[发明专利]大热输入焊接热影响区低温韧性优异的钢板及其生产方法

说明书

技术领域

本发明属于低合金低温用钢中厚板制造领域，特别涉及一种大热输入焊接热影响区低温韧性优异的钢板及其生产方法。

背景技术

钢板在焊接过程中，其组织和性能，尤其是焊接热影响区的组织和性能，会发生变化。通常当焊接热输入达到50～150kJ/cm时，焊接热影响区的韧性会急剧恶化，甚至低于母材的标准要求值。

目前普通的船舶、海洋平台等领域用钢可承受的焊接线能量约为30～40kJ/cm，而为充分保证焊接结构的安全(主要是防止钢板焊接热影响区的低温韧性恶化)，实际工程建造实践中应用的焊接热输入为25～30kJ/cm。按照传统的焊接方法，对于30mm厚板，焊接热输入30kJ/cm的埋弧焊需要7道次完成焊接；而热输入150～200kJ/cm的埋弧焊或者气电立焊可单道次完成焊接。可见，传统的焊接方法生产效率低，相应会造成工期长、建造成本高。

对于普通钢板来说，大线能量焊接技术会带来如下两个问题：1)焊接热影响区(HAZ)的韧性恶化；2)焊接冷裂纹敏感性加大，给现场焊接施工带来困难。

为了提高大热输入焊接条件下焊接热影响区的韧性，通常采用的方法是TiN技术和氧化物冶金技术。TiN技术的思想是通过精确控制两者的比例，从而在钢板中制御出一定尺寸和数量的TiN或粒子，利用其高温稳定较好的特点，通过抑制焊接热影响区在高温停留阶段奥氏体的长大，从而提高热影响区的韧性。但一般认为焊接热输入100kJ/cm是TiN技术路线提高钢板焊接性能的极限，因为当热输入超过100kJ/cm的水平后，焊接热影响区熔合线旁位置的温度可高达1400～1450℃，此时大部分的TiN粒子会发生溶化，因而会失去其在高温下抑制奥氏体长大的效果，从而对焊接热影响区低温冲击韧性不利。

早期的低温钢种，一般都会在基体中加入一定量的Ni以提高低温韧性，如专利特开平2-250917和特开平3-264614；但Ni的添加使钢板的成本大幅提升，生产成本增加。近年来，随着轧制技术的进步，不添加贵重合金元素Ni，如专利CN100463994C(对比例1)和CN101812639A(对比例2)利用TiN技术可把钢板的焊接热输入提高到120kJ/cm的水平，热输入虽然有所提高，但并没有达到当前生产的需求。

采用氧化物冶金技术的上述专利钢种可把钢种的焊接热输入提高到400～600KJ/cm的水平，如特开2005-298900、特开2007-327100、特开2010-77494、CN 101918607A、CN100519809C和CN 100447278C。虽然焊接性能得到了提高，但该技术钢种冶炼难度大，钢种质量和性能受脱氧前钢液中氧含量、合金添加量、添加方式、温度控制等多种因素的影响、且成分和温度控制窗口窄，稍有偏差，钢板的焊接性能会产生非常大的波动，导致产品合格率低，给该类钢种的市场应用带来了困难。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是在不添加贵重元素Ni/Cr/Mo，通过简单低成本的成分设计和先进的TMCP-AcC轧制工艺(省去直接淬火、缓冷等制造工序)，实现钢板的屈服强度≥390MPa，抗拉强度≥510MPa，-40℃夏比冲击功≥183J，钢板的焊接热影响区在热输入200kJ/cm下-20℃夏比冲击功≥179J。在保证优异的母材性能的基础上，同时提高了大热输入焊接热影响区的低温韧性。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

本发明提供的大热输入焊接热影响区低温优异的低温钢板，该钢板的化学成分按重量百分比为：C 0.03～0.06％、Si 0.05～0.15％、Mn 1.30～1.60％、Nb 0.007～0.015％、Ti 0.007～0.017％、Al≤0.02％、N 0.0035～0.0060％、P≤0.009％、S≤0.0052％，以及余量的Fe和杂质元素，同时满足，Ti/N比值为2.0～3.0。

以下对本发明中所含组分的作用及用量选择作具体说明：

C：直接影响钢板的强度、低温韧性以及焊接性能；从降低钢板碳当量从而改善焊接性能来说，C含量越少越好；同时C含量的减少也会提高钢板的低温冲击韧性；但是C含量过低(＜0.02％)会造成钢板强度的降低；而高于0.08％母材韧性和HAZ韧性会降低。因此C含量选择在0.03～0.06％。