一种大热输入焊接用结构钢及其制造方法技术

一种大热输入焊接用结构钢及其制造方法。属于焊接用高强度钢板技术领域。该钢板的化学成分按质量百分比为：C：0.03～0.12wt%、Si：0.10～0.30wt%、Mn：1.2～2.0wt%、P：≤0.015wt%、S：≤0.008%wt%、Al：≤0.03wt%、Cr：≤0.5wt%、Mo：≤0.5wt%、Nb：≤0.03wt%、Ti：0.005～0.03wt%、Ni：0.01～1.0wt%、Cu：0.01～1.0wt%、B：0.0001～0.003wt%、Ca：0.0001～0.008wt%、N：0.002～0.007wt%、O：0.001～0.006wt%，其余为Fe及不可避免的杂质，碳当量小于0.40%。本发明专利技术是通过精炼阶段控制合金添加方法来对钢中的夹杂物类型、尺寸及数量进行控制，并采用控轧控冷工艺制造的一种大热输入焊接用钢板。其优点在于：钢板具有高的常温综合力学性能和良好的低温韧性，经400kJ/cm大热输入焊接后仍具有优良的低温韧性，-20℃冲击功平均值大于70J。???

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于焊接用高强度结构钢板
，特别涉及一种大热输入焊接用结构 钢板及其制造方法。
技术介绍
为提高施工效率、降低成本，在大型结构物的施工中，焊接工序中相继采用了多丝 埋弧自动焊、气电立焊、电渣焊等大热输入焊接技术。国内外相继开发出多种大热输入焊接 用钢板。采用TiN机制来抑制CGHAZ晶粒粗化的方法提高焊接热影响区的韧性，如专利申 请号为200610047899. 8 “一种可大热输入焊接的低合金高强度钢板及其制造方法”；专利 申请号为200510047672. 9“一种适合大线能量焊接的Nb-Ti微合金钢及其冶炼方法”，其机 理是因为Ti与N结合成TiN，能够阻止奥氏体晶粒的长大和增加铁素体形核，合理控制钢 中Ti/N在2. 4 3. 2之间，会有效提高钢板和焊接热影响区的性能，其焊接热输入能够达 到150KJ/cm ；如日本特公昭55-(^6164号公报、特开昭61_253；344、特开平03-264614、特开 平04-143246及专利第2950076都公开了采用Ti的氮化物或复合化物及析出物来促进铁 素体的形核，提高CGHAZ韧性。但是，Ti在金属中形成的TiN或Ti (CN)在焊接过程中，当 熔合线附近的温度超过1400°C时，则超过了 TiN本身的熔点，TiN在此温度下几乎全部溶解 而失去了作用。所以，利用TiN机理来提高焊接热影响区韧性，只能在远离熔合线温度低于 1300°C的区域或焊接热输入较低的情况下才会起到明显作用。而靠近熔合线温度超过1400°C区域，众多文献公布了采用更高熔点的Ti的氧化 物作为晶内针状铁素体形核质点，从而提高焊接热影响区韧性的方法。如特开昭61-79745、 特开昭62-103344、特开昭61-117M5，公布了含有Ti氧化物的钢板能够有效提高焊接热影 响区韧性，其原理是Ti氧化物的熔点高于钢的熔点，在焊接熔合线部位不会溶解，成为稳 定的质点，在焊接后的冷却过程中，TiN、MnS等依附于其上析出，成为微细铁素体的形核质 点，抑制对韧性有害的粗大铁素体形成，防止脆化。但是，这种Ti氧化物在钢中微细分散很 困难，容易在金属中粗大化或成为凝聚体，若不能控制形成微细弥散的Ti的氧化物，则会 形成5μπι以上的粗大Ti氧化物，成为结构物破坏时的裂纹源、降低韧性。所以，如何使钢 中形成尺寸合理、数量多而且弥散分布的Ti氧化物，则成为众多研究者努力的方向。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种大热输入用结构钢及其制造方法。该 方法制造的钢板，在400KJ/cm的大热输入焊接条件下，仍具有良好的低温韧性。本专利技术的大热输入焊接用钢板，其化学组成按质量百分比为C :0. 03 0. 12wt Si :0. 10 0. 30wt %、Mn 1. 2 2. Owt %、P 彡 0. 015wt S ^ 0. 008 % wt %、Al 彡 0. 03wt %, Cr ^ 0. 5wt %, Mo ^ 0. 5wt %, Nb ^ 0. 03wt %、Ti :0. 005 0. 03wt%,Ni :0. 01 1. 0wt%,Cu :0. 01 1. OwtB :0. 0001 0. 003wt%,Ca :0. 0001 0. 008wt%,N 0. 002 0. 007wt%,0 0. 001 0. 006wt%，其余为 Fe 及不可避免的杂质。所述钢板的碳当量Ceq = C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14 (% )彡 0. 40%。本专利技术钢的基本成分范围限定理由说明C 是确保钢板强度所需的元素。C含量低于0. 03%时，将不能保证高强度；若C含 量高于0. 12%时，会在大热输入焊接热影响区中形成大量M-A岛组织，焊接裂纹敏感性增 加，降低HAZ韧性。Si 是确保钢板强度及冶炼脱氧的元素。Si含量过低，则脱氧效果不能有效发挥， 若过高则钢板的焊接热影响区脆化，故Si上限为0. 3%。Mn 可确保钢板强度并有利于韧性，Mn含量低于1. 2%则不能保证钢板的高强度 和良好韧性；含量高于2. 0%时，大线能量焊接时HAZ韧性劣化。P 是作为杂质混入的不可避免的元素，若超过0. 015%则使钢板延伸率及韧性显 著劣化，在冶炼成本能够承受的范围内应尽可能降低。S:是作为杂质混入的不可避免的元素，适量地含有S，则会以MnS形态依附在复合 氧化物或氮化物周围，促进焊接热影响区针状铁素体的形核与长大。S含量过高则会生成粗 大MnS和CaS系夹杂物，降低钢板厚度方向性能。且MnS系夹杂物在轧制后，会在钢板心部 伸长成条状，若尺寸大于50 μ m,则焊接过程中会明显与铁基体剥离而成为裂纹的起点，显 著增加焊接裂纹敏感性。故S含量应低于0.008%。Al 是冶炼过程重要的脱氧元素，Al与N结合还能够提高钢板强度。适量的Al有 利于Ti化物的形成，若大于0. 03%，将使韧性劣化。Ti 是本专利技术的重要元素，适量的Ti含量及添加方法能够获得大量小尺寸的Ti氧 化物及氮化物，大热输入焊接时改善HAZ组织并细化晶粒，提高韧性。若超过0. 03%则固溶 的Ti增加，并会形成粗大的Ti化物，显著降低韧性。Cu 提高强度而不降低韧性，并增加钢板耐蚀性能。适量添加有益于HAZ韧性，Cu 低于0. 01%则不能获得高强度，若高于1. 0%则焊接时易产生热裂纹，降低HAZ韧性。B =B能够提高厚板淬透性使钢板强度增加。大线能量焊接过程中，当HAZ温度大 于1300°C后TiN开始溶解，使游离N增加，溶解的N无法再析出TiN，而B在高温时扩散快， 易于在奥氏体晶界偏聚，冷却时先与N结合生成BN，抑制晶界铁素体的长大，并在γ — α 相变时，成为晶内铁素体的形核点，有益于HAZ韧性的提高。为了发挥这样的效果，B含量 要求大于0. 0001%，若超过0. 003%则钢板的HAZ韧性劣化。Ni 能够保证钢板强度及韧性，适量添加能够提高HAZ韧性。过低的Ni则不能获 得高强度，若过多则增加成本。故Ni含量适宜范围为0. 01 1. 0%。Cr,Mo,均是对提高钢板强度有利的元素，若Cr、Mo含量超过0. 5%, Nb含量超过 0. 03%，则会显著降低HAZ韧性。Ca 能够使条状的MnS系夹杂球化，有助于降低钢板的各向异性并提高Z方向性 能；同时Ca所形成的CaO或CaS，与其它夹杂物复合而有利于HAZ韧性。若超过0. 008%则 会形成粗大夹杂物，降低HAZ韧性。N 是形成TiN的必要元素，含N量小于20ppm则析出的TiN不足，若大于70ppm， 则固溶的N过剩，降低HAZ韧性。0 能够保证形成Ti的氧化物，氧含量大于60ppm时，形成的氧化物粗大，降低HAZ韧性。本专利技术的大热输入焊接用钢板的制造方法。该方法包括现行生产采用的冶炼、连 铸、热轧、冷却等工序，其关键控制工序为冶炼和轧制。(1)冶炼铁水加入废钢经转炉冶炼时添加Si、Mn、Al，调整钢水到达LF炉精炼阶 段的氧含量在10 300ppm范围后，依次添加Ti、Cr、Mo、Cu、Nb、Ni、B、Ca元素中的两种或 两种以上，并控制各元素添加的间隔时间为0 20min，合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大热输入焊接用结构钢，其特征在于：所述钢板的化学成分按质量百分比为：Ｃ：０．０３～０．１２ｗｔ％、Ｓｉ：０．１０～０．３０ｗｔ％、Ｍｎ：１．２～２．０ｗｔ％、Ｐ：≤０．０１５ｗｔ％、Ｓ：≤０．００８％ｗｔ％、Ａｌ：≤０．０３ｗｔ％、Ｃｒ：≤０．５ｗｔ％、Ｍｏ：≤０．５ｗｔ％、Ｎｂ：≤０．０３ｗｔ％、Ｔｉ：０．００５～０．０３ｗｔ％、Ｎｉ：０．０１～１．０ｗｔ％、Ｃｕ：０．０１～１．０ｗｔ％、Ｂ：０．０００１～０．００３ｗｔ％、Ｃａ：０．０００１～０．００８ｗｔ％、Ｎ：０．００２～０．００７ｗｔ％、Ｏ：０．００１～０．００６ｗｔ％，其余为Ｆｅ及不可避免的杂质，碳当量小于０．４０％。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朱伏先，张朋彦，王国栋，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：89