[发明专利]高强度大线能量焊接用厚钢板

说明书

技术领域

本发明涉及大线能量焊接用厚钢板及其制造方法，特别是涉及600MPa级高强度低成本大线能量焊接用厚钢板及其制造方法。

背景技术

低合金高强钢是工程应用领域使用量最大的结构材料之一，广泛应用于石油天然气管线、造船、桥梁、高层建筑、压力容器，石油储罐等行业。为了提高生产效率，上述行业对钢板的焊接性，尤其是大线能量焊接性的要求越来越高，但大线能量焊接极易造成焊缝及其周围的焊接热影响区(HAZ)的韧性严重恶化，使得焊接接头容易发生脆断。对于传统的钢板如微合金钢而言，其实际焊接时的线能量一般不超过50kJ/cm，多数在30kJ/cm以下。在此情况下，HAZ韧性恶化问题并未完全表现出来，而当焊接线能量达到一定水平，如100kJ/cm以上甚至更高时，传统的低合金钢就很难满足焊接要求了，这就需要解决大线能量焊接HAZ脆化问题。

从焊接热循环角度看，在大线能量焊接过程中，HAZ附近的温度可达1400℃甚至更高，高温停留时间以及t8/3(温度从800℃冷却到300℃所需时间)冷却时间大大延长，这就造成奥氏体晶粒显著长大，在随后的缓慢冷却过程中形成粗大的对韧性不利的组织，如晶界处粗大的晶界铁素体、侧板条铁素体、魏氏组织、M-A(马氏体-奥氏体)岛等。

解决大线能量焊接HAZ脆化问题可采用不同的方法。早在上世纪70年代，日本新日铁公司就采用TiN钉扎奥氏体晶粒技术(US3904447)较好地解决了大线能量焊接HAZ韧性恶化问题，但随着焊接线能量增加，传统的TiN技术难以满足用户要求。上世纪90年代末，日本新日铁公司历经10年开发出所谓的氧化物冶金技术(US4629505)可满足更大线能量焊接要求。

已有的大线能量焊接用钢板专利文献，如CN1946862A、CN1338528A、CN101050502A、CN101050504A等都含有合金元素Nb，其主要目的是提高母材钢板的强度和韧性。实际上，Nb的添加对钢的大线能量焊接性是不利的，只是在焊接线能量较小时(<100kJ/cm)，这种不利作用表现不明显而已。

CN101050504A和CN101407893A虽然声称大线能量焊接后HAZ低温韧性优良，但并未给出焊接热模拟或实物焊接工艺条件。而CN101045976A、CN101153370A、CN101407893A、CN1932064A等焊接线能量都比较低，均在50-150kJ/cm之间。

发明内容

本发明的主要目的是通过对钢的化学成分进行合理设计，采用传统的热机械控制轧制工艺生产出一种600MPa级高强度低成本且具有优异的大线能量焊接低温韧性的厚钢板。在传统的Ti微合金钢的成分基础上，只加入少量的合金元素Cr和B，即可实现低成本制造出高强度大线能量焊接用钢板。

为实现上述目的，本发明的高强度大线能量焊接厚钢板，其化学成分（重量%）为C：0.07-0.10%，Si：0.05-0.15%，Mn：1.5-1.8%，P≤0.01%，S≤0.005%，Al：0.02-0.10%，N：0.006-0.02%，Ti：0.005-0.015%，Cr：0.1-0.25%，B：0.0015-0.0025%，其余为Fe以及其它不可避免的杂质。

本发明的另一个目的是提供上述高强度大线能量焊接厚钢板的制造方法，该方法包括：转炉或电炉冶炼→真空炉二次精炼→铸坯(锭)→钢坯(锭)再加热→TMCP+快速冷却工艺→钢板。

其中钢坯（锭）再加热温度为11 00-1200℃，保温时间为1-2小时；

开轧温度为1000-1070℃；

在未再结晶温度（Tnr）以上多道次大压下且累计变形量≥50%进行轧制；

随后中间坯待温至Tnr以下，然后进行最后2-3个道次轧制；

在接近铁素体析出开始温度之上以10-20℃/s的冷速冷却至300℃以下。

本发明专利没有添加Nb元素，可以大大降低成本，不加Nb引起的强度损失可以通过添加其他微量的其他合金元素得以补偿，同时还能保证钢板具有良好的大线能量焊接性。采用焊接热模拟的方法评定钢板的HAZ韧性时，焊接热模拟时的峰值温度非常重要。由于HAZ最薄弱的部位处的峰值温度通常在1 400℃以上，所以本发明焊接热模拟时的峰值温度设定为更能代表大线能量焊接过程的1 400℃。而t8/3冷却时间则根据焊接过程温度场的Rosenthal经典公式计算，最长冷却时间近2000s。采用上述焊接热模拟工艺可以更好地模拟气电立焊、电渣焊等单道次大线能量焊接过程。