一種大線能量焊接低合金高強度鋼板及其制造方法

專利名稱：一種大線能量焊接低合金高強度鋼板及其制造方法
技術領域：
本發明屬于低合金高強度鋼技術領域。尤其涉及一種大線能量焊接低合金高強度鋼板及其制造方法。
背景技術：
近三十年來，為提高大型工程結構的焊接效率，保證其使用的安全可靠性，焊接效率高的單面埋弧焊、氣電焊、電渣焊等大線能量焊接技術相繼被采用，這給傳統的低合金高強度鋼帶來了新的問題，即焊接粗晶熱影響區(HAZ)的強度和韌性變差，且易產生焊接冷裂紋等缺陷。因此，HAZ韌性的改善成為低合金高強度鋼大線能量焊接研究和開發的熱點和重點。
大線能量焊接條件下低合金高強度鋼(抗拉強度為600 1000MPa)的組織轉變行為與控制必須充分綜合考慮母材及其焊接熱影響區組織的形成過程及其控制方法。因為大焊接熱輸入條件下的焊接熱影響區組織的粗化、熱影響區的軟化以及由此而造成的焊接熱影響區的脆化和接頭強度的降低是低合金高強度鋼焊接中的主要問題。
為此，國內外對低合金高強度鋼的焊接熱影響區組織性能特征、奧氏體晶粒長大動力學等方面進行了大量的研究與探索，研究和設計出新的大線能量焊接條件下高強度鋼及其制造方法。如大線能量低焊接裂紋敏感性系列鋼及其生產方法"(ZL02115877.0)、"高性能耐火耐候建筑用鋼及其生產方法"(ZL01133562.9)、"大線能量焊接非調質高韌性低溫鋼及其生產方法"(ZL01128316.5 )、大線能量焊接高韌性抗鋅液腐蝕用鋼及其生產方法(ZL01128476.5)、"一種可大線能量焊接的厚鋼板及制造方法"(CN200510023216.0)、"大線能量焊接水電站壓力管用鋼及其生產方法"(CN200510019165.4)、"可大線能量焊接的超高強度厚鋼板及其制造方法"(ZL200410017255.5)和"大線能量低焊接裂紋敏感性系列鋼及其生產方法"(ZL02115877.0)等專利技術，存在如下問題
1、 焊接線能量低， 一般為50 150kJ/cm;
2、 Si含量較高，因較高含量的Si會促進M/A的形成，降低HAZ的韌性；
3、 含有昂貴金屬釩，使產品的成本提高；
4、 有的采用調質工藝生產，因而生產過程復雜、環節多、生產成本高，由于采用調質工藝生產，含碳量一般來講比非調質工藝要高，不利于抗更大的線能量焊接和實現控制軋制和控制冷卻以及機械熱處理工藝(TMCP);
35、鋼中含有稀土元素，稀土元素為非常活潑的元素，不容易控制，而且容易污染鋼水，不利于產品質量的提高。

發明內容
本發明的目的是提供一種化學成分簡單、易于控制、生產成本低、工藝過程簡單的大線能量焊接低合金高強度鋼板的制造方法；用該方法制造的鋼板焊接質量高、裂紋敏感性低和抗拉強度高。
為實現上述目的，本發明采用的技術方案是鑄坯的化學成分及其含量是C為0.01 0.18wt%， Si為0.05 0.60wtW， Mn為1.50 2.50wt% ， Ni為0.10 1.50wt% ， Cu為0.10 1.50wt%， Als為0.001 0.060wt^， Nb為0.01 0.08wt^， N為0.002 0.012wtX ， B為0.0001 0.003wt%， P<0.015wt%， S<0.010wt%, ZrO2為0.1 0.9wt^，其余為Fe及不可避免的雜質。其中，ZrO2的粒度為10 50納米。
該鋼板的制造工藝是采用轉爐或者電弧爐將鐵水、或廢鋼、或鐵水與廢鋼經煉鋼后進行精煉，根據板坯的化學成分加入合金元素，然后進行連鑄和熱軋。
其熱軋工藝是先將鑄坯加熱至1100 1250'C，均熱2 4小時，再進行熱軋，軋制成20 100mm厚的鋼板，然后以5 25'C/s的冷卻速度在線冷卻即可。
由于采用上述技術方案，本發明加入合金元素、尤其加入粒度為10-50納米的ZrO2，在大
線能量焊接條件下的焊接熱影響區既可作為針狀鐵素體的形核劑，以阻止奧氏體組織的長大
與粗化，既可作為鋼液凝固的孕育劑，不僅有利于形成細小的鑄態組織，又有利于在凝固、
軋制以及焊接過程中組織的長大與粗化。
本發明具有化學成分簡單、易于控制、生產成本低和工藝過程簡單的特點。所制造的鋼
板的抗拉強度為600 1000MPa，在150 800kJ/cm的線能量下進行焊接，焊接后可不進行熱處理，焊接HAZ的沖擊功不低于母材沖擊功的2/3。因此，該鋼板焊接質量高、裂紋敏感性低、抗拉強度高，可有效地降低焊接施工強度，提高焊接質量，減少制造成本，節約資源和能源,適合埋弧焊、氣保焊、氣電焊、電渣焊的各種焊接。
本發明制備的鋼板適用原油儲罐、建筑、船舶軍艦等大型結構、設備、設施等，尤其適用于強度高、厚度大和抗大線能量焊接。
具體實施例方式
下面結合具體實施方式
對本發明作進一步描述，并非對本發明保護范圍的限制實施例1一種大線能量焊接低合金高強度鋼板及其制造方法。該鑄坯的化學成分及其含量是C 為0.01 0.18wtX ， Si為0.05 0.60wtX ，Mn為1.50 2.50wt^ ，Ni為0.10 1.50wt^ ，Cu為0.10 1.50wt%， Als為0.001 0.060wtW， Nb為0.01 0.08wtX ， N為0.002 0.012wt^ ， B為0.0001 0.003wt%， P<0.015wt%， S<0.010wt%， ZrO2為0.10 0.40wtX，其余為Fe及不可避免的 雜質；其中ZrO2的粒度為10 30納米。
本實施例l的制造工藝是采用轉爐將鐵水經煉鋼后進行精煉，根據鑄坯的化學成分加入 合金元素，然后進行連鑄和熱軋。熱軋工藝是先將鑄坯加熱至1150 1200'C,均熱2.5 3.5 小時，再軋制成50 70mm厚的鋼板，然后以5 15'C/s的冷卻速度在線冷卻。
本實施例l所制造的鋼板的抗拉強度為600 700MPa，可在150 800kJ/cm的線能量下進 行焊接，焊接后不需進行熱處理，焊接HAZ的沖擊功不低于母材沖擊功的2/3。 實施例2
一種大線能量焊接低合金高強度鋼板及其制造方法。該鑄坯的化學成分及其含量是C 為0.01 0.18wtX，Si為0.05 0.60wtX，Mn為1.50 2.50wt^,Ni為0.10 1.50wt^，Cu為0.10 1.50wt%, Als為0.001 0.060wt^， Nb為0.01 0.08wtX， N為0.002 0.012wt^， B為0.0001 0.003wt%， P<0.015wt%， S<0.010wt%， ZrO2為0.60 0.90wtX，其余為Fe及不可避免的 雜質；其中ZrO2的粒度為20 40納米。
本實施例2的制造工藝是采用電弧爐將廢鋼經煉鋼后進行精煉，根據鑄坯的化學成分加 入合金元素，然后進行連鑄和熱軋。熱軋工藝是先將鑄坯加熱至1200 125(TC，均熱2.0 3.0小時，再軋制成70 100mm厚的鋼板，然后以15 25"/s的冷卻速度在線冷卻即可。
本實施例2所制造的鋼板的抗拉強度為900 1000MPa，可在600 800kJ/cm的線能量下進 行焊接，焊接后不需進行熱處理，焊接HAZ的沖擊功不低于母材沖擊功的2/3。 實施例3
一種大線能量焊接低合金高強度鋼板及其制造方法。該鑄坯的化學成分及其含量是C
為0.01 0.18wtX ， Si為0.05 0.60wtX ， Mn為1.50 2.50wt% ，Ni為0.10 1.50wtX ， Cu為0.10 1.50wt%， Als為0.001 0.060wtX， Nb為0.01 0.08wtX， N為0.002 0.012wt^， B為0.0001 0.003wt%， P<0.015wt%, S<0.010wt%， ZrO2為0.40 0.60wt^,其余為Fe及不可避免的雜 質；其中ZrO2的粒度為30 50納米。
本實施例3的制造工藝是采用轉爐將鐵水與廢鋼經煉鋼后進行精煉，根據鑄坯的化學成 分加入合金元素，然后進行連鑄和熱軋。熱軋工藝是先將鑄坯加熱至1100 115(TC，均熱
53.0~4.0小時，再軋制成20 50mm厚的鋼板，然后以5 15'C/s的冷卻速度在線冷卻即可。
本實施例3所制造的鋼板抗拉強度為700 800MPa，可在400 600kJ/cm的線能量下進行 焊接，焊接后不需進行熱處理，焊接HAZ的沖擊功不低于母材沖擊功的2/3。
本具體實施方式
具有化學成分簡單、易于控制、生產成本低和工藝過程簡單的特點。所 制造的鋼抗拉強度為600 1000MPa，在150 800kJ/cm的線能量下進行焊接，焊接后可不進 行熱處理，焊接HAZ的沖擊功不低于母材沖擊功的2/3。因此，該鋼板組織細小、焊接質量高、 裂紋敏感性低、抗拉強度高，可有效地降低焊接施工強度，提高焊接質量，減少制造成本， 節約資源和能源。適合埋弧焊、氣保焊、氣電焊、電渣焊的各種焊接。尤其適用大型貨柜船 板和LPG船體等低合金高強度、在400 800kJ/cm的線能量輸入的造船用厚鋼板。
本具體實施方式
所制造的鋼板可廣泛適用原油儲罐、建筑用鋼、船舶軍艦等大型結構、
設備、設施等，尤其適用于強度高、厚度大和抗大線能量焊接。
權利要求
1、一種大線能量焊接低合金高強度鋼板的制造方法，其特征在于鑄坯的化學成分及其含量是C為0.01～0.18wt％，Si為0.05～0.60wt％，Mn為1.50～2.50wt％，Ni為0.10～1.50wt％，Cu為0.10～1.50wt％，Als為0.001～0.060wt％，Nb為0.01～0.08wt％，N為0.002～0.012wt％，B為0.0001～0.003wt％，P＜0.015wt％，S＜0.010wt％，ZrO2為0.1～0.9wt％，其余為Fe及不可避免的雜質；該鋼板的制造工藝是采用轉爐或者電弧爐將鐵水、或廢鋼、或鐵水與廢鋼經煉鋼后進行精煉，根據板坯的化學成分加入合金元素，然后進行連鑄和熱軋。
2、 根據權利要求l所述的大線能量焊接低合金高強度鋼板的制造方法，其特征在于所述 的ZrO2的粒度為10 50納米。
3、 根據權利要求l所述的大線能量焊接低合金高強度鋼板的制造方法，其特征在于所述 的熱軋工藝是先將鑄坯加熱至1100 1250'C，均熱2 4小時，再進行熱軋，軋制成20 100mm 厚的鋼板，然后以5 25'C/s的冷卻速度在線冷卻即可。
4、 根據權利要求1 3項中任一項所述的大線能量焊接低合金高強度鋼板的制造方法所制 造的大線能量焊接低合金高強度鋼板。
全文摘要
本發明涉及一種大線能量焊接低合金高強度鋼板及其制造方法，其技術方案是鑄坯的化學成分及其含量是C為0.01～0.18wt％，Si為0.05～0.60wt％，Mn為1.50～2.50wt％，Ni為0.10～1.50wt％，Cu為0.10～1.50wt％，Als為0.001～0.060wt％，Nb為0.01～0.08wt％，N為0.002～0.012wt％，B為0.0001～0.003wt％，P＜0.015wt％，S＜0.010wt％，ZrO₂為0.1～0.9wt％，其余為Fe及不可避免的雜質。該鋼板的制造工藝是將鐵水、或廢鋼、或鐵水與廢鋼經煉鋼后進行精煉，根據鑄坯的化學成分加入合金元素，然后進行連鑄和熱軋。本發明具有化學成分簡單、易于控制、成本低和工藝過程簡單的特點；所制造的鋼板焊接質量高、裂紋敏感性低和抗拉強度高。
文檔編號C22C38/16GK101660094SQ20091006399
公開日2010年3月3日 申請日期2009年9月15日 優先權日2009年9月15日
發明者萬響亮, 吳開明, 林 成, 陶學理 申請人:武漢科技大學