焊接热影响区有优异韧性的钢及其制造方法技术

一种具有优异ＨＡＺ韧性的钢能用于轮船、建筑物、压力容器、管道等等。这种钢是含有至少４０ｐｃｓ／ｍｍ↑［２］的粒径为０．００１～５．０μｍ的Ｔｉ和Ｍｇ的氧化物及复合氧化物粒子的Ｔｉ－Ｍｇ－Ｏ体系的钢。能够制备一种具有优异ＨＡＺ韧性的钢并且能显著提高使用这种钢的结构的安全性。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种在焊接热影响区(HAZ)具有优异低温韧性的钢。本专利技术用于进行电弧焊、电子束焊、激光焊等的结构钢材料。更准确地，本专利技术涉及一种具有优异HAZ韧性的钢，其方法是向钢中添加Ti和Mg，控制氧量、精细分散这些元素的氧化物和复合氧化物。用于结构例如轮船、建筑物、压力容器、管道等的钢材料必需的最重要特征性之一是HAZ韧性。近年来热处理技术、可控轧制和机加工热处理方法已取得了显著的进步，已很容易提高钢材本身的低温韧性。然而，由于焊接HAZ被加热到某一高温，故完全失去了钢材的精细组织，并且其显微组织变得极粗因而带来HAZ韧性的显著劣化。因此已研究了作为重新细化HAZ组织的措施(1)通过TiN限制奥氏体晶粒长大的技术(2)通过Ti的氧化物形成晶间铁素体的技术，并把它们付诸实际使用。例如，CAMP-ISIJ vol3(1990)808描述了在氧化钛型钢中N对晶间铁素体转变的影响；vol 79(1993)No.10描述了在含钛的氧化物的钢中B对晶间铁素体转变的影响，但通过这些技术得到的HAZ韧性值并不完全令人满意。从而，从实施焊接的角度来看，强烈要求一种具有更高强度、能在低温使用并具有高输入热量的钢材。本专利技术提供了一种具有优异HAZ韧性的钢材(例如厚钢板、热卷带、型钢、钢管等)。为了提高钢材的HAZ韧性，本专利技术的专利技术人对钢材的化学成分(组成)和它们的显微组织已进行了大量研究，并已专利技术了一种有高HAZ韧性的新型钢。本专利技术的目标在于提供了一种钢，含有以重量％表示C 0.01～0.15，Si 不大于0.6，Mn 0.5～2.5，P不大于0.030，S不大于0.005，Ti 0.005～0.025，Al 不大于0.02，Mg 0.0001～0.0010，O0.001～0.004，和N0.001～0.006必要时可进一步含有至少一种下列成分Nb0.005～0.10，V 0.001～0.10，Ni0.05～2.0，Cu0.05～1.2，Cr0.05～1.0，Mo0.05～0.8，并且其余为Fe和不可避免的杂质，并且含有至少40pcs/mm2(粒子/mm2)的粒径为0.001到5.0μm的Ti和Mg的氧化物及复合氧化物。当熔化上述钢时，用由铁箔包裹的金属Mg作为Mg的添加成分。在下文中将阐述本专利技术的内容。下述说明中所用的术语“％”表示“重量％”。本专利技术的特征在于向一种低碳钢中同时添加Ti和Mg并通过控制O(氧)量在钢中精细分散含Ti和Mg的氧化物及复合氧化物(另外含有MnS，CuS，TiN等)。此外，术语“含Ti和Mg的氧化物及复合氧化物(另外含有MnS，Cus，TiN等)”主要是指化合物例如钢中Ti的氧化物、Mg的氧化物或Ti和Mg的复合氧化物，其它元素例如Mn、Si、Al、Zr等的氧化物和复合氧化物，以及化合物例如Mn、Cu、Ca、Mg等的硫化物和复合硫化物。这些化合物可进一步包含氮化物例如TiN。已阐明，精细分散的Ti和Mg的复合氧化物限制了(1)已长大的奥氏体晶粒内精细晶间铁素体的形成和/或(2)奥氏体晶粒的长大，使HAZ组织细化并显著地提高HAZ韧性。另外，可通过钢中的Mg量和Mg添加组分的种类达到HAZ韧性的提高。换句话说，已发现，若用铁箔包裹纯Mg金属(至少99％)并把它添加到钢中，当Mg量不大于0.0020％时有第(1)条的效果，当Mg量超过0.0020％时有第(2)条的效果。另外，Ti和Mg复合氧化物的尺寸和稠密度是重要影响因素。然而，有这样的情况即当Mg量高时除Ti和Mg复合氧化物外还存在Mg的氧化物。也有这样的情况即当Mg量低时除Ti和Mg复合氧化物外还存在Ti的氧化物。然而，只要Ti、Mg的各自氧化物以及Ti和Mg复合氧化物的尺寸为从0.001到5.0μm，由于它们是精细分散，故不发生任何问题。氧化物或复合氧化物的尺寸优选地为0.001到2μm。也已阐明，该复合氧化物比只添加Ti时形成的Ti的氧化物有更高数量和更精细的分散，而且其在上述第(1)和(2)条上的效果也更高。为了得到这些效果，首先必须限制Ti和Mg量分别为0.005～0.25％和0.0001～0.0010％，这些量是为精细分散大量复合氧化物所需的最小量。Ti量的上限必须为0.025％以便防止因在HAZ处形成TiC而造成低温韧性的劣化，尽管Ti量随O和N量变化，但从钢生产的角度来看极难于分散大量Mg的氧化物。由于这个原因，Mg量的上限设定为0.0010％。当Ti和Mg复合氧化物的尺寸小于0.001μm时氧化物太小而不能达到限制奥氏体晶体长大的效果或形成晶间铁素体的效果。当尺寸超过5.0μm时，氧化物太大也不能达到限制奥氏体晶体长大的效果或形成晶间铁素体的效果。当Ti和Mg复合氧化物的稠密度小于40pcs/mm2(粒子/mm2)时分散的氧化物数太小而不能达到晶间转变的效果。因而，稠密度必须至少40pcs/mm2。为了得到更精细的、更多量的Ti和Mg氧化物，限制O量很重要。当O量太小时得不到大量的复合氧化物，相反当它太大时损害了钢的清洁性，因而O量限制在0.001～0.004％。在下文将阐述限制组分元素的原因。C量限制在0.01～0.15％，碳是一种用来提高钢强度的极其有效的元素，碳量必须至少0.01％以得到晶粒的细化效果。当C量太高时，基底金属、基底金属以及HAZ的低温韧性大大劣化。因此，上限设定为0.15％。硅是一种为了脱氧和提高强度而添加的元素。然而当硅量太高时，HAZ韧性显著劣化，因而其上限设定在0.6％，甚至通过Ti或Al能进行钢的充分脱氧，故并不需要总添加Si。锰是为确保强度和低温韧性的平衡而不可缺少的一种元素，其下限为0.5％。然而当锰量太高时，钢的淬透性增大，从而不但HAZ韧性劣化，而且促进了连续铸(扁坯)的中心偏析，基底金属的低温韧性也恶化。因而，上限设定为2.5％。添加Ti形成了很细TiN，限制了重新加热扁坯和HAZ时奥氏体晶粒的长大，使显微组织细化并提高了基底金属和HAZ的低温韧性。当Al量小时，Ti形成氧化物，作为形成HAZ内晶间铁素体的晶核并使HAZ组织细化。为得到添加Ti的这种效果，必须添加至少0.005％的Ti。然而如果Ti量太高，则由于TiC而出现TiN的长大和沉淀硬化。因而，其上限设定为0.025％。铝是一种一般钢中含有的作为脱氧元素的元素。然而，若Al量超过0.02％，则不易形成Ti和Mg复合氧化物。因而，其上限设定为0.020％。通过Ti或Si能充分脱氧，故不需总加入Al。镁是一种强脱氧元素并且当它与氧结合时生成精细氧化物(含痕量Ti的复合氧化物等)。精细分散在钢中的镁的氧化物即使在高温下也比TiN稳定，限制了整个HAZ内γ-晶粒的长大或在已长大奥氏体晶粒内生成精细晶间铁素体，并提高HAZ韧性。为得到这些效果，必须添加至少0.0001％的Mg。然而，从钢生产的角度来看在钢中极难添加大量Mg。因而，其上限设定为0.0010％。在添加Ti和Mg时为了充分得到精细氧化物，尽可能降低强脱氧元素Al的数量和把O量控制在0.001～0.01％是有效的。氮能形成TiN，限制了重新加热扁坯时和在焊接HAZ内奥氏体晶粒的粗化并提高基底金属和HAZ的低温韧性。为达到该目的所需的最小本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在焊接热影响区有优异韧性的钢，它含有，以重量％表示： Ｃ： ０．０１～０．１５， Ｓｉ： 不大于０．６， Ｍｎ： ０．５～２．５， Ｐ： 不大于０．０３０， Ｓ： 不大于０．００５， Ｔｉ： ０．００５～０．０２５， Ａｌ： 不大于０．０２， Ｍｇ： ０．０００１～０．００１０， Ｏ： ０．００１～０．００４，和 Ｎ： ０．００１～０．００６ 其余为Ｆｅ和不可避免的杂质，并且含有至少４０ｐｃｓ／ｍｍ↑［２］的粒径为０．００１～５．０μｍ的Ｔｉ和Ｍｇ的氧化物和复合氧化物粒子。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：原卓也，朝日均，为广博，植森龙治，齐藤直树，
申请(专利权)人：新日本制铁株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]