[发明专利]一种高焊接性能的低温耐候钢板及其生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种焊接性能优良的低温耐候钢板及其生产方法，属耐候钢及其制造技术领域。

背景技术

近年来中厚板在建筑、桥梁、造船和容器等大型钢结构领域得到了广泛应用；除了强度和冲击韧性指标外，建筑和桥梁用中厚钢板还对耐大气腐蚀、焊接性等方面提出了更苛刻的要求。由于普通钢结构维护成本高，因此无涂漆的耐候性钢板在建筑结构领域得到了广泛关注；耐候性钢板在无涂漆的状态下，经过长年的使用后，表面会形成保护性的锈层，可以抑制腐蚀，从而大大降低了钢结构的运行和维护成本。同时，为提高焊接效率，大热输入量焊接方法被不断引入到焊接装配加工中，比如输入热量高达100-250kJ/cm的多丝埋弧焊、气电立焊等正在被引入到建筑和桥梁制造中。

现有专利如专利公开号为CN101845602A，CN102021494提出了一种高性能建筑结构用钢及其制造方法，为了保证钢板的耐候性，采用了普通的Cu+Ni+Cr合金化处理，钢中Mn含量>1.00%，容易造成钢中产生带状组织，有损钢的韧性，且采用高Al成分（>0.035%），会导致铝的氧化物夹杂增加，降低钢的纯净度，不利于钢的韧性和耐候性，同时高含量Cr的加入不利于焊接性能。

专利CN101235470A，CN102994875A，具有较高的强度和良好的低温冲击韧性，但其耐腐蚀性能和焊接性能一般。

专利CN101376953B，CN102127717A，CN101994063A，CN101994064A，CN102409253A和CN101792888A报道的钢种其耐腐蚀性能较高，但产品均为厚度较薄的卷板，且其成分中Cr含量都高于2%，一方面影响了钢板的低温韧性，另一方面也恶化了焊接性能；此外在氯化物含量较高的环境下，Cr元素水解时会降低腐蚀顶端的PH值，使得作为铁锈成分的氢氧化铁和羟基氧化铁的溶解度升高，从而降低了锈层对基体的保护作用。

专利CN102168229提出了可用于建筑结构和桥梁等钢结构的耐候钢板及其制造方法，但成分中含有B元素，容易在晶界处产生偏析，造成连铸坯表面裂纹，影响钢板质量；另外，其低温冲击局限在-40℃，不适合在某些严寒地区及对低温韧性要求严格的环境下使用，且其焊接性能未知。中国专利CN101864538B提出了一种经济型无Ni耐候钢，但其低温冲击性能一般，耐候性能也有限。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种焊接性能优良的低温耐候钢，该耐候钢同时具备优异焊接性能和低温冲击韧性，耐腐蚀能力是普通钢种提高2倍以上，既适用于一般含盐量较低的大气环境，又适用于含盐量高的恶劣环境，钢板低温冲击韧性优异，-40℃冲击韧性≥280J，-60℃冲击韧性≥240J，并且该耐候钢焊接性能优良，在焊接热输入量150kJ/cm条件下，焊接热影响区-40℃冲击韧性≥100J。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

一种高焊接性能的低温耐候钢板，以重量百分比计其化学成分组成为：C0.02～0.06，Si≤0.15，Mn0.40～0.80，P0.001～0.01，S≤0.004，Cu0.20～0.60，Ni1.2～5.0，Ti0.01～0.02，Al<0.01，Mo0.10～0.50，Zr0.003～0.008，W0.02～0.2，Sn0.001～0.004，余量为铁及不可避免的杂质。

钢板为细晶粒铁素体组织，晶粒尺寸≤10μm，其屈服强度≥450MPa，抗拉强度为≥550MPa，延伸率≥26%，-40℃冲击韧性≥280J，-60℃冲击韧性≥240J。

钢板中含有体积含量约为3×10⁵/mm³且尺寸≤0.5μm的含Ti和Zr氧化物粒子，使得钢板在焊接热输入量为150kJ/cm条件下，热影响区的-40℃冲击韧性≥100J。

本发明的成分设计主要基于以下原理：

C元素是合金钢中不可缺少的元素，能有效提高钢的强度，但过高的C含量会恶化焊接性，增加冷裂倾向，并且会促进碳化物组织形成，降低钢的耐大气腐蚀性能，所以C含量不宜过高，控制在0.02～0.06%。

Si具有固溶强化的作用，提高钢的强度，提高耐大气腐蚀性能；但含量超过0.15%时，在线能量焊接条件下，会促进焊接粗晶区马奥岛的产生，降低热影响区的低温冲击性能，从而恶化冲击性能。