[发明专利]一种大热输入焊接用结构钢及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于焊接用高强度结构钢板技术领域，特别涉及一种大热输入焊接用结构钢板及其制造方法。

背景技术

为提高施工效率、降低成本，在大型结构物的施工中，焊接工序中相继采用了多丝埋弧自动焊、气电立焊、电渣焊等大热输入焊接技术。国内外相继开发出多种大热输入焊接用钢板。

采用TiN机制来抑制CGHAZ晶粒粗化的方法提高焊接热影响区的韧性，如专利申请号为200610047899.8“一种可大热输入焊接的低合金高强度钢板及其制造方法”；专利申请号为200510047672.9“一种适合大线能量焊接的Nb-Ti微合金钢及其冶炼方法”，其机理是因为Ti与N结合成TiN，能够阻止奥氏体晶粒的长大和增加铁素体形核，合理控制钢中Ti/N在2.4～3.2之间，会有效提高钢板和焊接热影响区的性能，其焊接热输入能够达到150KJ/cm；如日本特公昭55-026164号公报、特开昭61-253344、特开平03-264614、特开平04-143246及专利第2950076都公开了采用Ti的氮化物或复合化物及析出物来促进铁素体的形核，提高CGHAZ韧性。但是，Ti在金属中形成的TiN或Ti(CN)在焊接过程中，当熔合线附近的温度超过1400℃时，则超过了TiN本身的熔点，TiN在此温度下几乎全部溶解而失去了作用。所以，利用TiN机理来提高焊接热影响区韧性，只能在远离熔合线温度低于1300℃的区域或焊接热输入较低的情况下才会起到明显作用。

而靠近熔合线温度超过1400℃区域，众多文献公布了采用更高熔点的Ti的氧化物作为晶内针状铁素体形核质点，从而提高焊接热影响区韧性的方法。如特开昭61-79745、特开昭62-103344、特开昭61-117245，公布了含有Ti氧化物的钢板能够有效提高焊接热影响区韧性，其原理是Ti氧化物的熔点高于钢的熔点，在焊接熔合线部位不会溶解，成为稳定的质点，在焊接后的冷却过程中，TiN、MnS等依附于其上析出，成为微细铁素体的形核质点，抑制对韧性有害的粗大铁素体形成，防止脆化。但是，这种Ti氧化物在钢中微细分散很困难，容易在金属中粗大化或成为凝聚体，若不能控制形成微细弥散的Ti的氧化物，则会形成5μm以上的粗大Ti氧化物，成为结构物破坏时的裂纹源、降低韧性。所以，如何使钢中形成尺寸合理、数量多而且弥散分布的Ti氧化物，则成为众多研究者努力的方向。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种大热输入用结构钢及其制造方法。该方法制造的钢板，在400KJ/cm的大热输入焊接条件下，仍具有良好的低温韧性。

本发明的大热输入焊接用钢板，其化学组成按质量百分比为：C：0.03～0.12wt％、Si：0.10～0.30wt％、Mn：1.2～2.0wt％、P：≤0.015wt％、S：≤0.008％wt％、Al：≤0.03wt％、Cr：≤0.5wt％、Mo：≤0.5wt％、Nb：≤0.03wt％、Ti：0.005～0.03wt％、Ni：0.01～1.0wt％、Cu：0.01～1.0wt％、B：0.0001～0.003wt％、Ca：0.0001～0.008wt％、N：0.002～0.007wt％、O：0.001～0.006wt％，其余为Fe及不可避免的杂质。

所述钢板的碳当量Ceq＝C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14(％)≤0.40％。

本发明钢的基本成分范围限定理由说明：

C：是确保钢板强度所需的元素。C含量低于0.03％时，将不能保证高强度；若C含量高于0.12％时，会在大热输入焊接热影响区中形成大量M-A岛组织，焊接裂纹敏感性增加，降低HAZ韧性。

Si：是确保钢板强度及冶炼脱氧的元素。Si含量过低，则脱氧效果不能有效发挥，若过高则钢板的焊接热影响区脆化，故Si上限为0.3％。

Mn：可确保钢板强度并有利于韧性，Mn含量低于1.2％则不能保证钢板的高强度和良好韧性；含量高于2.0％时，大线能量焊接时HAZ韧性劣化。

P：是作为杂质混入的不可避免的元素，若超过0.015％则使钢板延伸率及韧性显著劣化，在冶炼成本能够承受的范围内应尽可能降低。