抗拉強度700MPa級大線能量焊接結構用鋼及其製造方法

2023-10-08 21:19:14

專利名稱：抗拉強度700MPa級大線能量焊接結構用鋼及其製造方法
技術領域：
本發明屬於金屬材料技術領域，尤其涉及一種抗拉強度700MI^級大線能量焊接結構用鋼及其製造方法。
背景技術：
隨著各種鋼結構件的大型化，人們對鋼的強韌性和焊接性提出更高的要求。為了提高焊接效率，採用大線能量焊接技術是不可避免的。傳統低合金高強度鋼(HSLA)的弊端是在強度提高的同時其衝擊韌性和焊接性顯著下降，在進行高熱能焊接時，焊接熱影響區 (HAZ區)的組織極易粗大，韌性惡化，故在提高鋼板強度的同時，確保鋼板在承受大線能量焊接的條件下HAZ區具有良好的韌性已成為近來低合金高強度鋼的研究方向。申請號為CN 200710052133. 3，名為「一種大線能量焊接低合金高強度鋼板及其製造方法」和申請號為CN200710052132. 9，名為「一種大線能量焊接高強度船板鋼及其製造方法」的中國專利所提供的技術方案中鋼板成分簡單，而且採用常規的高強度鋼板製造方法。 但是，根據其化學成分和工藝方法是無法獲得700MI^抗拉強度的，而且其韌性也不好。專利號為ZL02115877. 0，名為《大線能量低焊接裂紋敏感性系列鋼的生產方法》、 申請號為CN200710052135. 2，名為《一種大線能量焊接高強度海洋用鋼板及其製造方法》、 申請號為CN200710052134. 8，名為《一種大線能量焊接非調質高強度鋼板及其製造方法》、 專利號ZL01U8316. 5，名為《大線能量焊接非調質高韌性低溫鋼及其生產方法》、專利號為 CN200410017255. 5，名為《可大線能量焊接的超高強度厚鋼板及其製造方法》的中國專利均存在以下的一種或兩種以上問題(1)加入了冶煉時難以控制的B元素，B屬於輕元素，易形成碳化物和氮化物，在原奧氏體晶界偏聚形成降低鋼的韌性的B相；(2)所獲得的鋼板強度級別不高，抗拉強度在600MPa以下；(3)需要調質處理，增加了製造成本。

發明內容
本發明的目的在於克服上述現有技術的不足，從市場需求的角度出發，提供一種低成本、高強度、高韌性，抗拉強度為700MPa以上的大線能量焊接結構用鋼及其生產方法。本發明抗拉強度700MI^級大線能量焊接結構用鋼的化學成分含量(Wt% )為 C 0. 04 % 0. 08 %、Si 0. 05 % 0. 5 %、Mn 1. 40 % 1. 85 %、CrO. 2 % 0. 4 %、Nb 0. 010% 0. 060%、Ti 0. 005% 0. 03%、V 0. 02% 0. 04%、Cu 0. 10% 0. 30%、Ni 0. 10% 0. 40%、Mo 0. 10% 0. 30%、Zr 0. 0020% 0. 0050%、Al 0. 015% 0. 050%， 其餘為狗及不可避免的雜質元素。鋼中的雜質元素控制在P < 0. 025%, S ^ 0.015%, [N] < 0.0080%。從提高鋼種韌性和塑性的角度來看，雜質元素含量越低越好。本發明選擇的合金元素在抗拉強度700MPa級大線能量焊接結構用鋼中的主要作用在於
C 碳對鋼的強度、韌性、焊接性能影響很大。C含量低於0. 04%時難以獲得足夠的強度；碳高於0. 08%時，在生成組織中珠光體含量增加，使鋼的冷成型性能和韌性下降，同時由於成分進入包晶區，容易發生結晶器漏鋼事故和鑄坯表面質量缺陷，連鑄時難度增加。Si 矽是煉鋼脫氧的必要元素，也具有一定的強化作用，當含量低於0.05%時，難於獲得充分的脫氧效果；含量超過0.5%時，鋼的清潔度下降，韌性降低，可焊性差。Mn 錳是提高強度和韌性的有效元素，而且成本十分低廉，因此在本發明中把Mn 元素作為主要合金元素，但是Mn含量太高時，容易產生偏析缺陷，造成組織不均勻，影響冷成型性能。一般控制Mnl. 4% 1.85%。Nb 鈮是控軋控冷鋼中的重要元素，它能夠有效地延遲變形奧氏體的再結晶，阻止奧氏體晶粒長大，提高奧氏體再結晶溫度，細化晶粒，同時改善強度和韌性，而且具有強烈的析出強化作用，可以顯著地提高鋼的屈服強度。根據本發明的目的，控制NbO. 010% 0. 060%。Ti 鋼中加入鈦，具有二個方面的作用。一方面是為了固定鋼中的氮元素，形成氮化鈦質點，阻止鋼坯在加熱、軋制、焊接過程中晶粒的長大，改善母材和焊接熱影響區的韌性。另一方面，鈦能夠在鐵素體中析出TiC，在大幅度提高鋼的強度的同時，對鋼的塑性影響不大。根據本發明的目的，，控制Ti 0.005% 0.03%。Cu:銅不僅對焊接熱影響區硬化性及韌性沒有不良影響，又可使母材的強度提高， 並使低溫韌性大大提高，還可提高耐蝕性。但Cu含量高時，鋼坯加熱或熱軋時易產生裂紋， 惡化鋼板表面性能，必須添加適量的Ni以阻止這種裂紋的產生。在本發明中，將銅含量控制在0. 10%~ 0. 30%之間。Ni 鎳對焊接熱影響區硬化性及韌性沒有不良影響，又可使母材的強度提高，並使低溫韌性大大提高。其為貴重元素，導致鋼的成本大幅度上升，經濟性差。在本發明中添加 Ni元素的目的主要是阻止含Cu量高的鋼坯在加熱或熱軋時產生裂紋的傾向。故在本發明中將Ni含量控制在0. 10% 0. 40%之間。Cr 加入適量的Cr元素，以提高鋼的強度，從經濟性和焊接性考慮，在本發明中將 Cr含量控制在0. 2% 0. 4%。Mo 加入適量的Mo元素，以提高鋼的強度，從經濟性和焊接性考慮，在本發明中將 Mo含量控制在0. 10 % 0. 30 %。V :V與N在控軋過程中形成VN，具有抑制再結晶和析出強化的作用，提高鋼板的強度，含量過低，作用減弱，含量過高，增加成本，故將V控制在0. 02% 0. 040%。Zr 在冶煉過程中與鋼中的氧形成^ 的氧化物，在焊接過程中，奧氏體以其為形核核心形成針狀鐵素體，在大線能量焊接下，HAZ區具有良好衝擊韌性，鋼板具有良好的焊接性能。作為形核核心，其化學成分要求控制在0. 0020% 0. 0050%之間。Al 鋁是脫氧元素，可作為AlN形成元素，有效地細化晶粒，其含量不足0. 015 % 時，效果較小；超過0. 05%時，脫氧作用達到飽和；再高則對母材及焊接熱影響區韌性有害。本發明鋼的具體生產工藝如下冶煉工藝進行鐵水預處理，採用轉爐冶煉，通過頂吹或頂底複合吹煉，儘可能深脫碳；採用VD、RH、LF等進行精煉處理，Ca處理，結合鋼中S含量和出鋼量，餵Si-Ca線，控制硫化物形態，以提高延性和韌性，減小鋼板橫向和縱向性能差；連鑄採用電磁攪拌，減少元素偏析；軋制工藝採用控軋控冷(TMCP)技術，軋前加熱溫度為1150 1230°C，以保證獲得細小的奧氏體晶粒，能有相當量的Nb、V溶入奧氏體；採用兩階段控軋，再結晶區軋制溫度彡1000°C，未再結晶區軋制溫度為830 930°C ；軋後弛豫時間10 120s ；隨後加速冷卻，加速冷卻速度在3 30°C /S，最佳終冷溫度在380 500°C之間；最後空冷，並進行回火，回火溫度為600士30°C。本發明成分設計合理，工藝簡單，生產時不需要調質處理，採用TMCP工藝，提高了鋼的強度。本發明產品焊接性能優良，可以實現30 lOOKJ/cm的大線能量焊接，改善了焊接效率，焊接前不需預熱，焊接後不需熱處理，並且HAZ區具有很高的強韌性。本發明產品可以廣泛應用於工程機械、採挖機械、重型汽車、容器、舟橋、船舶、貨櫃及海洋設施等領域。
具體實施例方式下面通過實施例對本發明作進一步的描述。本發明實施例採用上述冶煉工藝冶煉，其化學成分如表1所示，其軋制工藝見表2，回火溫度為600°C，在Gleeble3800熱模擬儀上進行焊接熱模擬，線能量60KJ/ cm, -20 °C HAZ區的衝擊韌性及軋態力學性能如表3所示。表1本發明實施例鋼種的冶煉成分Wt %
權利要求
1.一種抗拉強度700MI^級大線能量焊接結構用鋼，其特徵在於所述鋼板的化學成分重量百分比為c 0. 04% 0. 08%, Si 0. 05% 0. 5%, Mnl. 40% 1. 85%, Cr 0. 2% 0.4%、Nb 0. 010% 0. 060%、Ti 0. 005% 0. 03%、V 0. 02% 0. 04%、Cu 0. 10% 0. 30%,Ni 0. 10% 0.40%、Mo0. 10% 0. 30%、Zr 0. 0020% 0. 0050%、A1 0.015% 0. 050%，其餘為!^e及不可避免的雜質，其中P彡0. 025%,S彡0. 015%, [N]彡0. 0080%。
2.—種權利要求1所述抗拉強度700MI^級大線能量焊接結構用鋼的製造方法，包括鐵水預處理、轉爐冶煉、精煉、連鑄和軋制，其特徵在於所述的軋制採用控軋控冷技術，軋前加熱溫度為1150 1230°C，採用兩階段控軋，再結晶區軋制溫度彡1000°C，未再結晶區軋制溫度為830 930°C，軋後弛豫時間10 120s，隨後加速冷卻，冷卻速度為3 30°C /S，終冷溫度為380 500°C，之後空冷，並進行回火，回火溫度600士30°C。
全文摘要
本發明提供一種抗拉強度700MPa級大線能量焊接結構用鋼及其製造方法，其成分C0.04％～0.08％、Si0.05％～0.5％、Mn1.40％～1.85％、Cr0.2％～0.4％、Nb0.010％～0.060％、Ti0.005％～0.03％、V0.02％～0.04％、Cu0.10％～0.30％、Ni0.10％～0.40％、Mo0.10％～0.30％、Zr0.0020％～0.0050％、Al0.015％～0.050％，其餘為Fe及不可避免的雜質。其製造方法包括冶煉、連鑄和軋制，軋前加熱溫度1150～1230℃，再結晶區軋制溫度≥1000℃，未再結晶區軋制溫度830～930℃，軋後弛豫時間10～120s，冷卻速度3～30℃/S，終冷溫度380～500℃，之後空冷並回火。本發明成分設計合理，工藝簡單，無需調質，產品焊接性能優良，焊前不需預熱，焊後不需熱處理，HAZ區具有很高的強韌性。
文檔編號C22C38/50GK102312173SQ20101021566
公開日2012年1月11日 申請日期2010年6月29日 優先權日2010年6月29日
發明者侯華興, 傅博, 劉明, 張哲 , 張濤, 敖列哥, 楊穎 , 王紅巖, 趙寶純, 郝森 申請人:鞍鋼股份有限公司