CN117802413A - 一种具有优异焊接性能的400MPa级TMCP钢板及其生产方法 - Google Patents

一种具有优异焊接性能的400MPa级TMCP钢板及其生产方法 Download PDF

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Abstract

一种具有优异焊接性能的400MPa级TMCP钢板及其制造方法,属于金属材料生产技术领域。钢板采用150~250mm厚度连铸坯生产,其冶炼过程以SiMn合金预脱氧,以TiFe进行深脱氧,然后喂入NiMg合金线,在LF精炼处理工序造白渣并精调合金元素含量,其后进行RH脱气处理,调整N含量。连铸钢坯厚度≥4倍成品钢板厚度,控制连铸坯断面等轴晶区比例≤25%。连铸坯经过加热后通过控制轧制和控制冷却工艺制成6~60mm厚度钢板。钢板ReH≥390MPa,Rm:≥510MPa,‑60℃横向KV2≥200J。在焊接热输入≤300KJ/cm焊接时,焊接接头热影响区‑40℃横向冲击功KV2≥60J。

Description

一种具有优异焊接性能的400MPa级TMCP钢板及其生产方法
技术领域
本发明属于金属材料生产技术领域,具体涉及采用一种具有优异焊接性能的400MPa级TMCP钢板及其生产方法。
背景技术
大线能焊接可以大幅提高焊接作业效率,减少人工劳动量,缩短施工周期,因而也成了当前下游结构厂追求的方向之一。但是由于大线能量焊接会使焊接接头熔合线近旁经历1250℃以上的峰值温度,以及焊后热影响区急剧增宽,邻近熔合线位置会出现粗晶区,导致该位置韧性指标急剧下降,所以钢材和焊材如何适应这种严苛条件,在焊接接头保有满足服役要求的强韧性,成为重点要解决的问题。以往的研究者们采用的各种方法,大多是通过对钢的成分和夹杂物进行限定,意图获得期望的效果,如公开号为CN1962916A、CN103343284A、CN102459656A、CN106574316B、CN106756543A、CN108677088A ,而对于如何稳定获得最终效果的冶炼关键技术方法罕有着墨。公开号CN102191429A提出在模铸中在铸模添加Mg、Fe2O3等控制氧化物的方法,这种方法在连铸生产中无法实施。公开号CN103215507B提出在转炉后控制脱氧剂加入顺序,在Ti脱氧后以Al脱氧,这种方法会过早形成过多的Al2O3类氧化物,后续钢中的氧化物类型、尺度和分布可控性不佳,影响最终应用效果的稳定性。
发明内容
本发明公开了一种具有优异焊接性能的400MPa级TMCP钢板及其生产方法,着眼于冶炼过程中夹杂物形成时机和在钢中的存续状态对最终大线能焊接应用效果的影响,以解决现有技术中的问题。
本发明是通过如下技术方案实现的:
一种具有优异焊接性能的400MPa级TMCP钢板,其特征在于:包括如下质量百分比的各组分:C:0.04-0.07%,Si:0.11-0.22%,Mn:1.27-1.57%,P≤0.006%,S≤0.0013%,Cr≤0.22%,Ni:0.23-0.37%,Cu:0.12-0.32%,Nb≤0.017%,Mo≤0.005%,V≤0.045%,Ti:0.011-0.016%,Als:0.015-0.035%,N:40-60ppm,且Ti含量与N含量关系满足0.75≤[(N%Wt/14)-(Ti%Wt-0.003%Wt)/48]×10000≤2.0,其余为Fe及不可避免之杂质;
钢板生产过程以转炉冶炼,通过LF和RH精炼,连铸成坯料,经热轧制成钢板,其冶炼过程控制转炉出钢C在0.04%以下,以SiMn合金预脱氧到自由氧30~100PPm,以TiFe进行深脱氧,令钢中Ti含量达到0.010~0.030%,且Al≤0.005%,然后按每吨钢液加入180~220g金属Mg比例向钢中打入NiMg合金线,在LF精炼处理工序造白渣并精调合金元素含量,其后进行RH脱气处理,并调整N含量,在RH处理后进行连铸,连铸时在连铸中间包向钢液中喂入Al合金线,目标为钢坯中的Als含量在0.015~0.035%,连铸坯采用150~250mm厚度断面,并控制铸坯的横断面等轴晶率≤25%。
本发明还公开了一种具有优异焊接性能的400MPa级TMCP钢板的制造方法,其特征在于:工艺流程如下:转炉冶炼-SiMn合金预脱氧-Ti脱氧-Mg处理-炉外精炼LF-真空脱气RH-中间包喂Al线-板坯连铸-轧制,其中:
1)转炉出钢碳控制在0.04%以下,出钢过程先以SiMn合金进行预脱氧,脱氧到自由氧在30~100PPm时,以TiFe进行深脱氧,令钢中Ti含量达到0.010~0.030%Wt后再向钢中打入NiMg合金线;
2)向钢中打入NiMg合金线,喂线量按每吨钢液加入180~220g金属Mg比例,喂入NiMg合金线后至RH处理后上机连铸前,控制钢中的Al含量始终按≤0.005%Wt;
3)在RH工序及其后工序需调整N含量,保障铸坯中N含量范围为“35~60PPm”,且Ti含量与N含量关系满足0.75≤[(N%Wt/14)- (Ti%Wt-0.003%Wt)/48]×10000≤2.0;
4)连铸时需在连铸中间包向钢液中喂入Al合金线,目标为化学成分中的Als含量在0.015~0.035%;
5)连铸生产选择150~250mm厚度铸坯,并控制铸坯的横断面等轴晶率≤25%。
进一步的:钢板成品厚度为6~60mm,拉伸性能ReH≥390MPa,Rm≥510MPa,-60℃横向冲击功KV2≥200J,在钢板经过焊接热输入≤300KJ/cm焊接后,焊接接头热影响区韧性达到-40℃的冲击韧性KV2≥60J。
本发明与现有技术相比的优点在于:钢板制造工艺稳定可靠,产品焊接接头热影响韧性稳定,波动小。特别是在厚度增加后,在大线能焊接条件下,焊接接头(尤其是近熔合线位置)-40℃低温韧性指标安定,可以充分保障大型结构件安全稳定服役。
具体实施方式
本发明公开了一种具有优异焊接性能的400MPa级TMCP钢板及其生产方法,其中所述钢板原料以转炉冶炼,通过LF和RH精炼,连铸成坯料,经热轧制成钢板,在调质热处理后成为成品,其冶炼过程控制转炉出钢C在0.04%以下,以SiMn合金预脱氧到自由氧30~100PPm,以TiFe进行深脱氧,令钢中Ti含量达到0.010~0.030%,且Al≤0.005%,然后按“每吨钢液加入180~220g金属Mg”向钢中打入NiMg合金线,在LF精炼处理工序造白渣并精调合金元素含量,其后进行RH脱气处理,并调整N含量,在RH处理后进行连铸,连铸时在连铸中间包向钢液中喂入Al合金线,目标为钢坯中的Als含量在0.015~0.035%,连铸坯采用150~250mm厚度断面,并控制铸坯的横断面等轴晶率≤25%,铸坯的最终化学成分满足C:0.04-0.07%,Si:0.11-0.22%,Mn:1.27-1.57%,P≤0.006%,S≤0.0013%,Cr≤0.22%,Ni:0.23-0.37%,Cu:0.12-0.32%,Nb≤0.017%,Mo≤0.005%,V≤0.045%,Ti:0.011-0.016%,Als:0.015-0.035%,N:40-60ppm,且Ti含量与N含量关系满足0.75≤[(N%Wt/14)- (Ti%Wt-0.003%Wt)/48]×10000≤2.0,其余为Fe及不可避免之杂质。
连铸板坯通过加热炉加热后,以TMCP工艺进行轧制生产,ReH≥390MPa,Rm:≥510MPa,-60℃横向KV2≥200J(10mm×10mm截面试样)的指标水平。在焊接热输入≤300KJ/cm焊接时,焊接接头热影响区韧性达到-40℃的冲击韧性KV2≥60J(10mm×10mm截面试样)的指标水平。
冶炼过程的控制方案是本发明的核心。
1)本发明控制出钢C在0.04%以下,是为了使成品易于达到0.04~0.07%Wt的碳含量目标。本发明针对的对象是具有优异焊接性能的400MPa级TMCP钢板,低的碳含量和碳当量易于保障焊接热影响区具有良好的低温冲击韧性。
2)本发明期望钢中存在大量0.5~5μm粒径的Ti的氧化物或者其与Ca、Al、Mg复合氧化物。在转炉吹炼结束后,钢中的自由氧将达到600PPm以上,过早以Al进行脱氧,钢中会形成Al2O3类夹杂物,存续的Al氧化物会在后续持续(与Al及其他金属的氧化物)聚合,得不到期望的以Ti氧化物为组分的理想的氧化物分布。转炉吹炼后以SiMn脱氧并控制Al的投入,可以防范钢中过早产生Al2O3夹杂,从而为在钢中形成理想类型的氧化物分布做好准备。
3)随着钢中的自由氧含量的降低,Ti在钢中形成的氧化物粒度会逐渐减小,当自由氧含量含量低于100PPm时,所形成的Ti的氧化物粒径大部分会低于5μm,随着氧含量进一步降低,所形成的Ti的氧化物粒子会越来越小,当起始氧含量低于30PPm时,以Ti形成的Ti的氧化物粒径大部分都会低于0.5μm。最终得到的Ti的氧化物粒径分布会偏离所期望的范围,因此要在SiMn脱氧到30~100PPm时再进行Ti脱氧,以在钢中获得期望粒径的Ti的氧化物。
4)以Ti持续脱氧,到钢中的Ti含量达到与氧的过平衡,主要是抑制在LF过程中不受控的Al带入钢中形成Al的夹杂物。由于后续工序过程,Ti的反应损失比较大,为充分防范二次氧化造成的夹杂物构成失控,确定Ti脱氧后的Ti含量目标为0.011~0.016%。
5)在Ti脱氧后,之所以进行Mg处理,是为了调控Ti的氧化物粒子的粒径分布,使之粒径均匀。在钢中自由氧低于10PPm时,低按“每吨钢液加入180~220g金属Mg”的量喂入Mg合金线已经足够,高于220g/吨则钢中残存的Mg过多,有与耐材反应,在钢中形成大颗粒Al-Mg尖晶石的可能,过低,则由于Mg与钢包顶渣等发生反应,进入钢液中的量过少而起不到作用。
6)之所以钢在喂入NiMg合金线后至RH处理后上机连铸前,钢中的Al含量始终按≤0.005%Wt控制,是为了防止过早形成过量的Al的氧化物,导致大颗粒夹杂物数量过多,影响钢的韧塑性和匀质性。
7)之所以调整钢中Als含量到0.015~0.035%,是为了降低焊接时焊缝金属中的氮和氧向热影响区的扩散行程,降低N等气体元素对热影响区韧性的危害,当Als含量达到0.015%,这个作用已经足够,随Als含量升高,焊接接头过热区形成M-A相的可能性增加,对韧性不利的影响重新显现,综合考量Als对热影响区的韧性影响并结合经济性,确定钢中Als含量上限为0.035%。
8)之所以控制铸坯的横断面等轴晶率≤25%,是为了使钢中的夹杂物能够被均匀锁定在铸坯的柱状晶中,大幅度减少各类组分在钢坯厚度方向上的偏聚程度。选择150~250mm厚度铸坯,则更容易保障铸坯的柱状晶率达到要求并同时保障生产厚规格成品时的轧制相对压下总量,从而保障成品全断面的致密度。
9)为保障钢板的强韧性达到期望的技术指标,并充分具备适应大线能量焊接,焊接接头过热区能够满足-40℃的低温冲击韧性要求,需要限定钢的成分:
成品钢板的成分C:0.04-0.12%,Si:0.08-0.25%,Mn:1.25-1.60%,P≤0.008%,S≤0.0015%,Cr≤0.25%,Ni:0.20-0.40%,Cu:0.10-0.35%,Nb≤0.020%,V:≤0.045%,Ti:0.010-0.018%,Als:0.015-0.035%, N:35-60ppm且Ti含量与N含量关系满足0.75≤[(N%Wt/14)-(Ti%Wt-0.003%Wt)/48]×10000≤2.0,其余为Fe及不可避免之杂质,其中
C:碳是钢中主要的固溶强化元素,对厚度60mm以下TMCP钢板来说,碳含量达到0.04%以上,就可实现成品目标性能,即便最厚60mm的钢板,碳含量最多到0.12%即可保障成品强韧性指标。碳含量过低,在大线能焊接条件下热影响区软化严重,接头强度下降,满足不了拉伸指标要求。碳含量过高则在大热输入焊接条件下,易导致过热区MA组元等脆性组元增加,降低热影响区韧性,但是因此设定C:0.04-0.07%。
Si:硅能提高钢板的强度,但是大热输入焊接条件下,硅含量超过0.22%易促进大尺寸MA的形成,不利于焊接热影响区冲击性能的稳定,而低于0.11%难以在出钢过程实现分步脱氧的目标,因此本发明限定Si:0.11-0.22%。
Mn:锰是奥氏体稳定元素,有利于钢板的强韧性提升,同时也是连铸易偏析元素,超过1.57%易导致钢板1/2厚度Mn偏析过度而在大线能焊接过程中导致不利于韧性的M-A相增加,低于1.27%则易导致轧后强度余量不足,限定Mn:1.27-1.57%。
P、S:磷、硫均为钢中有害元素,理论上磷、硫含量越低越好,特别是在焊接热输入较大的焊接条件下,低P、S将有利于焊接热影响区冲击性能的稳定,本发明限定P≤0.006%,S≤0.0013%,是为了使钢板在大线能焊接后热影响区具有更优异的低温韧性。
Ni、Cu:镍、铜在大线能量焊接中均能起到提升焊接热影响区韧性的作用,并且增加强度的同时还降低钢的韧脆转变温度,综合考虑经济性,本发明限定Ni:0.23-0.37%,Cu:0.12-0.32%。
Mo、V:强碳化物元素,促进焊接过热区M-A相生成,造成低温韧性恶化。限定Mo含量≤0.005%,V含量≤0.045%。
Nb:Nb具有抑制变形奥氏体再结晶、细化TMCP钢板最终组织,提高钢的强韧性的作用,但在大线能量焊接中,过多的Nb易增加热影响区MA组织的含量,对韧性不利,因此,本发明设定Nb≤0.017%。
Ti及Ti与N的约束关系:冶炼过程以Ti控制钢中氧化物粒度、构成和演变,前文已做说明,之所以限定成品中的Ti含量,另一个主要目的是控制在钢中得到足量的弥散细小的TiN粒子,当N含量在40~60PPm、Ti的含量在0.011-0.016%,并且Ti含量与N含量满足0.75≤[(N%Wt/14)- (Ti%Wt-0.003%Wt)/48]×10000≤2.0的约束关系时,在钢中易于获得大量的微细尺度的TiN粒子,且这些粒子具有在大线能焊接条件下钉扎过热奥氏体晶界迁移的作用。Ti含量超出限定范围,N含量超出限定范围,以及Ti含量与N含量不满足约束关系,TiN钉扎过热奥氏体晶界迁移从而制约大线能焊接时过热区奥氏体晶粒粗化的作用均明显降低。
本发明所涉具有优异焊接性能的厚规格400MPa级TMCP钢板的制造方法,其工艺流程主要为铁水预处理—转炉冶炼—SiMn合金预脱氧—Ti脱氧—Mg处理—炉外精炼(LF)—真空脱气RH—中间包喂Al线—控制柱状晶比例连铸—铸坯加热—TMCP轧制。
选择铸坯的断面厚度为150~250mm,轧制的成品厚度≤60mm,铸坯断面需满足≥4倍成品厚度,主要是为了保证所得钢板厚向致密性良好。
钢板采用两阶段控制轧制,第二阶段轧制累积压下率需≥50%,第二阶段轧制温度一般在770~840℃,轧后通过水冷装置加速冷却,根据厚度规格的不同选择不用的加速冷却结束温度,一般在400~650℃,最终钢板ReH≥390MPa,Rm:≥510MPa,-60℃横向KV2≥200J(10mm×10mm截面试样)的指标水平,在焊接热输入≤300KJ/cm焊接时,焊接接头热影响区韧性达到-40℃的冲击韧性KV2≥60J(10mm×10mm截面试样)的指标水平。
以下通过具体实施例对本发明做详细说明。
采用铁水预处理—120吨转炉—SiMn合金预脱氧—Ti脱氧—Mg处理—炉外精炼(LF)—真空脱气RH—中间包喂Al线—250mm×2000mm断面坯型连铸的工艺路线,冶炼发明钢6炉,冶炼具体工艺过程关键成分指标如表1。冶炼过程中采用SiMn复合预脱氧,过程中避免添加含Al脱氧合金料,NiMg合金包芯线实际喂入4.1-5米/吨。
各实施例成品化学成分及连铸坯等轴晶率如表2。其中化学成分采用钢板取样,等轴晶(柱状晶)率采用连铸坯取样,使用枝晶腐蚀方法进行评价。各实施例Ti、N含量关系IA实际0.84-1.98,满足0.75≤[(N%Wt/14)- (Ti%Wt-0.003%Wt)/48]×10000≤2.0的要求。
各实施例钢坯送5m宽厚板轧机进行钢板轧制,轧制钢板厚度21mm、42mm、55mm(仅实施例2、4、6),钢板采用TMCP轧制工艺,第二阶段轧制累积压下率需≥50%,第二阶段轧制温度一般在770~840℃,实际终轧温度770-800℃,轧后通过水冷装置加速冷却,根据厚度规格的不同选择不用的加速冷却结束温度,其中21mm钢板终冷温度580-620℃,42mm钢板终冷温度550-672℃,55mm钢板终冷温度410-440℃,钢板轧制工艺及力学性能见表3。从表中可见,各实施例轧制钢板实测屈服强度409-464MPa,抗拉强度532-558MPa,-60℃横向冲击功≥300J,钢板母材性能完全满足GB/T 712中EH40钢板的技术要求。
从各实施例所轧钢板上取得约600mm长焊接试板(焊缝与轧制方向垂直),以单丝气电立焊工艺进行焊接,所配焊丝为进口气电立焊专用φ1.6mm药芯焊丝,焊前不预热、焊后无热处理,其中21mm、42mm厚钢板采用V型坡口,立向上焊接,一道次焊接完成,实际焊接线能量最大267KJ/cm; 55mm厚钢板采用对称双V型坡口,立向上焊接,面侧焊接一道,背侧焊接一道,二道次完成焊接,实际焊接线能量最大158KJ/cm。实际参数列于表4,焊接接头拉伸性能表5,焊接接头粗晶区的-20℃和-40℃冲击韧性检验结果见表6。
从以上可见,各实施例所轧制钢板在经过焊接线能量>90-267KJ/cm的大线能量焊接后,焊接接头强度≥512MPa,焊接接头热影响区各位置-40℃冲击功性能优异,其中熔合线位置-40℃冲击功≥50J,熔合线外+1mm位置-40℃冲击功≥100J,熔合线外+2mm位置-40℃冲击功≥200J,完全满足各类400MPa级钢板在造船、桥梁、高层建筑等应用领域的大线能量焊接应用,尤其是焊接接头近熔合线位置-40℃低温韧性指标稳定,可以充分保障大型结构安全稳定服役。

Claims (3)

1.一种具有优异焊接性能的400MPa级TMCP钢板,其特征在于:包括如下质量百分比的各组分:C:0.04-0.07%,Si:0.11-0.22%,Mn:1.27-1.57%,P≤0.006%,S≤0.0013%,Cr≤0.22%,Ni:0.23-0.37%,Cu:0.12-0.32%,Nb≤0.017%,Mo≤0.005%,V≤0.045%,Ti:0.011-0.016%,Als:0.015-0.035%,N:40-60ppm,且Ti含量与N含量关系满足0.75≤[(N%Wt/14)-(Ti%Wt-0.003%Wt)/48]×10000≤2.0,其余为Fe及不可避免之杂质;
钢板生产过程以转炉冶炼,通过LF和RH精炼,连铸成坯料,经热轧制成钢板,其冶炼过程控制转炉出钢C在0.04%以下,以SiMn合金预脱氧到自由氧30~100PPm,以TiFe进行深脱氧,令钢中Ti含量达到0.010~0.030%,且Al≤0.005%,然后按每吨钢液加入180~220g金属Mg比例向钢中打入NiMg合金线,在LF精炼处理工序造白渣并精调合金元素含量,其后进行RH脱气处理,并调整N含量,在RH处理后进行连铸,连铸时在连铸中间包向钢液中喂入Al合金线,目标为钢坯中的Als含量在0.015~0.035%,连铸坯采用150~250mm厚度断面,并控制铸坯的横断面等轴晶率≤25%。
2.根据权利要求1所述的具有优异焊接性能的400MPa级TMCP钢板的制造方法,其特征在于:工艺流程如下:转炉冶炼-SiMn合金预脱氧-Ti脱氧-Mg处理-炉外精炼LF-真空脱气RH-中间包喂Al线-板坯连铸-轧制,其中:
1)转炉出钢碳控制在0.04%以下,出钢过程先以SiMn合金进行预脱氧,脱氧到自由氧在30~100PPm时,以TiFe进行深脱氧,令钢中Ti含量达到0.010~0.030%Wt后再向钢中打入NiMg合金线;
2)向钢中打入NiMg合金线,喂线量按每吨钢液加入180~220g金属Mg比例,喂入NiMg合金线后至RH处理后上机连铸前,控制钢中的Al含量始终按≤0.005%Wt;
3)在RH工序及其后工序需调整N含量,保障铸坯中N含量范围为“35~60PPm”,且Ti含量与N含量关系满足0.75≤[(N%Wt/14)- (Ti%Wt-0.003%Wt)/48]×10000≤2.0;
4)连铸时需在连铸中间包向钢液中喂入Al合金线,目标为化学成分中的Als含量在0.015~0.035%;
5)连铸生产选择150~250mm厚度铸坯,并控制铸坯的横断面等轴晶率≤25%。
3.根据权利要求2所述的具有优异焊接性能的400MPa级TMCP钢板的制造方法,其特征在于:所制备的钢板,成品厚度为6~60mm,拉伸性能ReH≥390MPa,Rm≥510MPa,-60℃横向冲击功KV2≥200J,在钢板经过焊接热输入≤300KJ/cm焊接后,焊接接头热影响区韧性达到-40℃的冲击韧性KV2≥60J。
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Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003089814A (ja) * 2001-07-10 2003-03-28 Nkk Corp 低温靭性に優れた溶接構造用鋼の製造方法
JP2004323903A (ja) * 2003-04-24 2004-11-18 Nippon Steel Corp 溶接熱影響部靭性の優れた鋼材およびその製造方法
KR100722393B1 (ko) * 2005-12-26 2007-05-28 주식회사 포스코 미세 복합석출물을 이용한 대입열 용접부 인성이 우수한고강도 강재 및 그 제조방법
CN101045976A (zh) * 2006-03-27 2007-10-03 宝山钢铁股份有限公司 可超大线能量焊接低温用厚钢板及其制造方法
CN101050504A (zh) * 2007-05-10 2007-10-10 武汉科技大学 一种大线能量焊接非调质高强度钢板及其制造方法
CN101050502A (zh) * 2007-05-10 2007-10-10 武汉科技大学 一种大线能量焊接高强度船板钢及其制造方法
CN101050505A (zh) * 2007-05-10 2007-10-10 武汉科技大学 一种大线能量焊接高强度海洋用钢板及其制造方法
CN101050503A (zh) * 2007-05-10 2007-10-10 武汉科技大学 一种大线能量焊接低合金高强度钢板及其制造方法
CN102766748A (zh) * 2012-08-10 2012-11-07 江苏省沙钢钢铁研究院有限公司 一种可大热输入焊接的低温钢板的生产方法
CN115007821A (zh) * 2022-05-07 2022-09-06 建龙北满特殊钢有限责任公司 一种大方坯GCr15SiMn轴承钢及其冶炼方法
CN115026252A (zh) * 2022-06-30 2022-09-09 江苏永钢集团有限公司 一种铁路车轴用ea1n钢的夹杂物控制方法
CN116103566A (zh) * 2023-01-31 2023-05-12 日钢营口中板有限公司 一种厚规格低温韧性良好的铁路转向架用钢及其制造方法
CN116732449A (zh) * 2023-05-30 2023-09-12 日钢营口中板有限公司 一种焊接性能良好的q420m低合金高强钢及其制造方法
CN116791009A (zh) * 2023-08-28 2023-09-22 张家港宏昌钢板有限公司 适用于超大热输入焊接的大厚度钢板及其生产方法
KR20240005716A (ko) * 2021-04-27 2024-01-12 난징 아이론 앤드 스틸 컴퍼니 리미티드 고효율 용접 교량강 및 그 제조 방법

Patent Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003089814A (ja) * 2001-07-10 2003-03-28 Nkk Corp 低温靭性に優れた溶接構造用鋼の製造方法
JP2004323903A (ja) * 2003-04-24 2004-11-18 Nippon Steel Corp 溶接熱影響部靭性の優れた鋼材およびその製造方法
KR100722393B1 (ko) * 2005-12-26 2007-05-28 주식회사 포스코 미세 복합석출물을 이용한 대입열 용접부 인성이 우수한고강도 강재 및 그 제조방법
CN101045976A (zh) * 2006-03-27 2007-10-03 宝山钢铁股份有限公司 可超大线能量焊接低温用厚钢板及其制造方法
CN101050505A (zh) * 2007-05-10 2007-10-10 武汉科技大学 一种大线能量焊接高强度海洋用钢板及其制造方法
CN101050502A (zh) * 2007-05-10 2007-10-10 武汉科技大学 一种大线能量焊接高强度船板钢及其制造方法
CN101050504A (zh) * 2007-05-10 2007-10-10 武汉科技大学 一种大线能量焊接非调质高强度钢板及其制造方法
CN101050503A (zh) * 2007-05-10 2007-10-10 武汉科技大学 一种大线能量焊接低合金高强度钢板及其制造方法
CN102766748A (zh) * 2012-08-10 2012-11-07 江苏省沙钢钢铁研究院有限公司 一种可大热输入焊接的低温钢板的生产方法
KR20240005716A (ko) * 2021-04-27 2024-01-12 난징 아이론 앤드 스틸 컴퍼니 리미티드 고효율 용접 교량강 및 그 제조 방법
CN115007821A (zh) * 2022-05-07 2022-09-06 建龙北满特殊钢有限责任公司 一种大方坯GCr15SiMn轴承钢及其冶炼方法
CN115026252A (zh) * 2022-06-30 2022-09-09 江苏永钢集团有限公司 一种铁路车轴用ea1n钢的夹杂物控制方法
CN116103566A (zh) * 2023-01-31 2023-05-12 日钢营口中板有限公司 一种厚规格低温韧性良好的铁路转向架用钢及其制造方法
CN116732449A (zh) * 2023-05-30 2023-09-12 日钢营口中板有限公司 一种焊接性能良好的q420m低合金高强钢及其制造方法
CN116791009A (zh) * 2023-08-28 2023-09-22 张家港宏昌钢板有限公司 适用于超大热输入焊接的大厚度钢板及其生产方法

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