CN100523255C

CN100523255C - 一种大线能量焊接高强度海洋用钢板及其制造方法

Info

Publication number: CN100523255C
Application number: CNB2007100521352A
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: CN101050505A

Abstract

本发明涉及一种大线能量焊接高强度海洋用钢板及其制造方法。该板坯的化学成分及其含量是：C为0.01～0.25wt%、Si为0.05～0.5wt%、Mn为0.5～1.8wt%、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%、N为0.002～0.012wt%、B为0.0001～0.003wt%、P为＜0.010wt%、S为＜0.005wt%，其余为Fe及不可避免的杂质。制造工艺是：经炼钢后用Fe-Ti合金或者金属Ti进行脱氧，用Al线进行最终脱氧后加入B。再经连铸、均热、控制轧制、轧后弛豫控制、在线冷却即可。本发明可有效地降低焊接施工强度，提高制造效率，减少成本，节约资源和能源，适用于海洋平台、船舶军舰等大型结构、设备、设施等。

Description

一种大线能量焊接高强度海洋用钢板及其制造方法

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(150～600kJ/cm)焊接的低合金高强度海洋用钢板及其制造方法。

背景技术

海洋周围储存着丰富的石油与天然气，早在20世纪70年代英国与挪威就在北海地区开发油气田，随着人类对海洋的不断开发，大型海洋采油平台得到了迅速发展。海洋平台具有工作条件荷刻，安全可靠性要求严格，使用寿命长，维护保养困难等特点，对钢的性能和冶金质量提出了很高的要求。

海洋平台所处环境恶劣，除承受重力载荷外，还要考虑到风载荷、波浪载荷、海流载荷、冰载荷、地震载荷等的影响，这就决定了平台用钢的特殊性，特别是平台节点用Z向钢要求高强度、高韧性、抗疲劳、耐腐蚀、抗层状撕裂及可焊性良好，在冶金质量上要求采取低P、低S、低夹杂、细化晶粒等控制措施。尤其是对于高强度的厚钢板，为了提高焊接效率，其焊接性能要求更高。

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海洋平台用钢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)，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高强度海洋用钢板的制造方法。所制造的钢板能够大线能量焊接，强度高，裂纹敏感性低，低温韧性好。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：该板坯的化学成分及其含量是：C为0.01～0.25wt％、Si为0.05～0.5wt％、Mn为0.5～1.8wt％、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％、N为0.002～0.012wt％、B为0.0001～0.003wt％、P为<0.010wt％、S为<0.005wt％，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，再用Al线进行最终脱氧。根据板坯的化学成分及其含量，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℃，再均热2～4小时后进行热轧，轧制为20～100mm厚钢板，轧后控制弛豫5～300s，然后以1～30℃/s的冷却速度在线进行冷却即可。

由于本发明采用科学的微合金控制技术和先进的TMCP技术，因此具有化学成分简单、易于控制、生产成本低、工艺过程简单的特点。所制造的海洋用钢板的抗拉强度为600～1000MPa，能在150～600kJ/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。故钢板焊接质量高，裂纹敏感性低，低温韧性好，抗拉强度高，能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。

因此，所制造的海洋用钢板可广泛适用于海洋平台、船舶军舰等大型结构、设备、设施等，尤其适合埋弧焊、气保焊、气电焊、电渣焊等各种焊接。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，对本发明作进一步描述：

实施例1

一种大线能量焊接高强度海洋用钢板及其制造方法。该板坯的化学成分及其含量是：C为0.04～0.08wt％、Si为0.2～0.4wt％、Mn为1.2～1.8wt％、Ni为0.2～0.4wt％、Cu为0.4～0.8wt％、Als为0.03～0.05wt％、Nb为0.03～0.07wt％、Ti为0.01～0.05wt％、N为0.006～0.010wt％、B为0.0010～0.0020wt％、P为<0.009wt％、S为<0.005wt％，其余为Fe及不可避免的杂质。

其制造工艺是：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，再用Al线进行最终脱氧；根据铸坯的化学成分及其含量，最终脱氧后加入B，然后进行连铸、热轧。铸坯厚度为210mm。

其热轧工艺是：先将铸坯加热至1150～1250℃，再均热2～3小时后进行热轧，轧制为40mm厚的钢板。轧后控制弛豫5～10s，然后以8～15℃/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550MPa，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

一种大线能量焊接高强度海洋用钢板及其制造方法。该板坯的化学成分及其含量是：C为0.03～0.07wt％、Si为0.2～0.4wt％、Mn为1.0～1.4wt％、Ni为0.3～0.5wt％、Cu为0.1～1.5wt％、Als为0.04～0.06wt％、Nb为0.02～0.06wt％、Ti为0.01～0.05wt％、N为0.002～0.010wt％、B为0.001～0.003wt％、P为<0.010wt％、S为<0.005wt％，其余为Fe及不可避免的杂质。

其制造工艺是：采用转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300ppm，用Fe-Ti合金进行脱氧，再用Al线进行最终脱氧。根据板坯的化学成分及其含量，最终脱氧后加入B，然后进行连铸、热轧。铸坯板厚为230mm。

热轧工艺是：先将铸坯加热至1200～1300℃，再均热2.5～3.5小时后进行热轧，轧制为50mm厚的钢板。轧后控制弛豫10～20s，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的抗拉强度为520MPa，可在400～600kJ/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。

实施例3

一种大线能量焊接高强度海洋用钢板及其制造方法。该板坯的化学成分及其含量是：C为0.03～0.05wt％、Si为0.1～0.3wt％、Mn为1.3～1.5wt％、Ni为0.4～0.5wt％、Cu为0.4～0.8t％、Als为0.01～0.05wt％、Nb为0.02～0.06wt％、Ti为0.02～0.04wt％、N为0.006～0.010wt％、B为0.0010～0.0025wt％、P为<0.009wt％、S为<0.004wt％，其余为Fe及不可避免的杂质。

其制造工艺是：采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400ppm，用金属Ti进行脱氧，再用Al线进行最终脱氧。根据板坯的化学成分及其含量，最终脱氧后加入B，然后进行连铸、热轧。铸坯板厚为250mm。

热轧工艺是：先将铸坯加热至1220～1280℃，再均热2～3小时后进行热轧，轧制为60mm厚的钢板。轧后控制弛豫15～30s，然后以10～20℃/s的冷却速度在线进行冷却即可。

本实施例所制造的钢板的抗拉强度为550MPa，可在400～600kJ/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。

本具体实施方式具有化学成分和工艺简单、易于控制、生产成本低的特点。所制造的钢板可广泛用于海洋平台、船舶军舰等大型结构、设备、设施等，适合埋弧焊、气保焊、气电焊、电渣焊等400～600kJ/cm大线能量输入的各种焊接，故焊接质量高、裂纹敏感性低、低温韧性好、抗拉强度高，能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。

Claims

1、一种大线能量焊接高强度海洋用钢板的制造方法，其特征在于该板坯的化学成分及其含量是：C为0.01～0.25wt％、Si为0.05～0.5wt％、Mn为0.5～1.8wt％、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％、N为0.002～0.012wt％、B为0.0001～0.003wt％、P为<0.010wt％、S为<0.005wt％，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，再用Al线进行最终脱氧，根据板坯的化学成分及其含量，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℃，再均热2～4小时后进行热轧，轧制为20～100mm厚钢板，轧后控制弛豫5～300s，然后以1～30℃/s的冷却速度在线进行冷却。

2、根据权利要求1所述的大线能量焊接高强度海洋用钢板的制造方法所制造的大线能量焊接高强度海洋用钢板。