下的母材板厚1/2平均夏比时效冲击功在46J以上。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是：一种大线能量焊接热影响区韧性优异的厚钢板，其化学成分的质量百分比为：C：0.05～0.08％，Si：0.10～0.30％，Mn：1.2～1.6％，P≤0.02％，S：0.002～0.008％，B：0.0005～0.005％，Ni：0.20～0.40％，Cu：0.15～0.3％，Ti：0.005～0.03％，Al：0.003～0.03％，Ca：0.001～0.005％，REM≤0.01％，Zr≤0.01％，N：0.001～0.006％，其余为Fe和不可避免杂质；并且，同时满足：1≤Ti/N≤6，(Ca+REM+Zr)/Al≥0.11；钢中有效S量＝S-0.8Ca-0.34REM-0.35Zr；钢中有效S量：0.0006～0.005％；钢板中CaO+Al2O3+MnS+TiN复合型夹杂的数量比例≥12％。进一步，钢的化学成分还含有Nb≤0.03％或Cr≤0.2％中一种以上元素，以质量百分比计。本专利技术的大线能量焊接热影响区韧性优异的厚钢板的制造方法，包括如下步骤：1)冶炼、精炼和连铸按下述成分冶炼、精炼、连铸成坯，钢的化学成分质量百分比为：C：0.05～0.08％，Si：0.10～0.30％，Mn：1.2～1.6％，P≤0.02％，S：0.002～0.008％，B：0.0005～0.005％，Ni：0.20～0.40％，Cu：0.15～0.3％，Ti：0.005～0.03％，Al：0.003～0.03％，Ca：0.001～0.005％，REM≤0.01％，Zr≤0.01％，N：0.001～0.006％，其余为Fe和不可避免杂质；并且，需同时满足：1≤Ti/N≤6，(Ca+REM+Zr)/Al≥0.11；钢中有效S量＝S-0.8Ca-0.34REM-0.35Zr；钢中有效S量：0.0006～0.005％；控制钢板中CaO+Al2O3+MnS+TiN复合型夹杂的数量比例≥12％；2)轧制将铸坯加热到1050～1250℃，初轧温度高于930℃，累计压下率大于30％；精轧温度小于930℃，累计压下率大于30％；3)冷却以2～30℃/s的冷却速率水冷至终冷温度300～550℃。进一步，钢的化学成分还含有Nb≤0.03％或Cr≤0.2％中一种以上元素，以质量百分比计。在本专利技术钢的成分设计中：C，是增加钢材强度的元素。对于控轧控冷的TMCP工艺而言，为了稳定地保持特定强度，C含量的下限为0.05％。但是过量地添加C，将导致母材和焊接热影响区的韧性降低，C含量的上限为0.08％。Si，是炼钢预脱氧过程中所需要的元素，并且可以起到强化母材的作用，因此Si含量的下限为0.1％。但是Si含量过高超过0.3％时，会降低母材的韧性，同时在大线能量焊接过程中，将促进岛状马氏体-奥氏体组元的生成，显著降低焊接热影响区韧性。Si含量范围为0.10～0.30％。Mn，可以通过固溶强化提高母材的强度，又可以作为预脱氧元素发挥作用；同时MnS在氧化物夹杂表面析出，在该夹杂物的周围形成贫Mn层，可以有效地促进晶内针状铁素体的生成，Mn的下限值为1.2％。但是过高的Mn将导致板坯的中心偏析，同时会导致大线能量焊接热影响区的硬化和MA生成，降低焊接热影响区的韧性，所以Mn的上限值控制为1.6％。Ni，可以提高母材的强度和韧性，其下限为0.2％。但是由于其价格昂贵，鉴于成本的限制，其上限为0.4％。Cu，可以提高母材的强度和韧性，其下限为0.15％。但是Cu含量过高，将导致热态脆性，Cu的上限为0.3％。Ti，通过形成Ti2O3粒子，可以促进晶内铁素体的生成。同时Ti与N结合生成TiN粒子可以钉扎奥氏体晶粒的长大，使母材和焊接热影响区组织细化，提高韧性。这种TiN粒子容易在CaO+Al2O3氧化物粒子的表面析出，由于TiN与铁素体具有较小的晶格错配度，可以诱导针状铁素体在其表面生长。所以作为有益元素，Ti含量的下限为0.005％。但是Ti含量过高时，将形成粗大的氮化物，或者促使TiC的生成，降低母材和焊接热影响区的韧性，所以Ti含量上限为0.03％。N，可以形成微细的Ti氮化物，在大线能量焊接本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大线能量焊接热影响区韧性优异的厚钢板，其化学成分质量百分比为：C：0.05～0.08％，Si：0.10～0.30％，Mn：1.2～1.6％，P≤0.02％，S：0.002～0.008％，B：0.0005～0.005％Ni：0.20～0.40％，Cu：0.15～0.3％，Ti：0.005～0.03％，Al：0.003～0.03％，Ca：0.001～0.005％，REM≤0.01％，Zr≤0.01％，N：0.001～0.006％，其余为Fe和不可避免杂质；并且，需同时满足：1≤Ti/N≤6，(Ca+REM+Zr)/Al≥0.11；钢中有效S量＝S‑0.8Ca‑0.34REM‑0.35Zr；钢中有效S量：0.0006～0.005％；钢板中CaO+Al

【技术特征摘要】
1.一种大线能量焊接热影响区韧性优异的厚钢板，其化学成分质量百分比为：C：0.05～0.08％，Si：0.10～0.30％，Mn：1.2～1.6％，P≤0.02％，S：0.002～0.008％，B：0.0005～0.005％Ni：0.20～0.40％，Cu：0.15～0.3％，Ti：0.005～0.03％，Al：0.003～0.03％，Ca：0.001～0.005％，REM≤0.01％，Zr≤0.01％，N：0.001～0.006％，其余为Fe和不可避免杂质；并且，需同时满足：1≤Ti/N≤6，(Ca+REM+Zr)/Al≥0.11；钢中有效S量＝S-0.8Ca-0.34REM-0.35Zr；钢中有效S量：0.0006～0.005％；钢板中CaO+Al2O3+MnS+TiN复合型夹杂的数量比例≥12％。2.如权利要求1所述的大线能量焊接热影响区韧性优异的厚钢板，其特征是，钢的化学成分还含有Nb≤0.03％或Cr≤0.2％中一种以上元素，以质量百分比计。3.如权利要求1或2所述的大线能量焊接热影响区韧性优异的厚钢板，其特征是，板厚50～70mm，母材抗拉强度≥510MPa，在焊接线能量为200～400kJ/cm焊接条件下，钢板焊接热影响区在-40℃下的平均夏比冲击功在100J以上，同时-40℃下的母材板厚1/2平均夏比时效冲击功在46J以上。4.一种大线能量焊接热影响区韧性优异的厚钢板的制造方法，其特征是，包括如下步骤：1)冶炼、精炼和连铸按下述成分冶炼、精炼、连铸成坯，钢的化学成分质量百分比为：C：0....

【专利技术属性】
技术研发人员：杨健，高珊，马志刚，王睿之，张才毅，王俊凯，徐国栋，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