CN102312173A

CN102312173A - 抗拉强度700MPa级大线能量焊接结构用钢及其制造方法

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Publication number: CN102312173A
Application number: CN2010102156656A
Authority: CN
Inventors: 杨颖�; 侯华兴; 敖列哥; 郝森; 傅博; 张涛; 刘明; 王红岩; 赵宝纯; 张哲�
Original assignee: Angang Steel Co Ltd
Current assignee: Angang Steel Co Ltd
Priority date: 2010-06-29
Filing date: 2010-06-29
Publication date: 2012-01-11

Abstract

本发明提供一种抗拉强度700MPa级大线能量焊接结构用钢及其制造方法，其成分：C：0.04％～0.08％、Si：0.05％～0.5％、Mn：1.40％～1.85％、Cr：0.2％～0.4％、Nb：0.010％～0.060％、Ti：0.005％～0.03％、V：0.02％～0.04％、Cu：0.10％～0.30％、Ni：0.10％～0.40％、Mo：0.10％～0.30％、Zr：0.0020％～0.0050％、Al：0.015％～0.050％，其余为Fe及不可避免的杂质。其制造方法包括冶炼、连铸和轧制，轧前加热温度1150～1230℃，再结晶区轧制温度≥1000℃，未再结晶区轧制温度830～930℃，轧后弛豫时间10～120s，冷却速度3～30℃/S，终冷温度380～500℃，之后空冷并回火。本发明成分设计合理，工艺简单，无需调质，产品焊接性能优良，焊前不需预热，焊后不需热处理，HAZ区具有很高的强韧性。

Description

抗拉强度700MPa级大线能量焊接结构用钢及其制造方法

技术领域

本发明属于金属材料技术领域，尤其涉及一种抗拉强度700MPa级大线能量焊接结构用钢及其制造方法。

背景技术

随着各种钢结构件的大型化，人们对钢的强韧性和焊接性提出更高的要求。为了提高焊接效率，采用大线能量焊接技术是不可避免的。传统低合金高强度钢(HSLA)的弊端是在强度提高的同时其冲击韧性和焊接性显著下降，在进行高热能焊接时，焊接热影响区(HAZ区)的组织极易粗大，韧性恶化，故在提高钢板强度的同时，确保钢板在承受大线能量焊接的条件下HAZ区具有良好的韧性已成为近来低合金高强度钢的研究方向。

申请号为CN 200710052133.3，名为“一种大线能量焊接低合金高强度钢板及其制造方法”和申请号为CN200710052132.9，名为“一种大线能量焊接高强度船板钢及其制造方法”的中国专利所提供的技术方案中钢板成分简单，而且采用常规的高强度钢板制造方法。但是，根据其化学成分和工艺方法是无法获得700MPa抗拉强度的，而且其韧性也不好。

专利号为ZL02115877.0，名为《大线能量低焊接裂纹敏感性系列钢的生产方法》、申请号为CN200710052135.2，名为《一种大线能量焊接高强度海洋用钢板及其制造方法》、申请号为CN200710052134.8，名为《一种大线能量焊接非调质高强度钢板及其制造方法》、专利号ZL01128316.5，名为《大线能量焊接非调质高韧性低温钢及其生产方法》、专利号为CN200410017255.5，名为《可大线能量焊接的超高强度厚钢板及其制造方法》的中国专利均存在以下的一种或两种以上问题：

(1)加入了冶炼时难以控制的B元素，B属于轻元素，易形成碳化物和氮化物，在原奥氏体晶界偏聚形成降低钢的韧性的B相；

(2)所获得的钢板强度级别不高，抗拉强度在600MPa以下；

(3)需要调质处理，增加了制造成本。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，从市场需求的角度出发，提供一种低成本、高强度、高韧性，抗拉强度为700MPa以上的大线能量焊接结构用钢及其生产方法。

本发明抗拉强度700MPa级大线能量焊接结构用钢的化学成分含量(Wt％)为：C 0.04％～0.08％、Si 0.05％～0.5％、Mn 1.40％～1.85％、Cr0.2％～0.4％、Nb 0.010％～0.060％、Ti 0.005％～0.03％、V 0.02％～0.04％、Cu 0.10％～0.30％、Ni 0.10％～0.40％、Mo 0.10％～0.30％、Zr 0.0020％～0.0050％、Al 0.015％～0.050％，其余为Fe及不可避免的杂质元素。钢中的杂质元素控制在P≤0.025％，S≤0.015％，[N]≤0.0080％。从提高钢种韧性和塑性的角度来看，杂质元素含量越低越好。

本发明选择的合金元素在抗拉强度700MPa级大线能量焊接结构用钢中的主要作用在于：

C：碳对钢的强度、韧性、焊接性能影响很大。C含量低于0.04％时难以获得足够的强度；碳高于0.08％时，在生成组织中珠光体含量增加，使钢的冷成型性能和韧性下降，同时由于成分进入包晶区，容易发生结晶器漏钢事故和铸坯表面质量缺陷，连铸时难度增加。

Si：硅是炼钢脱氧的必要元素，也具有一定的强化作用，当含量低于0.05％时，难于获得充分的脱氧效果；含量超过0.5％时，钢的清洁度下降，韧性降低，可焊性差。

Mn：锰是提高强度和韧性的有效元素，而且成本十分低廉，因此在本发明中把Mn元素作为主要合金元素，但是Mn含量太高时，容易产生偏析缺陷，造成组织不均匀，影响冷成型性能。一般控制Mn1.4％～1.85％。

Nb：铌是控轧控冷钢中的重要元素，它能够有效地延迟变形奥氏体的再结晶，阻止奥氏体晶粒长大，提高奥氏体再结晶温度，细化晶粒，同时改善强度和韧性，而且具有强烈的析出强化作用，可以显著地提高钢的屈服强度。根据本发明的目的，控制Nb0.010％～0.060％。

Ti：钢中加入钛，具有二个方面的作用。一方面是为了固定钢中的氮元素，形成氮化钛质点，阻止钢坯在加热、轧制、焊接过程中晶粒的长大，改善母材和焊接热影响区的韧性。另一方面，钛能够在铁素体中析出TiC，在大幅度提高钢的强度的同时，对钢的塑性影响不大。根据本发明的目的，，控制Ti 0.005％～0.03％。

Cu：铜不仅对焊接热影响区硬化性及韧性没有不良影响，又可使母材的强度提高，并使低温韧性大大提高，还可提高耐蚀性。但Cu含量高时，钢坯加热或热轧时易产生裂纹，恶化钢板表面性能，必须添加适量的Ni以阻止这种裂纹的产生。在本发明中，将铜含量控制在0.10％～0.30％之间。

Ni：镍对焊接热影响区硬化性及韧性没有不良影响，又可使母材的强度提高，并使低温韧性大大提高。其为贵重元素，导致钢的成本大幅度上升，经济性差。在本发明中添加Ni元素的目的主要是阻止含Cu量高的钢坯在加热或热轧时产生裂纹的倾向。故在本发明中将Ni含量控制在0.10％～0.40％之间。

Cr：加入适量的Cr元素，以提高钢的强度，从经济性和焊接性考虑，在本发明中将Cr含量控制在0.2％～0.4％。

Mo：加入适量的Mo元素，以提高钢的强度，从经济性和焊接性考虑，在本发明中将Mo含量控制在0.10％～0.30％。

V：V与N在控轧过程中形成VN，具有抑制再结晶和析出强化的作用，提高钢板的强度，含量过低，作用减弱，含量过高，增加成本，故将V控制在0.02％～0.040％。

Zr：在冶炼过程中与钢中的氧形成Zr的氧化物，在焊接过程中，奥氏体以其为形核核心形成针状铁素体，在大线能量焊接下，HAZ区具有良好冲击韧性，钢板具有良好的焊接性能。作为形核核心，其化学成分要求控制在0.0020％～0.0050％之间。

Al：铝是脱氧元素，可作为AlN形成元素，有效地细化晶粒，其含量不足0.015％时，效果较小；超过0.05％时，脱氧作用达到饱和；再高则对母材及焊接热影响区韧性有害。

本发明钢的具体生产工艺如下：

冶炼工艺：进行铁水预处理，采用转炉冶炼，通过顶吹或顶底复合吹炼，尽可能深脱碳；采用VD、RH、LF等进行精炼处理，Ca处理，结合钢中S含量和出钢量，喂Si-Ca线，控制硫化物形态，以提高延性和韧性，减小钢板横向和纵向性能差；连铸采用电磁搅拌，减少元素偏析；

轧制工艺：采用控轧控冷(TMCP)技术，轧前加热温度为1150～1230℃，以保证获得细小的奥氏体晶粒，能有相当量的Nb、V溶入奥氏体；采用两阶段控轧，再结晶区轧制温度≥1000℃，未再结晶区轧制温度为830～930℃；轧后弛豫时间10～120s；随后加速冷却，加速冷却速度在3～30℃/S，最佳终冷温度在380～500℃之间；最后空冷，并进行回火，回火温度为600±30℃。

本发明成分设计合理，工艺简单，生产时不需要调质处理，采用TMCP工艺，提高了钢的强度。本发明产品焊接性能优良，可以实现30～100KJ/cm的大线能量焊接，改善了焊接效率，焊接前不需预热，焊接后不需热处理，并且HAZ区具有很高的强韧性。本发明产品可以广泛应用于工程机械、采挖机械、重型汽车、容器、舟桥、船舶、集装箱及海洋设施等领域。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步的描述。

本发明实施例采用上述冶炼工艺冶炼，其化学成分如表1所示，其轧制工艺见表2，回火温度为600℃，在Gleeble3800热模拟仪上进行焊接热模拟，线能量60KJ/cm，-20℃HAZ区的冲击韧性及轧态力学性能如表3所示。

表1本发明实施例钢种的冶炼成分 Wt％

表2本发明实施例钢的轧制工艺

实施例	成品厚度mm	加热温度℃	再结晶开轧温度℃	未再结晶开轧温度℃	未再结晶终轧温度℃	终冷温度℃	冷却速度℃/s
								1	40	1050	1008	930	842	385	3.3
2	40	1100	1010	867	852	380	9.6
								3	32	1160	1040	898	880	450	12.5.
4	16	1200	1050	830	757	430	27.0
								5	16	1220	1086	860	807	480	29.2

表3本发明实施例钢的轧态力学性能

实施例	厚度mm	RelN/mm2	RmN/mm2	A％	-20℃纵向Akv(J)	HAZ-20℃Akv(J)
							1	40	645	720	22	235	124
2	40	625	710	22	239	185
							3	32	630	730	25	207	132
4	16	695	770	20	148	93
							5	16	675	790	20	146	99

Claims

1.一种抗拉强度700MPa级大线能量焊接结构用钢，其特征在于所述钢板的化学成分重量百分比为：C 0.04％～0.08％、Si 0.05％～0.5％、Mn1.40％～1.85％、Cr 0.2％～0.4％、Nb 0.010％～0.060％、Ti 0.005％～0.03％、V 0.02％～0.04％、Cu 0.10％～0.30％、Ni 0.10％～0.40％、Mo0.10％～0.30％、Zr 0.0020％～0.0050％、Al 0.015％～0.050％，其余为Fe及不可避免的杂质，其中：P≤0.025％、S≤0.015％、[N]≤0.0080％。

2.一种权利要求1所述抗拉强度700MPa级大线能量焊接结构用钢的制造方法，包括铁水预处理、转炉冶炼、精炼、连铸和轧制，其特征在于所述的轧制采用控轧控冷技术，轧前加热温度为1150～1230℃，采用两阶段控轧，再结晶区轧制温度≥1000℃，未再结晶区轧制温度为830～930℃，轧后弛豫时间10～120s，随后加速冷却，冷却速度为3～30℃/S，终冷温度为380～500℃，之后空冷，并进行回火，回火温度600±30℃。