[发明专利]一种耐候厚钢板及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及耐候低合金钢，特别是涉及在一种低C-中Mn-高Als-低N-(Cu+Ni+Cr)合金化-(Nb+Ti+V)微合金钢的低合金耐候钢成分体系中获得屈服强度≥490MPa、抗拉强度≥610MPa、屈强比≤0.83、-40℃的Charpy横向冲击功(单个值)≥47J、可大线能量焊接耐候结构用厚钢板(板厚≥30mm)，其主要用于高层建筑结构、无涂装大型桥梁结构制造用材。

背景技术

众所周知，低碳(高强度)低合金钢是最重要工程结构材料之一，广泛应用于石油天然气管线、海洋平台、船舶制造、桥梁结构、锅炉压力容器、建筑结构、汽车工业、铁路运输及机械制造之中。低碳(高强度)低合金钢性能取决于其化学成分、制造过程的工艺制度，其中强度、韧性和焊接性是低碳(高强度)低合金钢最重要的性能，它最终决定于成品钢材的显微组织状态。

随着科技不断地向前发展，人们对钢的强韧性、焊接性提出更高的要求，即在维持较低制造成本的同时大幅度地提高钢板的综合机械性能和使用性能，以减少钢材的用量从而节约成本，减轻钢构件自身重量、稳定性和安全性。目前世界范围内掀起了发展新一代高性能钢铁材料的研究高潮，通过合金组合设计、革新控轧/TMCP技术及热处理工艺获得更好的显微组织匹配，从而使钢板得到更优良强韧性、强塑性匹配、低屈强比、耐大气腐蚀性、更优良的焊接性及抗疲劳性能。

现有技术在制造耐大气腐蚀焊接结构用厚钢板时，一般要在钢中添加一定量的P、Ni、Cu、Cr等耐候性合金元素，目的是在钢板表面形成一层致密的非晶保护膜，阻止空气进入钢板内部，达到耐大气腐蚀作用，如西山纪念技术讲座159-160，P84～P85，由此带来母材钢板韧性和焊接性较差，尤其焊接接头的熔合线与热影响区冲击韧性很差。为此，日本的一种技术采用低C含量成分设计，添加微合金元素Ti、Nb，结合控制轧制工艺，使钢板焊接性与低温韧性得到大幅度提高，如制铁研究，1982，Vol.309，P98；R&D神户制钢技报，1988，Vol.38，P97。为开发寒冷地区使用的耐候钢，日本的另一种技术采用低C-高Al-低N-微Ti处理成分设计技术，结合控制轧制工艺成功生产出满足-40℃低温韧性耐候钢板，如铁と钢，1985，Vol.71，S593。但是这些钢板的强度级别均为490MPa级，厚度一般也不超过50mm。由于Cr元素大幅度降低铁素体/珠光体显微组织钢板的强度且降低屈服强度的幅度大于降低抗拉强度的幅度，如西山纪念技术讲座86-87，P11，因此采用控制轧制或正火工艺生产屈服强度≥420MPa、抗拉强度≥550MPa、屈强比≤0.80、-40℃的Charpy横向冲击功(单个值)≥47J、可大线能量焊接耐候结构用厚钢板(板厚≥40mm)时，钢板的碳当量Ceq[C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15]一般需要控制在0.46％以上，这将严重劣化钢板母材低温韧性和焊接性。同时，大量专利文献只是说明如何实现母材钢板的低温韧性，对于如何在焊接条件下，获得优良的热影响区(HAZ)低温韧性说明得较少，尤其采用大线能量焊接时如何保证热影响区(HAZ)的低温韧性少之又少，如昭63-93845、昭63-79921、昭60-258410、特平开4-285119、特平开4-308035、平3-264614、平2-250917、平4-143246、US 4855106、US 5183198、US 4137104。

发明内容

本发明克服现有技术存在的上述问题，低成本地开发出综合力学性能、焊接性能均优异的60公斤级耐候厚钢板，用于耐候建筑结构、桥梁结构及风塔结构用厚钢板。

本发明中的术语“厚钢板”是指厚度≥30mm的钢板。

具有优良焊接性、高强度、低屈强比的耐候钢是厚板产品中难度最大的品种之一，其原因是该类钢板不仅要求低C、低碳当量Ceq、高强韧性、低屈强比、优良耐候性及抗疲劳性能，而且还要具有优良的抗焊接再热裂纹性能及可经受大线能量焊接性能，这些性能要求很难同时满足。低C、低碳当量Ceq、耐候性与高强韧性、低屈强比及焊接性之间在成分设计和工艺设计上相互冲突，很难调和，即降低C含量、碳当量Ceq的同时，很难实现厚钢板的高强韧性和低屈强比；在提高耐候性、强韧性的同时，很难实现钢板优良的焊接性和低屈强比；如何平衡高强韧性、低屈强比、焊接性及耐候性是本产品最大的难点之一，也是关键核心技术。