CN106399832B - 高强度大线能量焊接用钢板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高强度大线能量焊接用钢板及其制备方法。所述钢板的化学成分按重量百分比为C:0.08~0.10%、Si:0.20~0.30%、Mn:1.35~1.55、P:≤0.015%、S:≤0.010%、Ni:0.20~0.30%,Mo:0.10~0.20%,V:0.04~0.05%,Ti:0.008~0.015%,Alt:0.03~0.04%,稀土Ce:0.0005~0.0015%,余量为Fe和不可避免的杂质。该钢板抗拉强度大于610MPa,满足120KJ/cm以上焊接线能量的高强度调质钢板的需求。该钢板可用于建造大型原油储罐,适用于埋弧焊、气体保护焊、气电立焊等大线能量输入的焊接。
Description
技术领域
本发明涉及钢铁冶金领域,特别涉及一种高强度大线能量焊接用钢板及其制备方法。
背景技术
自90年代日本提出“氧化物冶金”概念至今,日本大线能量焊接用钢的生产工艺技术已日趋成熟并广泛应用于造船、海洋工程、高层建筑、水电、核电、石油化工压力容器、管线钢等多种制造领域。经历了从TiN到Ti2O3,最后发展到如今的Ca、Mg氧化物或硫化物的过程机理,可满足350KJ/cm以上焊接线能量。目前,我国的大热输入焊接用钢板的工业生产与应用,仅局限于原油储罐与造船这两个领域,而且只能生产满足焊接线能量为100-150KJ/cm的钢板。与日本相比仍有很大差距,而其他众多领域所需的大线能量焊接用钢尚属空白。
目前,国内企业开发大线能量焊接用钢时,通常采用传统的微细TiN钉扎作用机理,以避免焊接热影响区奥氏体晶粒的粗化。采用这种方法,在生产工艺合理的情况下,虽然钢板能够承受线能量达到100KJ/cm左右的要求。但是在焊接热循环过程中,当温度达到1350℃时,TiN就会有50%发生溶解,当熔合线部位温度达到或超过1400℃时,溶解的体积分数甚至能够达到88%,造成钉扎作用的大幅度弱化,进而影响了钢板的性能。
发明内容
有鉴于此,本发明提供一种高强度大线能量焊接用钢板及其制备方法。
本发明提供一种高强度大线能量焊接用钢板,所述钢板的化学成分按重量百分比为C:0.08~0.10%、Si:0.20~0.30%、Mn:1.35~1.55、P:≤0.015%、S:≤0.010%、Ni:0.20~0.30%,Mo:0.10~0.20%,V:0.04~0.05%,Ti:0.008~0.015%,Alt:0.03~0.04%,稀土Ce:0.0005~0.0015%,余量为Fe和不可避免的杂质。
进一步地,所述钢板的化学成分按重量百分比为C:0.08~0.10%、Si:0.24~0.30%、Mn:1.35~1.55、P:≤0.007%、S:≤0.005%、Ni:0.25~0.30%,Mo:0.14~0.20%,V:0.04~0.05%,Ti:0.01~0.015%,Alt:0.03~0.04%,稀土Ce:0.0005~0.0015%,余量为Fe和不可避免的杂质。
进一步地,所述钢板的金相组织为回火索氏体。
本发明还提供一种上述高强度大线能量焊接用钢板的制备方法,其包括以下步骤:
步骤a、冶炼和浇铸,制得钢坯;
步骤b、加热和轧制
加热过程中,加热温度为1200℃~1230℃,总在炉时间≥270min;
轧制分为第一阶段轧制和第二阶段轧制:
所述第一阶段轧制在奥氏体再结晶区轧制,轧制过程中,开轧温度为1180~1210℃,第1~2道次压下量大于10%,其余至少有1~2道次压下率控制在20~40%;
第二阶段轧制在奥氏体未再结晶区轧制,开轧温度≤960℃,中间坯厚度为3倍成品厚度,终轧温度为840~870℃;
步骤c、冷却,以10~20℃/s的冷却速度冷却至640~660℃;
步骤d、热处理
将室温下的钢板再加热,淬火加热温度为910~930℃,保温时间为10~20min;
回火加热温度为630~660℃,在炉时间为3.2t+20min,其中t为钢板厚度。
进一步地,所述步骤a具体为:
将除了铈铁合金外的原料按配比加入冶炼炉,在浇注前1~3分钟再加铈铁合金,待熔化后浇铸到钢模,浇铸成型,得到钢坯。
本发明提供一种高强度大线能量焊接用钢板及其制备方法,该钢板通过合理的化学成分设计,并经过稀土处理,采取上述热轧和热处理工艺可以得到一种抗拉强度大于610MPa,满足120KJ/cm以上焊接线能量的高强度调质钢板。该钢板可用于建造大型原油储罐,适用于埋弧焊、气体保护焊、气电立焊、电渣焊等大线能量输入的焊接。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明实施例1制备的钢板的金相组织图;
图2为本发明实施例1制备的钢板120KJ/cm焊接线能量下热影响区金相组织图;
图3为本发明实施例1制备的钢板中的稀土氧硫化物颗粒图。
具体实施方式
本发明公开了一种高强度大线能量焊接用钢板及其制备方法,本领域技术人员可以借鉴本文内容,适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是,所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的,它们都被视为包括在本发明。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述,相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合,来实现和应用本发明技术。
本发明提供一种高强度大线能量焊接用钢板,所述钢板的化学成分按重量百分比为C:0.08~0.10%、Si:0.20~0.30%、Mn:1.35~1.55、P:≤0.015%、S:≤0.010%、Ni:0.20~0.30%,Mo:0.10~0.20%,V:0.04~0.05%,Ti:0.008~0.015%,Alt:0.03~0.04%,稀土Ce:0.0005~0.0015%,余量为Fe和不可避免的杂质。
优选地,所述钢板的化学成分按重量百分比为C:0.08~0.10%、Si:0.24~0.30%、Mn:1.35~1.55、P:≤0.007%、S:≤0.005%、Ni:0.25~0.30%,Mo:0.14~0.20%,V:0.04~0.05%,Ti:0.01~0.015%,Alt:0.03~0.04%,稀土Ce:0.0005~0.0015%,余量为Fe和不可避免的杂质。
进一步地,所述钢板的金相组织为回火索氏体。
本发明提供的钢板中,加入了稀土元素Ce,Ce与钢中的O和S具有极强的亲和力,容易生成稀土Ce的氧化物、硫化物及其复合化合物,熔点高达3000℃以上,热稳定好,见图3。形成的弥散分布的稀土氧硫化合物第二相粒子能够抑制大线能量焊接过程中高温下奥氏体的粗化,提高晶内铁素体形核率,促进有利于韧性的细密状针状铁素体组织形成,提高焊缝热影响区的冲击性能,最终实现大线能量焊接。
相应的,本发明还提供高强度大线能量焊接用钢板的制备方法,其包括以下步骤:
步骤a、冶炼和浇铸,制得钢坯;
步骤b、加热和轧制
加热过程中,加热温度为1200℃~1230℃,总在炉时间≥270min;
轧制分为第一阶段轧制和第二阶段轧制:
所述第一阶段轧制在奥氏体再结晶区轧制,轧制过程中,开轧温度为1180~1210℃,第1~2道次压下量大于10%,其余至少有1~2道次压下率控制在20~40%;
第二阶段轧制在奥氏体未再结晶区轧制,开轧温度≤960℃,中间坯厚度为3倍成品厚度,终轧温度为840~870℃;
步骤c、冷却,以10~20℃/s的冷却速度冷却至640~660℃;
步骤d、热处理
将室温下的钢板再加热,淬火加热温度为910~930℃,保温时间为10~20min;
回火加热温度为630~660℃,在炉时间为3.2t+20min,其中t为钢板厚度。
上述步骤a具体可以为:
将除了铈铁合金外的原料按配比加入冶炼炉,在浇注前1~3分钟再加铈铁合金,待熔化后浇铸到钢模,浇铸成型,得到钢坯。由此可以提高为铈的收得率。
上述步骤b是加热和轧制的过程,具体可,可以用机械手将钢坯装入高温电阻炉中。加热温度1200℃~1230℃,总在炉时间≥270min,确保钢坯温度均匀,待钢坯达到加热要求时,用机械手将钢坯送往,热轧机组。采用两阶段控制轧制工艺,即奥氏体再结晶区轧制和奥氏体未再结晶区轧制。在奥氏体再结晶区轧制时,开轧温度为1180~1210℃,第1~2道次压下量应大于10%,其次至少有1~2道次压下率控制在20~40%,用以充分细化原始奥氏体晶粒;在奥氏体未再结晶区轧制时,此阶段的轧制使奥氏体伸长,晶界面积增加,同时变形导致晶粒内部导入大量的变形带,在其后γ→α相变时形核密度和形核点增多,α晶粒进一步细化。设定开轧温度≤960℃,中间坯厚度:3倍成品厚度,终轧温度:840~870℃。
步骤c是冷却的过程,具体的:控制轧制结束后,钢板进入层流冷却区域,以10~20℃/s的冷却速度冷却至640~660℃,之后进入冷床空冷。
步骤d是热处理的过程,经过上海苏热处理后,可以得到金相组织为回火索氏体的钢板。步骤d具体可以为:
将室温下的钢板随炉再加热,淬火加热温度:910~930℃,保温时间:10~20min,出炉后浸入水箱进行淬火;之后进行回火热处理,回火加热温度:630~660℃,在炉时间3.2t+20min,其中t为钢板厚度。
本发明提供一种高强度大线能量焊接用钢板及其制备方法,该钢板通过合理的化学成分设计,并经过稀土处理,采取上述热轧和热处理工艺可以得到一种抗拉强度大于610MPa,满足120KJ/cm以上焊接线能量的高强度调质钢板。该钢板可用于建造大型原油储罐,适用于埋弧焊、气体保护焊、气电立焊、电渣焊等大线能量输入的焊接。
下面结合实施例,进一步阐述本发明:
实施例1
按表1所示的化学成分冶炼,并浇铸成钢锭,将钢锭加热至1200℃,总在炉时间保温300分钟,在实验轧机上进行第一阶段轧制,即奥氏体再结晶区轧制,开轧温度为1183℃,第1~2道次压下量应大于10%,其次至少有1~2道次压下率控制在20~40%,当轧件厚度为42mm时,在辊道上待温至950℃,随后进行第二阶段轧制,即奥氏体未再结晶区轧制。终轧温度为850℃,成品钢板厚度为14mm。轧制结束后,钢板进入层流冷却装置,以16℃/s的速度冷却至645℃。钢板随炉加热至910℃,保温10min后淬火,回火加热温度660℃,在炉时间58min,最后即可得到所述钢板。
请参见图1至图3,其中,图1为本实施例制得钢板的金相组织图;图2为本实施例制得钢板120KJ/cm焊接线能量下热影响区金相组织图;图3为本实施例制得钢板中的稀土氧硫化物颗粒图。
实施例2
实施方式同实施例1,其中加热温度为1210℃,总在炉时间保温320分钟,第一阶段轧制的开轧温度为1190℃,中间坯厚度为48mm,第二阶段轧制的开轧温度为955℃,终轧温度为855℃,成品钢板厚度为16mm。轧制结束后,钢板进入层流冷却装置,以15℃/s的速度冷却至640℃,钢板随炉加热至920℃,保温10min后淬火,回火加热温度640℃,在炉时间71min,最后即可得到所述钢板。
实施例3
实施方式同实施例1,其中加热温度为1230℃,总在炉时间310分钟;第一阶段轧制的开轧温度为1218℃,中间坯厚度为60mm;第二阶段轧制的开轧温度为956℃,终轧温度为860℃,成品钢板厚度为20mm;轧制结束后,钢板进入层流冷却装置,以15℃/s的速度冷却至650℃,钢板随炉加热至930℃,保温10min后淬火,回火加热温度630℃,在炉时间80min,最后即可得到所述钢板。
表1本发明实施例1~3的化学成分(wt%)
对本发明实施例1~3的钢板进行力学性能检验,检验结果见表2。
表2本发明实施例1~3的钢板的力学性能
对实施例1制备的钢板焊接热模拟后的冲击性能进行检测,结果列于表3:
表3实施例1大线能量焊接后热影响区冲击性能
由上述内容可知,本发明提供的钢板具有优异的力学性能和热影响区冲击性能,能够满足120KJ/cm以上焊接线能量的高强度调质钢板的性能需求。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种高强度大线能量焊接用钢板,所述钢板的化学成分按重量百分比为C:0.08~0.10%、Si:0.20~0.30%、Mn:1.35~1.55、P:≤0.015%、S:≤0.010%、Ni:0.20~0.30%,Mo:0.10~0.20%,V:0.04~0.05%,Ti:0.008~0.015%,Alt:0.03~0.04%,稀土Ce:0.0005~0.0015%,余量为Fe和不可避免的杂质,其特征在于:所述高强度大线能量焊接用钢板的制备方法具体包括以下步骤:
步骤a、冶炼和浇铸,制得钢坯;
步骤b、加热和轧制
加热过程中,加热温度为1200℃~1230℃,总在炉时间≥270min;轧制分为第一阶段轧制和第二阶段轧制:
所述第一阶段轧制在奥氏体再结晶区轧制,轧制过程中,开轧温度为1180~1210℃,第1~2道次压下量大于10%,其余至少有1~2道次压下率控制在20~40%;
第二阶段轧制在奥氏体未再结晶区轧制,开轧温度≤960℃,中间坯厚度为3倍成品厚度,终轧温度为840~870℃;
步骤c、冷却,以10~20℃/s的冷却速度冷却至640~660℃;
步骤d、热处理
将室温下的钢板再加热,淬火加热温度为910~930℃,保温时间为10~20min;
回火加热温度为630~660℃,在炉时间为3.2t+20min,其中t为钢板厚度。
2.根据权利要求1所述的高强度大线能量焊接用钢板,其特征在于,所述钢板的化学成分按重量百分比为C:0.08~0.10%、Si:0.24~0.30%、Mn:1.35~1.55、P:≤0.007%、S:≤0.005%、Ni:0.25~0.30%,Mo:0.14~0.20%,V:0.04~0.05%,Ti:0.01~0.015%,Alt:0.03~0.04%,稀土Ce:0.0005~0.0015%,余量为Fe和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的高强度大线能量焊接用钢板,其特征在于,其金相组织为回火索氏体。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤a、冶炼和浇铸,制得钢坯;
步骤b、加热和轧制
加热过程中,加热温度为1200℃~1230℃,总在炉时间≥270min;轧制分为第一阶段轧制和第二阶段轧制:
所述第一阶段轧制在奥氏体再结晶区轧制,轧制过程中,开轧温度为1180~1210℃,第1~2道次压下量大于10%,其余至少有1~2道次压下率控制在20~40%;
第二阶段轧制在奥氏体未再结晶区轧制,开轧温度≤960℃,中间坯厚度为3倍成品厚度,终轧温度为840~870℃;
步骤c、冷却,以10~20℃/s的冷却速度冷却至640~660℃;
步骤d、热处理
将室温下的钢板再加热,淬火加热温度为910~930℃,保温时间为10~20min;
回火加热温度为630~660℃,在炉时间为3.2t+20min,其中t为钢板厚度。
5.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于,所述步骤a具体为:将除了铈铁合金外的原料按配比加入冶炼炉,在浇注前1~3分钟再加铈铁合金,待熔化后浇铸到钢模,浇铸成型,得到钢坯。
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稀土Ce在大热输入焊缝金属中的作用;余圣甫等;《中国科技论文》;20120815;第7卷(第8期);第612-615、626页 |
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