一種可大熱輸入焊接550MPa級(jí)鋼板及其制造方法
【專利摘要】一種可大熱輸入焊接550MPa級(jí)鋼板及其制造方法，其成分重量百分比為：C0.04～0.08％、Si≤0.10％、Mn1.30～1.60％、P≤0.013％、S≤0.003％、Cu0.05～0.30％、Ni0.25～0.55％、B0.0015～0.0030％、Ti0.008～0.016％、Nb0.015～0.030％、N0.0040～0.0080％、Al≤0.010％、Ca0.001～0.004％、其余為Fe和不可避免的夾雜。本發(fā)明采用超低碳C－超低Si－高M(jìn)n－Nb系低合金鋼作為基礎(chǔ)，減少鋼中Al含量、Ti-B微合金化、0.25≤B/N≤0.4，Ca/S比1.0～3.0及Ca×S0.28≤1.0×10－3，優(yōu)化TMCP工藝。鋼板屈服強(qiáng)度≥465MPa、抗拉強(qiáng)度550～650MPa、-60℃的夏比沖擊功(單個(gè)值)≥100J、可大熱輸入焊接性的鋼板，大熱輸入鋼板焊接熱影響區(qū)-40℃的夏比沖擊功(單個(gè)值)≥100J。
【專利說明】一種可大熱輸入焊接550MPa級(jí)鋼板及其制造方法 【技術(shù)領(lǐng)域】
[〇〇〇1] 本發(fā)明涉及低碳（高強(qiáng)度）低合金鋼及其制造方法，特別涉及一種可大熱輸入焊 接550MPa級(jí)鋼板及其制造方法，該鋼板屈服強(qiáng)度彡465MPa、抗拉強(qiáng)度550?650MPa、-60°C 的夏比沖擊功（單個(gè)值100J、可大熱輸入焊接性的鋼板，大熱輸入鋼板焊接熱影響 區(qū)-40°C的夏比沖擊功（單個(gè)值）彡100J。 【背景技術(shù)】
[0002] 眾所周知，低碳（高強(qiáng)度）低合金鋼是最重要工程結(jié)構(gòu)材料之一，廣泛應(yīng)用于石油 天然氣管線、海洋平臺(tái)、船舶制造、橋梁結(jié)構(gòu)、鍋爐壓力容器、建筑結(jié)構(gòu)、汽車工業(yè)、鐵路運(yùn)輸 及機(jī)械制造之中。低碳（高強(qiáng)度）低合金鋼性能取決于其化學(xué)成分、制造過程的工藝制度， 其中強(qiáng)度、韌性和焊接性是低碳（高強(qiáng)度）低合金鋼最重要的性能，它最終決定于成品鋼材 的顯微組織狀態(tài)。隨著科技不斷地向前發(fā)展，人們對(duì)鋼的強(qiáng)韌性、焊接性提出更高的要求， 即在維持較低制造成本的同時(shí)大幅度地提高鋼板的綜合機(jī)械性能和使用性能，以減少鋼材 的用量而節(jié)約成本，減輕鋼構(gòu)件自身重量、穩(wěn)定性和安全性。
[0003] 目前世界范圍內(nèi)掀起了發(fā)展新一代高性能鋼鐵材料的研究高潮，通過合金組合設(shè) 計(jì)、革新控軋/TMCP技術(shù)及熱處理工藝獲得更好的顯微組織匹配，從而使鋼板得到更優(yōu)良 強(qiáng)韌性、強(qiáng)塑性匹配、耐海水腐蝕性、更優(yōu)良的焊接性及抗疲勞性能。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)在制造屈服強(qiáng)度彡420MPa、-60 °C的低溫沖擊韌性彡34J的厚鋼板 時(shí)，一般要在鋼中添加一定量的Ni或Cu+Ni元素（彡0.30% )，如（TheFirth(1986) international Symposium and Exhibit on Offshore Mechanics and Arctic Engineering, 1986, Tokyo, Japan, 354 DEVELOPMENTS IN MATERIALS FOR ARCTIC OFFSHORE STRUCTURES^； "Structural Steel Plates for Arctic Use Produced by Multipurpose Accelerated Cooling System"（日文），川崎制鐵技報(bào)，1985，No. 1 68 ?72 ;"Application of Accelerated Cooling For Producing360MPa Yield Strength Steel plates of up to 150mm in Thickness with Low Carbon Equivalent"，Accelerated Cooling Rolled Steel，1986， 209 ?219 ;"High Strength Steel Plates For Ice - Breaking Vessels Produced by Thermo - Mechanical Control Process"，Accelerated Cooling Rolled Steel，1986, 249 ? 260 ;"420MPa Yield Strength Steel Plate with Superior Fracture Toughness for Arctic Offshore Structures"，Kawasaki steel technical report，1999，No. 40,56 ;"420MPa and500MPa Yield Strength Steel Plate with High HAZ toughness Produced by TMCP for Offshore Structure"，Kawasaki steel technical report，1993，No. 29,54 "'Toughness Improvement in Bainite Structure by Thermo-Mechanical Control Process" （日文） 住友金屬，Vol. 50, No. 1(1998)，26;"冰海地區(qū)使用的海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)用鋼板"（日文），鋼 鐵研究，1984,第314號(hào)，19?43)，以確保母材鋼板具有優(yōu)異的低溫韌性，采用<50KJ/cm 的熱輸入焊接時(shí)，熱影響區(qū)HAZ的韌性也能夠達(dá)到-60°C Akv > 34J ;但是采用超大熱輸 入（> lOOKJ/cm)焊接時(shí)，焊接熱影響區(qū)（HAZ)的低溫韌性一般比較難以達(dá)到，熱影響區(qū) (HAZ)低溫韌性發(fā)生嚴(yán)重劣化。
[0005] 大量專利文獻(xiàn)只是說明如何實(shí)現(xiàn)母材鋼板的低溫韌性，對(duì)于如何在焊接條件下， 獲得優(yōu)良的熱影響區(qū)（HAZ)低溫韌性說明的較少，尤其采用超大熱輸入焊接時(shí)如何保證 熱影響區(qū)（HAZ)的低溫韌性少之又少，且為了保證鋼板的低溫韌性，鋼中一般均加入一定 量的Ni或Cu+Ni元素，鋼板超大熱輸入焊接熱影響區(qū)（HAZ)低溫韌性也很少能夠達(dá)到一 60°C，如（日本專利昭 63 - 93845、昭 63 - 79921、昭 60 - 258410、特平開4 一 285119、特平 開 4 - 308035、平 3 - 264614、平 2 - 250917、平 4 - 143246、美國(guó)專利 US Patent4855106、 US Patent5183198、US Patent4137104)。
[0006] 目前改善超大熱輸入焊接鋼板熱影響區(qū)（HAZ)低溫韌性的只有日本新日鐵公司 采用氧化物冶金技術(shù)（US Patent4629505、W0 01/59167A1)，即在大熱輸入焊接過程中，在熔 合線附近，由于長(zhǎng)時(shí)間高溫作用，TiN粒子發(fā)生溶解而失去作用，Ti 203比TiN更加穩(wěn)定，即使 到達(dá)鋼的熔點(diǎn)，也不會(huì)發(fā)生溶解。Ti20 3粒子可成為奧氏體晶內(nèi)針狀鐵素體形核位置，促進(jìn) 奧氏體晶內(nèi)針狀鐵素體（acicular ferrite - AF)形核，有效地分割?yuàn)W氏體晶粒，細(xì)化HAZ 組織，形成高強(qiáng)高韌性的針狀鐵素體組織。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于提供一種可大熱輸入焊接550MPa級(jí)鋼板及其制造方法，該鋼 板屈服強(qiáng)度彡465MPa、抗拉強(qiáng)度550?650MPa、-60°C的夏比沖擊功（單個(gè)值）彡100J、可大 熱輸入焊接性的鋼板，大熱輸入鋼板焊接熱影響區(qū)_40°C的夏比沖擊功（單個(gè)值）> 100J。
[0008] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：
[0009] 可大熱輸入焊接的低溫結(jié)構(gòu)用鋼板是厚板產(chǎn)品中難度較大的品種之一，其原因是 該類鋼板不僅要求超低C、低碳當(dāng)量Ceq、高強(qiáng)度、優(yōu)良的低溫韌性及抗疲勞性能，而且鋼板 還要能夠承受大熱輸入焊接，焊接熱影響區(qū)低溫沖擊韌性優(yōu)良；但是這些性能要求很難同 時(shí)滿足。超低C、低碳當(dāng)量Ceq與高強(qiáng)度在成分設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)上相互沖突，很難調(diào)和，即降 低C含量、碳當(dāng)量Ceq的同時(shí)，很難實(shí)現(xiàn)鋼板的高強(qiáng)度；在提高強(qiáng)度的同時(shí)，很難實(shí)現(xiàn)鋼板優(yōu) 良的焊接性，尤其大熱輸入焊接性。如何平衡高強(qiáng)度、低溫韌性及大熱輸入焊接性是本發(fā)明 產(chǎn)品最大的難點(diǎn)之一，也是關(guān)鍵核心技術(shù)。
[〇〇1〇] 因此，本發(fā)明在關(guān)鍵技術(shù)路線、成分和工藝設(shè)計(jì)上，綜合了影響鋼板高高強(qiáng)度、優(yōu) 良的低溫韌性、及大熱輸入焊接性等關(guān)鍵因素，成功地避開了新日鐵公司專利的技術(shù)封鎖 (氧化鈦冶金技術(shù)及氧化鎂冶金技術(shù)），從合金設(shè)計(jì)入手，采用超低碳C 一超低Si -高Μη - Nb系低合金鋼作為基礎(chǔ)，盡可能減少鋼中Α1的含量、Ti-B微合金化、0. 25 < Β/Ν < 0. 45、 [1. 17(% Si)+6. 77(% Al)+2. 12(% Nb)+0. 13(% Μη)] X (% C)彡 0· 053、Ca 處理且 Ca/S 比控制在1. 0?3. 0之間及CaXS°_28彡1. OX 10 -3,優(yōu)化TMCP工藝，使成品鋼板的顯微組 織為少量的鐵素體+彌散分布的貝氏體，顯微組織平均晶粒尺寸在10 μ m以下，在獲得均勻 優(yōu)異的母材鋼板低溫韌性的同時(shí)，大熱輸入焊接時(shí)HAZ的低溫韌性也同樣優(yōu)異，即母材鋼 板一 60°C Akv彡100J，焊接模擬熱影響區(qū)（HAZ) - 40°C Akv彡100J，特別適用于冰海地區(qū) 的破冰船殼體、海洋平臺(tái)、跨海大橋、海洋風(fēng)塔結(jié)構(gòu)、港口機(jī)械等，并且能夠?qū)崿F(xiàn)低成本穩(wěn)定 批量工業(yè)化生產(chǎn)。
[〇〇11] 具體的，本發(fā)明的可大熱輸入焊接550MPa級(jí)鋼板，其成分重量百分比為：
[0012] C :0. 04%?0. 08%
[0013] Si 0. 10%
[0014] Μη :1. 30%?1· 60%
[0015] Ρ:彡 0.013%
[0016] S:彡 0.003%
[0017] Cu :0· 05%?0· 30%
[0018] Ni :0· 25%?0· 55%
[0019] B :0· 0015%?0· 0030%
[0020] Ti:0.008%?0.016%
[0021] Nb:0.015%? 0.030%
[0022] N :0· 0040%?0· 0080%
[0023] AK 0.010%
[0024] Ca :0· 001%?0· 004%
[0025] 其余為Fe和不可避免的夾雜；且上述元素必須同時(shí)滿足如下關(guān)系：
[0026] 0· 25 彡 B/N 彡 0· 45 ;
[0027] [1.17( % Si) +6. 77 ( % A1) +2. 12 ( % Nb) +0. 13 ( % Μη) ] X [ ( % C) +0. 033 ( % Μη) ] ^ 0. 053 ；
[0028] Ca處理，且，Ca/S比控制在1.0?3.0之間及CaXSa28彡1.0X10 - 3。
[0029] 在本發(fā)明鋼板成分體系設(shè)計(jì)中：
[0030] 為了獲得均勻優(yōu)良的強(qiáng)韌性、強(qiáng)塑性匹配，且鋼板可以承受大線能量焊接，本發(fā)明 TMCP鋼板化學(xué)成分具有以下特征：
[0031] C對(duì)TMCP鋼板的強(qiáng)度、低溫韌性、延伸率及焊接性尤其大熱輸入焊接性影響很大， 從改善TMCP鋼板低溫韌性和大熱輸入焊接性角度，希望鋼中C含量控制得較低；但是從鋼 板鋼的強(qiáng)度、低溫韌性及生產(chǎn)制造過程中顯微組織控制與制造成本的角度，C含量不宜控制 得過低；過低C含量易導(dǎo)致晶界遷移率過高，母材鋼板與焊接HAZ顯微組織晶粒粗大，而且 鋼中C含量過低導(dǎo)致晶界弱化，嚴(yán)重劣化母材鋼板與焊接HAZ的低溫韌性；因此，C含量合 理范圍為〇· 04%?0· 08%。
[0032] Μη作為最重要的合金元素在鋼中除提高鋼板的強(qiáng)度外，還具有擴(kuò)大奧氏體相區(qū)、 降低Ar3點(diǎn)溫度、細(xì)化TMCP鋼板貝氏體晶團(tuán)而改善鋼板低溫韌性的作用、促進(jìn)低溫相變組 織形成而提高鋼板強(qiáng)度的作用；但是Μη在鋼水凝固過程中容易發(fā)生偏析，尤其Μη含量較 高時(shí)，不僅會(huì)造成澆鑄操作困難，而且容易與C、P、S等元素發(fā)生共軛偏析現(xiàn)象，尤其鋼中C 含量較高時(shí)，加重鑄坯中心部位的偏析與疏松，嚴(yán)重的鑄坯中心區(qū)域偏析在后續(xù)的軋制、熱 處理及焊接過程中易形成異常組織，導(dǎo)致鋼板低溫韌性低下和焊接接頭出現(xiàn)裂紋；因此根 據(jù)C含量范圍，選擇適宜的Μη含量范圍對(duì)于TMCP鋼板極其重要，適合Μη含量為1. 30 %? 1. 60%。
[0033] Si促進(jìn)鋼水脫氧并能夠提高鋼板強(qiáng)度，但是采用Α1脫氧的鋼水，Si的脫氧作用不 大，Si雖然能夠提高鋼板的強(qiáng)度，但是Si嚴(yán)重?fù)p害鋼板的低溫韌性、延伸率及焊接性，尤其 在大熱輸入焊接條件下，Si不僅促進(jìn)Μ-A島形成，而且形成的Μ-A島尺寸較為粗大、分布不 均勻，嚴(yán)重?fù)p害焊接熱影響區(qū)（HAZ)的低溫韌性，因此鋼中的Si含量應(yīng)盡可能控制得低，考 慮到煉鋼過程的經(jīng)濟(jì)性和可操作性，Si含量控制在0. 10%以下。
[0034] P作為鋼中有害夾雜對(duì)鋼的機(jī)械性能，尤其低溫沖擊韌性、延伸率及焊接性（尤其 大熱輸入焊接性）具有巨大的損害作用，理論上要求越低越好；但考慮到煉鋼可操作性和 煉鋼成本，對(duì)于要求可大線能量焊接、-60°c韌性、高強(qiáng)度及可大熱輸入焊接的TMCP鋼板，P 含量需要控制在< 0.013%。
[0035] S作為鋼中有害夾雜對(duì)鋼的低溫韌性具有很大的損害作用，更重要的是S在鋼中 與Μη結(jié)合，形成MnS夾雜物，在熱軋過程中，MnS的可塑性使MnS沿軋向延伸，形成沿軋向 MnS夾雜物帶，嚴(yán)重?fù)p害鋼板的低溫沖擊韌性、延伸率、Z向性能、焊接性（尤其大熱輸入焊 接性），同時(shí)S還是熱軋過程中產(chǎn)生熱脆性的主要元素，理論上要求越低越好；但考慮到煉 鋼可操作性、煉鋼成本和物流順暢原則，對(duì)于要求可大線能量焊接、-60°C韌性、高強(qiáng)度及可 大熱輸入焊接的TMCP鋼板，S含量需要控制在< 0. 003%。
[0036] Cu也是奧氏體穩(wěn)定化元素，添加 Cu也可以降低Ar3點(diǎn)溫度，提高鋼板的淬透性、 鋼板的耐大氣腐蝕性及鋼板強(qiáng)度與低溫韌性（TMCP工藝下作用明顯）；但是Cu添加量過多 (高于0. 30 % )，鋼板大熱輸入焊接性急劇惡化；Cu添加量過少，低于0. 05%，所起任何作 用很小；因此Cu含量控制在0. 05%?0. 30%之間；Cu、Ni復(fù)合添加除降低含銅鋼的銅脆現(xiàn) 象、減輕熱軋過程的晶間開裂之作用外，更重要的是Cu、Ni均為奧氏體穩(wěn)定化元素，Cu、Ni 復(fù)合添加可以大幅度降低Ar3,提高奧氏體向鐵素體相變的驅(qū)動(dòng)力，細(xì)化顯微組織，改善提 高鋼板強(qiáng)度與低溫韌性。
[0037] 添加 Ni不僅可以提高鐵素體相中位錯(cuò)可動(dòng)性，促進(jìn)位錯(cuò)交滑移，改善鐵素體本征 韌性；其次，Ni作為奧氏體穩(wěn)定化元素，降低Ar 3點(diǎn)溫度，具有細(xì)化鋼板顯微組織之作用，因 此Ni具有同時(shí)提高TMCP鋼板強(qiáng)度、低溫韌性的功能。鋼中加 Ni還可以降低含銅鋼的銅脆 現(xiàn)象，減輕熱軋過程的晶間開裂，提高鋼板的耐大氣腐蝕性；從理論上講，鋼中Ni含量在一 定范圍內(nèi)越高越好，但是過高的Ni含量會(huì)硬化焊接熱影響區(qū)，對(duì)鋼板的大熱輸入焊接性不 利；同時(shí)Ni是一種很貴重元素，從性能價(jià)格比考慮，Ni含量控制在0.25%?0.55%之間， 以確保鋼板的淬透性和鋼板的強(qiáng)韌性、強(qiáng)塑性水平而不損害鋼板的焊接性。
[0038] 為了確保鋼中具有一定固溶B原子偏聚在奧氏體晶界，抑制晶界鐵素體形成，促 進(jìn)TMCP過程中低溫相變組織貝氏體/馬氏體形成，實(shí)現(xiàn)超低碳、低碳當(dāng)量條件下的高強(qiáng) 度；其次鋼中具有足夠的B原子與N原子結(jié)合，生成一定數(shù)量彌散分布的BN粒子，促進(jìn)大 熱輸入焊接過程中，鐵素體晶粒在奧氏體晶內(nèi)形成，分割原粗大的奧氏體晶粒，細(xì)化大熱輸 入焊接熱影響區(qū)顯微組織，提高焊接熱影響區(qū)低溫韌性；因此鋼中的B元素含量不得低于 0. 0015%;但是當(dāng)鋼中B含量過高，在原奧氏體晶界上析出大量粗大的Fe23(CN)6，嚴(yán)重脆化 母材鋼板及焊接熱影響區(qū)低溫韌性與塑性，導(dǎo)致鋼板冷熱加工特性、服役承載與抗裂止裂 特性急劇惡化，鋼板服役過程中安全性不可保障，因此鋼板B含量不得超過0. 0030%。
[0039] Ti與N親合力遠(yuǎn)大于B與N的親合力，少量添加 Ti時(shí)，N優(yōu)先與Ti結(jié)合，生成彌散 分布的TiN粒子，抑制板坯加熱和熱軋過程中奧氏體晶粒過分長(zhǎng)大，改善鋼板低溫韌性；更 重要的是在一定程度上抑制大熱輸入焊接過程中熱影響區(qū)（距離熔合線較遠(yuǎn)區(qū)域）晶粒長(zhǎng) 大，改善熱影響區(qū)韌性；添加 Ti含量過少（0. 008% )所起作用不大，當(dāng)Ti含量添加過多時(shí) (0. 016 % )，抑制鋼中BN粒子析出、導(dǎo)致BN粒子數(shù)量稀少，無法改善大熱輸入焊接熱影響區(qū) 低溫韌性；此外，鋼中Ti含量特別多時(shí)，鋼中N大部分為Ti所結(jié)合，導(dǎo)致鋼中固溶B含量過 高，影響鋼板低溫韌性與大熱輸入焊接性；因此適宜的Ti含量范圍為0. 008%?0. 016%。
[0040] 鋼中添加微量的Nb元素目的是進(jìn)行未再結(jié)晶控制軋制、提高TMCP鋼板強(qiáng)度和 韌性，當(dāng)Nb添加量低于0. 015%時(shí)，除不能有效發(fā)揮的控軋作用之外，對(duì)TMCP鋼板強(qiáng)化能 力也不足；當(dāng)Nb添加量超過0. 030%時(shí)，大熱輸入焊接條件下誘發(fā)上貝氏體（Bu)形成和 Nb(C，N)二次析出脆化作用，嚴(yán)重?fù)p害大熱輸入焊接熱影響區(qū)（HAZ)的低溫韌性，因此Nb含 量控制在0. 015%?0. 030%之間，獲得最佳的控軋效果、實(shí)現(xiàn)TMCP鋼板強(qiáng)韌性/強(qiáng)塑性匹 配的同時(shí)，又不損害大熱輸入焊接HAZ的韌性。
[0041] 確保大熱輸入焊接熱影響區(qū)內(nèi)具有足夠的BN粒子促進(jìn)鐵素體形核，分割熱影響 區(qū)粗大的原奧氏體晶粒，細(xì)化大熱輸入焊接熱影響區(qū)顯微組織、改善大熱輸入焊接熱影響 區(qū)低溫韌性，鋼中N含量不得低于0. 0040% ;然而當(dāng)鋼中N含量過高時(shí)，鋼中的B原子全部 與N原子結(jié)合，生成BN粒子后，鋼中不存在固溶B原子，導(dǎo)致超低C、低碳當(dāng)量成分鋼板強(qiáng)度 低下，不能滿足開發(fā)要求；此外，鋼中過多的N含量達(dá)到大熱輸入焊接熱影響區(qū)固溶N原子 增加，嚴(yán)重劣化焊接熱影響區(qū)低溫韌性；因此鋼中N含量不得超過0. 0080%。
[0042] 為了確保鋼中形成數(shù)量足夠的BN粒子，抑制A1N粒子大量生成，鋼中A1含量上限 必須進(jìn)行控制；因此，鋼中A1不得高于0. 010%。
[0043] 對(duì)鋼進(jìn)行Ca處理，一方面可以進(jìn)一步純潔鋼液，另一方面對(duì)鋼中硫化物進(jìn)行變性 處理，使之變成不可變形的、穩(wěn)定細(xì)小的球狀硫化物、抑制S的熱脆性、提高鋼板的低溫韌 性、延伸率及Z向性能、改善鋼板韌性的各向異性。Ca加入量的多少，取決于鋼中S含量的 高低，Ca加入量過低，處理效果不大；Ca加入量過高，形成Ca(0, S)尺寸過大，脆性也增大， 可成為斷裂裂紋起始點(diǎn)，降低鋼的低溫韌性和延伸率，同時(shí)還降低鋼質(zhì)純凈度、污染鋼液； 因此Ca含量的合適范圍為0. 0010%?0. 0040%。
[〇〇44] 特別是，上述元素含量必須同時(shí)滿足如下關(guān)系：
[0045] 0. 25彡B/N彡0. 45 :保證大熱輸入焊接熱影響區(qū)具有數(shù)量足夠、分布彌散的BN析 出的同時(shí)，母材鋼板與焊接熱影響區(qū)均具有一定的固溶B原子存在。實(shí)現(xiàn)如下作用：A)在超 低碳、低碳當(dāng)量條件下，通過固溶B的高淬透性，保證母材鋼板的高強(qiáng)度、高強(qiáng)度與低溫韌 性的平衡；其次固溶B抑制大熱輸入焊接熱影響區(qū)奧氏體晶界粗大的側(cè)板條鐵素體形成， 促進(jìn)奧氏體晶內(nèi)鐵素體形成，改善大熱輸入焊接熱影響區(qū)的低溫韌性；B)在鋼板經(jīng)歷大熱 輸入焊接過程中，焊接熱影響區(qū)彌散分布的BN促進(jìn)奧氏體晶內(nèi)鐵素體形核，分割粗大的熱 影響區(qū)原奧氏體晶粒，細(xì)化熱影響區(qū)的顯微組織，改善大熱輸入焊接熱影響區(qū)的低溫韌性。
[0046] [1.17( % Si) +6. 77 ( % A1) +2. 12 ( % Nb) +0. 13 ( % Μη) ] X [ ( % C) +0. 033 ( % Μη) ]< 0. 053 :抑制大熱輸入焊接熱影響區(qū)M-A形成、減少熱影響區(qū)M-A數(shù)量、減小熱影響 區(qū)Μ-A尺寸，促進(jìn)熱影響區(qū)內(nèi)多邊形鐵素體相變及Μ-A在焊接熱循環(huán)過程中分解，提高大熱 輸入焊接熱影響區(qū)的低溫韌性及抗裂、止裂特性，極大提高焊接結(jié)構(gòu)安全可靠性。
[0047] Ca處理且Ca/S比控制在1. 0?3. 0之間及CaXS°_28彡1. 0X 10 -3 :確保硫化球 化且夾雜物對(duì)低溫韌性和焊接性影響降低到最小的同時(shí)，Ca(0，S)粒子均勻細(xì)小分布在鋼 中，抑制大熱輸入焊接熱影響區(qū)奧氏體晶粒長(zhǎng)大，改善焊接熱影響區(qū)低溫韌性。
[0048] 本發(fā)明的可大熱輸入焊接550MPa級(jí)鋼板的制造方法，其包括如下步驟：
[0049] 1)冶煉、鑄造
[0050] 根據(jù)上述成分冶煉、鑄造成板坯；然后板坯加熱，溫度控制在103(TC?1130°C之 間，確保鋼中Nb在板坯加熱過程中全部固溶到奧氏體中去的同時(shí)，板坯奧氏體晶粒不發(fā)生 反常長(zhǎng)大；
[0051] 2)軋制，鋼板總壓縮比即板坯厚度/成品鋼板厚度彡3. 6
[0052] 第一階段為普通軋制，采用軋機(jī)最大軋制能力進(jìn)行連續(xù)軋制，最大程度提高軋線 產(chǎn)能的同時(shí)，確保形變鋼坯發(fā)生再結(jié)晶，細(xì)化奧氏體晶粒；
[0053] 第二階段采用未再結(jié)晶控制軋制，控軋開軋溫度控制在780°C?820°C，乳制道次 壓下率彡7%，累計(jì)壓下率彡50%，終軋溫度760°C?800°C ;
[0054] 3)冷卻
[0055] 控軋結(jié)束后隨即對(duì)鋼板進(jìn)行加速冷卻，鋼板開冷溫度750°C?790°C，冷卻速度 彡7°C /s，停冷溫度為350°C?550°C，隨后鋼板自然空冷至350°C后進(jìn)行緩冷，緩冷工藝為 鋼板溫度表面大于300°C的條件下至少保溫24小時(shí)。
[0056] 在本發(fā)明制造工藝中：
[0057] 根據(jù)上述C、Mn、Nb、B及Ti含量范圍，板坯加熱溫度控制在1030°C?1130°C之 間，確保鋼中Nb在板坯加熱過程中全部固溶到奧氏體中去的同時(shí)，板坯奧氏體晶粒不發(fā)生 反常長(zhǎng)大。
[0058] 鋼板總壓縮比（板坯厚度/成品鋼板厚度）彡3. 6,保證軋制形變穿透到鋼板芯 部，改善鋼板中心部位顯微組織與性能。
[0059] 第一階段為普通軋制，采用軋機(jī)最大軋制能力進(jìn)行連續(xù)軋制，最大程度提高軋線 產(chǎn)能的同時(shí)，確保形變鋼坯發(fā)生再結(jié)晶，細(xì)化奧氏體晶粒；
[0060] 第二階段采用未再結(jié)晶控制軋制，根據(jù)上述鋼中Nb元素含量范圍，為確保未再 結(jié)晶控軋效果，控軋開軋溫度控制在780°C?820°C，乳制道次壓下率彡7%，累計(jì)壓下率 彡50%，終軋溫度760°C?800°C。
[0061] 控軋結(jié)束后，鋼板立即以輥道的最大輸送速度運(yùn)送到ACC設(shè)備處，隨即對(duì)鋼板 進(jìn)行加速冷卻；鋼板開冷溫度終軋溫度750°C?790°C，冷卻速度彡7°C /s，停冷溫度為 350°C?550°C，隨后鋼板自然空冷至350°C后進(jìn)行緩冷，緩冷工藝為鋼板溫度表面大于 300°C的條件下至少保溫24小時(shí)。
[〇〇62] 本發(fā)明的有益效果是：
[0063] 本發(fā)明鋼板通過簡(jiǎn)單成分組合設(shè)計(jì)，并與TMCP制造工藝相結(jié)合，不僅低成本地生 產(chǎn)出綜合性能優(yōu)良的TMCP鋼板，而且大幅度地縮短了鋼板的制造周期，為企業(yè)創(chuàng)造巨大的 價(jià)值，實(shí)現(xiàn)了制造過程的綠色環(huán)保。鋼板的高性能高附加值集中表現(xiàn)在鋼板具有高強(qiáng)度、優(yōu) 異的低溫韌性的同時(shí)，鋼板的焊接性（尤其大熱輸入焊接性）也同樣優(yōu)異，成功地解決了在 超低C、低碳當(dāng)量條件下，鋼板獲得高強(qiáng)度、優(yōu)良的低溫韌性，極大地提高了大型重鋼結(jié)構(gòu)的 安全穩(wěn)定性、抗疲勞性能；良好的焊接性（尤其大熱輸入單道次焊接）節(jié)省了用戶鋼構(gòu)件制 造的成本，大幅度地縮短了用戶鋼構(gòu)件制造的時(shí)間，為用戶創(chuàng)造了巨大的價(jià)值。 【專利附圖】

【附圖說明】
[0064] 圖1為本發(fā)明鋼實(shí)施例3的顯微組織（1/4厚度）的照片。 【具體實(shí)施方式】
[0065] 下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0066] 表1為本發(fā)明鋼實(shí)施例的成分，其余量為Fe和不可避免雜質(zhì)。表2?表3分別為 本發(fā)明鋼實(shí)施例的制造工藝。表4為本發(fā)明實(shí)施例鋼的性能。
[0067] 由圖1所示的本發(fā)明實(shí)施例鋼的顯微組織可以看出，本發(fā)明鋼的顯微組織為少量 的鐵素體+彌散分布的貝氏體，顯微組織平均晶粒尺寸在10 μ m以下。
[0068] 隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展，建設(shè)節(jié)約型和諧社會(huì)的要求，海洋開發(fā)已擺到日事議程， 目前我國(guó)海洋工程建設(shè)及其相關(guān)裝備制造業(yè)方興未艾，海洋工程建設(shè)及其相關(guān)裝備制造業(yè) 的關(guān)鍵材料一一可大熱輸入低溫結(jié)構(gòu)鋼板具有廣闊的市場(chǎng)前景；可大熱輸入焊接低溫結(jié)構(gòu) 鋼對(duì)于我國(guó)還屬于一種全新的鋼種。
[〇〇69] 本發(fā)明鋼板主要用于冰海地區(qū)的破冰船殼體、海洋平臺(tái)、跨海大橋、海洋風(fēng)塔結(jié) 構(gòu)、港口機(jī)械及南極考察站鋼結(jié)構(gòu)等，并且能夠?qū)崿F(xiàn)低成本穩(wěn)定批量工業(yè)化生產(chǎn)。
[0070] 綜上所述，本發(fā)明鋼板通過簡(jiǎn)單成分組合設(shè)計(jì)，并與TMCP制造工藝相結(jié)合，不僅 低成本地生產(chǎn)出綜合性能優(yōu)良的TMCP鋼板，而且大幅度地縮短了鋼板的制造周期，為企業(yè) 創(chuàng)造巨大的價(jià)值，實(shí)現(xiàn)了制造過程的綠色環(huán)保。鋼板的高性能高附加值集中表現(xiàn)在超低碳、 低碳當(dāng)量條件下，鋼板具有優(yōu)異的強(qiáng)韌性、強(qiáng)塑性匹配的同時(shí)，鋼板的焊接性（尤其大線能 量焊接性）也同樣優(yōu)異，并成功地解決了 TMCP厚鋼板沿鋼板厚度方向性能不均勻的問題， 極大地提高了大型重鋼結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定性、抗疲勞性能；良好的焊接性節(jié)省了用戶鋼構(gòu)件 制造的成本，縮短了用戶鋼構(gòu)件制造的時(shí)間，為用戶創(chuàng)造了巨大的價(jià)值。
[0071] 表1 單位：Wt°/o
【權(quán)利要求】
1. 一種可大熱輸入焊接550MPa級(jí)鋼板，其成分重量百分比為： C :0· 04%?0· 08% Si 0. 10% Mn :1. 30%?1. 60% P 0. 013% S 0. 003% Cu :0. 05%?0. 30% Ni :0. 25%?0. 55% B :0· 0015%?0· 0030% Ti :0. 008%?0. 016% Nb :0. 015%?0. 030% Ν:0·0040%?0·0080% Α1 0. 010% Ca :0. 001%?0. 004% 其余為Fe和不可避免的夾雜；且上述元素必須同時(shí)滿足如下關(guān)系： 0. 25 彡 B/N 彡 0. 45 ; [1.17( % Si)+6.77( % Al)+2.12( % Nb)+0.13( % Μη) ] X [ ( % 0+0.033( % Μη) ] ^ 0. 053 ； Ca 處理，且，Ca/S 比控制在 1.0 ?3.0，CaXS°·28 彡 1.0X10 -3。
2. 如權(quán)利要求1所述的可大熱輸入焊接550MPa級(jí)鋼板的制造方法，其特征是，包括如 下步驟： 1) 冶煉、鑄造 根據(jù)權(quán)利要求1的成分冶煉、鑄造成板坯；然后板坯加熱，溫度控制在1030°c?1130°C 之間，確保鋼中Nb在板坯加熱過程中全部固溶到奧氏體中去的同時(shí)，板坯奧氏體晶粒不發(fā) 生反常長(zhǎng)大； 2) 軋制，鋼板總壓縮比即板坯厚度/成品鋼板厚度> 3. 6 第一階段為普通軋制，采用軋機(jī)最大軋制能力進(jìn)行連續(xù)軋制，最大程度提高軋線產(chǎn)能 的同時(shí)，確保形變鋼坯發(fā)生再結(jié)晶，細(xì)化奧氏體晶粒； 第二階段采用未再結(jié)晶控制軋制，控軋開軋溫度控制在780°C?820°C，乳制道次壓下 率彡7%，累計(jì)壓下率彡50%，終軋溫度760°C?800°C ; 3) 冷卻 控軋結(jié)束后隨即對(duì)鋼板進(jìn)行加速冷卻，鋼板開冷溫度750°C?790°C，冷卻速度> 7°C / s，停冷溫度為350°C?550°C，隨后鋼板自然空冷至350°C后進(jìn)行緩冷，緩冷工藝為鋼板溫 度表面大于300°C的條件下至少保溫24小時(shí)。
【文檔編號(hào)】C21D8/02GK104046899SQ201410300713
【公開日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2014年6月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月27日
【發(fā)明者】劉自成, 施青, 李先聚 申請(qǐng)人:寶山鋼鐵股份有限公司