CN100523253C

CN100523253C - 一种大线能量焊接低合金高强度钢板及其制造方法

Info

Publication number: CN100523253C
Application number: CNB2007100521333A
Authority: CN
Inventors: 吴开明
Original assignee: Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Current assignee: Wuhan University of Science and Engineering WUSE; Wuhan University of Technology WUT
Priority date: 2007-05-10
Filing date: 2007-05-10
Publication date: 2009-08-05
Anticipated expiration: 2027-05-10
Also published as: CN101050503A

Abstract

本发明涉及一种大线能量焊接低合金高强度钢及其制造方法。该板坯的成分及其含量是：C为0.01～0.18wt%，Si为0.05～0.6wt%，Mn为1.5～2.5wt%，Ni为0.1～1.5wt%，Cu为0.1～1.5wt%，Als为0.001～0.06wt%，Nb为0.01～0.08wt%，Ti为0.01～0.08wt%，Ca、Mg、Zr中的一种或多种分别为0.0001～0.030wt%，N为0.002～0.012wt%，B为0.0001～0.003wt%，P＜0.015wt%，S＜0.010wt%，其余为Fe及不可避免的杂质。生产工艺是经炼钢后用Fe-Ti合金或金属Ti脱氧，脱氧后加入Ca、Mg、Zr中的一种或多种，再用Al线最终脱氧后加入B。然后将连铸铸坯加热至1100～1320℃，经均热、轧后控制弛豫、在线冷却。本发明具有工艺简单、抗大线能量焊接、抗拉强度高的特点。

Description

一种大线能量焊接低合金高强度钢板及其制造方法

技术领域：

本发明属于低合金高强度钢技术领域。尤其涉及一种能够抗大线能量焊接低合金高强度钢板及其制造方法。

背景技术

近三十年来，为了提高大型工程结构的焊接效率，保证其使用的安全可靠性，焊接效率高的单面埋弧焊、气电焊、电渣焊等大线能量焊接技术相继被采用，这给传统的低合金高强度钢带来了新的问题，即焊接粗晶热影响区(HAZ)的强度和韧性变差，且易产生焊接冷裂纹等缺陷。因此，HAZ韧性的改善成为低合金高强度钢大线能量焊接研究和开发的热点和重点。

大线能量焊接条件下低合金高强度钢(抗拉强度为600～1000MPa)的组织转变行为与控制必须充分综合考虑母材及其焊接热影响区组织的形成过程及其控制方法。因为大焊接热输入条件下的焊接热影响区组织的粗化、热影响区的软化以及由此而造成的焊接热影响区的脆化和接头强度的降低是低合金高强度钢焊接中的主要问题。

为此，国内外对低合金高强度钢的焊接热影响区组织性能特征、奥氏体晶粒长大动力学等方面进行了大量的研究与探索，研究和设计出新的大线能量焊接条件下高强度钢及其制造方法。如大线能量低焊接裂纹敏感性系列钢及其生产方法”(ZL 02115877.0)、“高性能耐火耐候建筑用钢及其生产方法”(ZL 01133562.9)、“大线能量焊接非调质高韧性低温钢及其生产方法”(ZL 01128316.5)、大线能量焊接高韧性抗锌液腐蚀用钢及其生产方法(ZL01128476.5)、“一种可大线能量焊接的厚钢板及制造方法”(CN 200510023216.0)、“大线能量焊接水电站压力管用钢及其生产方法”(CN 200510019165.4)、“可大线能量焊接的超高强度厚钢板及其制造方法”(ZL 200410017255.5)、如“大线能量低焊接裂纹敏感性系列钢及其生产方法”(ZL02115877.0)等专利技术，但也存在如下问题：

1、焊接线能量低，一般为50～150kJ/cm；

2、对氧的含量未作出明确的规定，难以提高产品质量和焊接线能量；

3、Si含量较高，因较高含量的Si会促进M/A的形成，降低HAZ的韧性；

4、含有昂贵金属钒，使产品的成本提高；

5、有的采用调质工艺生产，因而生产过程复杂、环节多、生产成本高，由于采用调质工艺生产，含碳量一般来讲比非调质工艺要高，不利于抗更大的线能量焊接和实现控制轧制和控制冷却以及机械热处理工艺(TMCP)；

6、钢中含有稀土元素，稀土元素为非常活泼的元素，不容易控制，而且容易污染钢水，不利于产品质量的提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种化学成分简单、易于控制、生产成本低、工艺过程简单的大线能量焊接低合金高强度钢板的制造方法，所制造的钢板焊接质量高、裂纹敏感性低、抗拉强度高。

为实现上述目的，本发明的板坯化学成分及其含量是：C为0.01～0.18wt％，Si为0.05～0.6wt％，Mn为1.5～2.5wt％，Ni为0.1～1.5wt％，Cu为0.1～1.5wt％，Als为0.001～0.06wt％，Nb为0.01～0.08wt％，Ti为0.01～0.08wt％，Ca、Mg、Zr中的一种或多种分别为0.0001～0.030wt％，N为0.002～0.012wt％，B为0.0001～0.003wt％，P<0.015wt％，S<0.010wt％，其余为Fe及不可避免的杂质。

所采用的生产工艺是：采用转炉或者电弧炉将铁水、或废钢、或铁水与废钢经炼钢后进行精炼，精炼工艺是先测定钢水中的氧含量，保持钢水中的氧含量在10～600ppm；用Fe-Ti合金或者金属Ti进行脱氧，根据板坯的化学成分及其含量加入Ca、Mg、Zr中的一种或多种，再用Al线进行最终脱氧，最终脱氧后加入B，然后进行连铸、热轧。连铸铸坯的厚度为200～300mm。

其热轧工艺是，先将铸坯加热至1100～1320℃，均热2～4小时进行热轧，轧制成20～100mm厚的钢板；轧后控制弛豫5～300s，然后以1～50℃/s的冷却速度在线冷却即可。

由于采用上述技术方案，尤其是利用科学的微合金控制技术和先进的TMCP技术，本发明具有化学成分简单、易于控制、生产成本低、工艺过程简单的特点。所制造的钢抗拉强度为600～1000MPa，在150～600kJ/cm的线能量下进行焊接，焊接后可不进行热处理，焊接HAZ的冲击功不低于母材冲击功的2/3。因此，该钢板焊接质量高、裂纹敏感性低、抗拉强度高，可有效地降低焊接施工强度，提高焊接质量，减少制造成本，节约资源和能源。因而适合埋弧焊、气保焊、气电焊、电渣焊的各种焊接。

本发明可广泛适用原油储罐、建筑用钢、船舶军舰等大型结构、设备、设施等用钢。尤其适用大型货柜船板和LPG船体等低合金高强度的大线能量输入造船用厚钢板。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明作进一步描述：

实施例1

一种大线能量焊接低合金高强度钢板及其制造方法。该板坯的化学成分及其含量是：C为0.03～0.07wt％，Si为0.1～0.3wt％，Mn为1.5～2.5wt％，Ni为0.2～0.6wt％，Cu为0.6～1.0wt％，Als为0.02～0.06wt％，Nb为0.03～0.07wt％，Ti为0.01～0.05wt％，Ca为0.001～0.003wt％，N为0.006～0.010wt％，B为0.001～0.002wt％，P<0.008wt％，S<0.007wt％，其余为Fe及不可避免的杂质。

本实施例的生产工艺是：采用转炉将铁水经炼钢后进行精炼；精炼工艺是先用快速定氧探头测定钢中的氧含量，保持钢水中的氧含量在500ppm；用Fe-Ti合金进行脱氧，根据板坯的化学成分及其含量加入Ca，再用Al线进行最终脱氧，最终脱氧后加入B；将钢水温度调整到出钢温度进行连铸，连铸的铸坯板厚为210mm，然后进行热轧。

热轧工艺是，铸坯加热至1150～1250℃，均热2～3小时进行热轧，轧制为40mm厚的钢板；轧后控制弛豫10～15s，然后以5～15℃/s的冷却速度进行在线冷却。

本实施例所制造的钢板抗拉强度为750MPa，可在400～600kJ/cm的线能量下进行焊接，焊接后不需进行热处理，焊接HAZ的冲击功不低于母材冲击功的2/3。

实施例2

一种大线能量焊接低合金高强度钢板及其制造方法。该板坯化学成分及其含量是：C为0.03～0.08wt％，Si为0.1～0.5wt％，Mn为1.5～2.1wt％，Ni为0.3～0.7wt％，Cu为0.6～1.0wt％，Als为0.03～0.06wt％，Nb为0.02～0.06wt％，Ti为0.01～0.05wt％，Mg为0.004～0.008wt％，N为0.004～0.008wt％，B为0.001～0.003wt％，P<0.01wt％，S<0.007wt％，其余为Fe及不可避免的杂质。

本实施例所采用的生产工艺是：用转炉将废钢经炼钢后进行精炼，精炼工艺是先用快速定氧探头测定钢中的氧含量，保持钢水中的氧含量在300ppm；用Fe-Ti合金进行脱氧，脱氧后根据板坯的化学成分及其含量加入Mg，然后用Al线进行最终脱氧，最终脱氧后加入B；再将钢水温度调整到出钢温度，连铸的铸坯厚度为230mm，然后进行热轧。

热轧工艺是，先将铸坯加热至1200～1300℃，均热1.5～2.5小时，再进行热轧，轧制为50mm厚的钢板；轧后控制弛豫10～15s，然后以10～15℃/s的冷却速度在线冷却即可。

本实施例所制造的钢板抗拉强度为720MPa，可在400～600kJ/cm的线能量下进行焊接，焊接后不需进行热处理，焊接HAZ的冲击功不低于母材冲击功的2/3。

实施例3

一种大线能量焊接低合金高强度钢板及其制造方法。该板坯化学成分及其含量是：C为0.02～0.06wt％，Si为0.1～0.3wt％，Mn为1.8～3.0wt％，Ni为0.4～0.8wt％，Cu为1.1～1.5wt％，Als为0.01～0.05wt％，Nb为0.02～0.06wt％，Ti为0.01～0.05wt％，Ca为0.02～0.0340wt％，Zr为0.01～0.030wt％，N为0.006～0.010wt％，B为0.0016～0.0020wt％，P<0.009wt％，S<0.010wt％，其余为Fe及不可避免的杂质。

本实施例的制造工艺是：采用电弧炉将铁水与废钢经炼钢后进行精炼，精炼工艺是先用快速定氧探头测定钢中的氧含量，保持钢水中的氧含量在400ppm，用Fe-Ti合金进行脱氧，根据板坯的化学成分及其含量，脱氧后加入Zr和Ca，再用Al线进行最终脱氧，最终脱氧后加入B；然后将钢水温度调整到出钢温度进行连铸，铸坯的板厚为250mm，最后进行热轧。

热轧工艺是，铸坯加热至1200～1300℃，均热1.5～2.5小时，进行热轧，轧制为60mm厚的钢板；轧后控制弛豫15～25s，然后以15～25℃/s的冷却速度进行在线冷却即可。

本实施例所制造的钢板抗拉强度为950MPa，可在400～600kJ/cm的线能量下进行焊接，焊接后不需进行热处理，焊接HAZ的冲击功不低于母材冲击功的2/3。

本具体实施方式具有化学成分简单、易于控制、生产成本低、工艺过程简单的特点，所制造的钢板焊接质量高、裂纹敏感性低、抗拉强度高，可有效地降低焊接施工强度、提高制造效率、减少制造成本、节约资源和能源。因而适合埋弧焊、气保焊、气电焊、电渣焊等各种焊接。尤其适用大型货柜船板和LPG船体等低合金高强度、在400～600kJ/cm的线能量输入的造船用厚钢板。

本具体实施方式所制造的钢板可广泛适用原油储罐、建筑用钢、船舶军舰等大型结构、设备、设施等用钢。

Claims

1、一种大线能量焊接低合金高强度钢板的制造方法，其特征在于该板坯的化学成分及其含量是：C为0.01～0.18wt％，Si为0.05～0.6wt％，Mn为1.5～2.5wt％，Ni为0.1～1.5wt％，Cu为0.1～1.5wt％，Als为0.001～0.06wt％，Nb为0.01～0.08wt％，Ti为0.01～0.08wt％，Ca、Mg、Zr中的一种或多种分别为0.0001～0.030wt％，N为0.002～0.012wt％，B为0.0001～0.003wt％，P<0.015wt％，S<0.010wt％，其余为Fe及不可避免的杂质；

其制造工艺是：采用转炉或者电弧炉将铁水或废钢或铁水与废钢经炼钢后进行精炼，精炼工艺是先测定钢水中的氧含量，保持钢水中的氧含量在10～600ppm，用Fe-Ti合金或者金属Ti进行脱氧，根据板坯的化学成分及其含量加入Ca、Mg、Zr中的一种或多种，再用Al线进行最终脱氧，最终脱氧后加入B，然后进行连铸、热轧；

热轧工艺是，先将铸坯加热至1100～1320℃，均热2～4小时进行热轧，轧制成20～100mm厚的钢板；轧后控制弛豫5～300s，然后以1～50℃/s的冷却速度在线冷却。

2、根据权利要求1所述的大线能量焊接低合金高强度钢的制造方法所制造的大线能量焊接低合金高强度钢板。