一種100mm厚抗大線能量焊接E36海洋工程用鋼板的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種100mm厚抗大線能量焊接E36海洋工程用鋼板及其制造方法，該鋼板碳含量為0.10-0.18wt%，碳當(dāng)量0.43-0.46%，其制備工藝是鐵水預(yù)處理→轉(zhuǎn)爐冶煉→LF精煉→RH精煉→連鑄→鑄坯加熱→軋制→控冷→正火，在冶煉過程中依次添加Si、Mn、Al，Ti、Ni、Cu、V、Nb等，保證壓縮比≥3.0，連鑄坯厚度需≥300mm，連鑄坯采用TMCP工藝軋制成100mm厚度鋼板，再采用910±30℃正火處理。本發(fā)明鋼板適用于海洋平臺用大熱輸入焊接正火態(tài)特厚板，鋼板經(jīng)≥50-200kJ/cm熱輸入焊接后，焊接粗晶區(qū)-40℃沖擊功平均值大于50J，能夠有效保證焊接熱影響區(qū)的強(qiáng)度和韌性。
【專利說明】一種100mm厚抗大線能量焊接E36海洋工程用鋼板

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于焊接用高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼板【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種IOOmm厚抗大線能量 焊接E36海洋工程用鋼及其制造方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著鋼結(jié)構(gòu)朝著大型化方向發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)的某些重要受力部位要采用厚度超過 80mm的特厚板，結(jié)構(gòu)制造時，若用傳統(tǒng)的焊接線能量（一般小于50kJ/cm)進(jìn)行焊接，則需要 多層多道焊接，施工效率十分低下。單面埋弧焊、氣電立焊及電渣焊等大線能量焊接技術(shù)因 其熔敷效率高、焊接速度快、焊接質(zhì)量好、節(jié)約能源、操作方便且易于實現(xiàn)自動化等優(yōu)點，成 為現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)制造行業(yè)中應(yīng)用最為廣泛的高效焊接技術(shù)。可以大幅度提高焊接效率的單面 埋弧焊、氣電立焊或電渣焊等大線能量焊接技術(shù)逐漸被普遍采用，這又就給傳統(tǒng)的低合金 高強(qiáng)鋼帶來了新的課題，即焊接熱影響區(qū)的強(qiáng)度與韌性不可避免的發(fā)生惡化。
[0003] 以往鋼材在焊接施工中的焊接線能量彡50kJ/cm即可稱之為大線能量焊接，而目 前資料顯示，氣電立焊大線能量焊接的實際焊接線能量甚至已超過500kJ/cm。在如此大的 焊接線能量下，傳統(tǒng)的低合金高強(qiáng)鋼（HSLA)的熱影響區(qū)（HAZ)組織將急劇長大，焊接部位 的強(qiáng)度和韌性將有較大的下降，且易產(chǎn)生焊接冷裂紋問題，給大型鋼結(jié)構(gòu)的制造帶來困難。 另外，對于傳統(tǒng)的熱機(jī)械軋制（TMCP)技術(shù)，隨著鋼板強(qiáng)度的提高和厚度的增加，必須提高 碳當(dāng)量才能保證常規(guī)性能，但是碳當(dāng)量提高又會惡化鋼板的焊接性能。開發(fā)適于大線能量 焊接，同時具有高強(qiáng)度、低焊接裂紋敏感性的鋼材是國內(nèi)外眾多鋼鐵企業(yè)品種鋼開發(fā)的重 要課題。為提高施工效率、降低成本，在大型結(jié)構(gòu)物的焊接施工中相繼采用了大熱輸入焊接 技術(shù)。國內(nèi)外相繼開發(fā)出多種大熱輸入焊接用鋼板。如專利申請?zhí)枮?00580012110. 9的 "大線能量焊接的焊接熱影響區(qū)的低溫韌性優(yōu)異的厚高強(qiáng)度鋼板"發(fā)明的鋼板厚度為50? 80mm，申請?zhí)枮?00510047195. 6的"大線能量低焊接裂紋敏感性厚鋼板及其生產(chǎn)方法"發(fā) 明的鋼板厚度為< 40mm，申請?zhí)枮?00710039741.0的"低屈強(qiáng)比可大線能量焊接高強(qiáng)高 韌性鋼板及其制造方法"發(fā)明的鋼板最大厚度為75mm，申請?zhí)枮?01010116829. X的"具 有優(yōu)異的大線能量焊接低溫韌性厚鋼板及其生產(chǎn)工藝"發(fā)明的鋼板厚度為50_，申請?zhí)枮?200610025126. X的"可超大線能量焊接低溫用厚鋼板及其制造方法"發(fā)明的鋼板最大厚度 為60_。但這些抗大線能量焊接鋼板厚度普遍< 80_，無法完全體現(xiàn)大線能量焊接的優(yōu) 越性。另一方面，為滿足鋼結(jié)構(gòu)對厚板的需求，國內(nèi)外開發(fā)了厚度> 80mm的鋼板，如專利 申請?zhí)枮镃N102409232A的"低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼Q390C特厚板及其生產(chǎn)方法"發(fā)明了一種 彡IOOmm厚的Q390C鋼板；申請?zhí)枮镃N103111464A的"一種特厚板的制造方法"公開了一 種彡60mm厚特厚板的制造方法；申請?zhí)枮镃N 103725964A的"一種新型低合金鋼Q345系 列特厚板及其生產(chǎn)方法"公開了一種100?200mm厚Q345系列鋼板的制造方法；申請?zhí)枮?CN102345047A的"一種150mm厚Q245R特厚板及其生產(chǎn)方法"發(fā)明了一種150mm厚特厚板。 這些發(fā)明專利公開的特厚板厚度均達(dá)到或超過100mm，但未具有抗大線能量焊接焊接的性 能，焊接時不能采用超過50kJ/cm的大線能量焊接方法進(jìn)行施焊，施工效率低。
[0004] 上述專利中發(fā)明的鋼板具有的特征是：（1)所述的能滿足大線能量焊接要求的鋼 板厚度規(guī)格都< 80mm，不適合應(yīng)用于某些需要大于80mm厚度鋼板的結(jié)構(gòu)建造場合；（2)所 述的厚度規(guī)格> 80mm的鋼板又不能滿足大線能量焊接的要求，制造結(jié)構(gòu)時焊接效率低。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提出一種IOOmm厚抗大線 能量焊接E36海洋工程用鋼板，鋼板不僅碳含量高，而且具有大量細(xì)小彌散分布的夾雜物， 含Ti氧化物、氮化物的復(fù)合夾雜物數(shù)量均比傳統(tǒng)鋼高出數(shù)倍，5 y m以上的復(fù)合夾雜物數(shù)量 低于傳統(tǒng)鋼的數(shù)量，從而有效提高鋼板強(qiáng)度和焊接熱影響區(qū)韌性，以適用于焊接熱輸入大 于50kJ/cm的海洋工程結(jié)構(gòu)制造。
[0006] 本發(fā)明解決以上技術(shù)問題的技術(shù)方案是：
[0007] -種IOOmm厚抗大線能量焊接E36海洋工程用鋼板，鋼板為正火態(tài)，下屈服強(qiáng)度 彡355MPa，鋼板含有如以下重量百分比的化學(xué)成分：C:0. 10?0. 18%，Si :0. 15?0. 40%， Mn :1. 10 ?1.60%，P :彡 0.013%，S :彡 0.008%，Als :0.010 ?0.035 %、Nb :0.005 ? 0? 04%，V :0? 005 ?0? 05%，Ti :0? 005 ?0? 035%，Ni :0? 01 ?I. 0%，Cu :0? 01 ?L 0%，其 余為Fe及不可避免的雜質(zhì)，碳當(dāng)量0. 43?0. 46% ;鋼板中，尺寸為0. 2?5 ym的含Ti氧 化物的復(fù)合夾雜物數(shù)量為1800?2200個/mm2;尺寸為10?300nm的含Ti氮化物的復(fù)合 夾雜物數(shù)量大于4X IO6個/mm2;尺寸大于50 ym的MnS復(fù)合夾雜物數(shù)量小于2個/cm2,尺 寸大于5 ym的復(fù)合夾雜物數(shù)量小于2個/mm2;經(jīng)彡50?200kJ/cm大熱輸入焊接后，焊接 粗晶區(qū)_40°C沖擊功平均值大于50J，鋼板組織特征為：原奧氏體晶界處為先共析鐵素體， 平均晶粒尺寸小于50 ym，所占面積分?jǐn)?shù)小于40% ;原奧氏體晶粒內(nèi)部為微細(xì)針狀鐵素體， 所占面積分?jǐn)?shù)大于60%。
[0008] 上述的IOOmm厚抗大線能量焊接E36海洋工程用鋼板的制造方法，包括以下工序，
[0009] 鋼水冶煉：按所述鋼板的目標(biāo)化學(xué)成分進(jìn)行鋼水冶煉，出鋼時往鋼包中先加入硅 錳進(jìn)行合金化，LF精煉白渣操作，精煉總時間確保多30分鐘，并在冶煉過程中精確控制合 金添加順序，依次添加 Ti、Ni、Cu、Nb和Al，調(diào)整鋼水成分至目標(biāo)成分；
[0010] 連鑄：將冶煉的鋼水澆鑄成連鑄坯，連鑄坯厚度彡300mm，保證不小于3倍壓縮 比；
[0011] 鑄坯再加熱：連鑄坯加熱至1100?1250°C，在爐時間8?12min/cm ;
[0012] 熱軋：采用TMCP工藝將連鑄坯軋制成IOOmm厚度鋼板，一階段終軋溫度 1000-1150°C，二階段開軋溫度 840-890°C，終軋溫度 830±30°C ;
[0013] 正火：正火溫度為910±30°C，正火時間為120?200min。
[0014] 本發(fā)明的有益效果是：⑴本發(fā)明在鋼中能夠形成大量細(xì)小彌散分布的夾雜物，尺 寸為0. 2?5 y m的含Ti氧化物的復(fù)合夾雜物數(shù)量和尺寸為10?300nm的含Ti氮化物的 復(fù)合夾雜物數(shù)量均比傳統(tǒng)鋼高出數(shù)倍，有利于釘扎奧氏體晶粒并細(xì)化晶內(nèi)組織，提高CGHAZ 韌性。⑵本發(fā)明鋼中大尺寸復(fù)合夾雜物數(shù)量低于傳統(tǒng)鋼中的數(shù)量，有益于減少焊后微裂紋 源，鋼板具有高的常溫綜合力學(xué)性能和良好的低溫韌性。⑶通過控制生產(chǎn)工藝條件，生成 的大量細(xì)小彌散分布的含Ti氧化物、氮化物的復(fù)合夾雜物，鋼板在大熱輸入焊接時，靠近 熔合線的1400°C高溫部位，形成大量的晶內(nèi)針狀鐵素體，同時在溫度低于1400°C的遠(yuǎn)離熔 合線部位組織中，釘扎原奧氏體晶粒并細(xì)化晶內(nèi)組織，二者共同作用的綜合效果使焊接熱 影響區(qū)的韌性大幅度提高。⑷由于本發(fā)明鋼中含有大量彌散均勻分布的細(xì)小的含Ti氧化 物、氮化物等的復(fù)合夾雜物，這些夾雜物在鋼板軋后冷卻過程中和正火后冷卻過程中增加 了鐵素體及珠光體相變的形核位置，使鋼板從表面到中心的組織均勻，解決了傳統(tǒng)特厚板 表面、心部組織不均勻的難題。（5)本發(fā)明鋼板適用于海洋平臺用大熱輸入焊接正火態(tài)特厚 板，在焊接熱輸入多50?200kJ/cm的范圍內(nèi)，能夠有效保證焊接熱影響區(qū)的強(qiáng)度和韌性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 圖1為本發(fā)明實施例3正火態(tài)鋼板1/4板厚的金相組織圖。 圖2為本發(fā)明實施例3正火態(tài)鋼板1/2板厚的金相組織圖。

【具體實施方式】
[0016] 下面將通過不同實施例和比較例的對比來描述本發(fā)明。本發(fā)明并不局限于這些實 施例中，可以在前述化學(xué)成分與制造方法范圍內(nèi)加以調(diào)整實施。
[0017] 實施例1
[0018] 按表1實施例1所示的目標(biāo)化學(xué)成分冶煉鋼水，在冶煉過程中精確控制合金添 加順序，依次添加 Si、Mn、Ti、Ni、Cu、Nb、A1，達(dá)到目標(biāo)化學(xué)成分后進(jìn)行連鑄，所得的連鑄 坯鑄坯厚度300_ ;采用如表2實施例1所示的生產(chǎn)工藝，乳制成IOOmm厚度鋼板，再采用 890°C X200min 正火處理。
[0019] 實施例2
[0020] 按表1實施例2所示的目標(biāo)化學(xué)成分冶煉鋼水，在冶煉過程中精確控制合金添 加順序，依次添加 Si、Mn、Ti、Ni、Cu、Nb、Al，達(dá)到目標(biāo)化學(xué)成分后進(jìn)行連鑄，所得的連 鑄坯厚度300mm ;采用如表2實施例2所示的生產(chǎn)工藝，軋制成IOOmm厚度鋼板，再采用 910°C X120min 正火處理。
[0021] 實施例3
[0022] 按表1實施例3所示的目標(biāo)化學(xué)成分冶煉鋼水，在冶煉過程中精確控制合金 添加順序，依次添加 Si、Mn、Ti、Ni、Cu、Nb、Al達(dá)到目標(biāo)化學(xué)成分后進(jìn)行連鑄，所得的連 鑄坯厚度320mm ;采用如表2實施例3所示的生產(chǎn)工藝，乳制成IOOmm厚度鋼板，再采用 930°C X 180min 正火處理。
[0023] 實施例4
[0024] 按表1實施例4所示的目標(biāo)化學(xué)成分冶煉鋼水，在冶煉過程中精確控制合金添 加順序，依次添加 Si、Mn、Ti、Ni、Cu、Nb、Al，達(dá)到目標(biāo)化學(xué)成分后進(jìn)行連鑄，所得的連 鑄坯厚度320mm ;采用如表2實施例4所示的生產(chǎn)工藝，乳制成IOOmm厚度鋼板，再采用 900°C X 160min 正火處理。
[0025] 比較例1
[0026] 按表1比較例1所示的目標(biāo)化學(xué)成分冶煉鋼水，采用表2比較例1所示的生產(chǎn)工 藝制造。
[0027] 比較例2
[0028] 按表1比較例2所示的目標(biāo)化學(xué)成分冶煉鋼水，采用表2比較例2所示的生
[0029] 產(chǎn)工藝制造。
[0030] 比較例3
[0031] 按表1比較例3所示的目標(biāo)化學(xué)成分冶煉鋼水，采用表2比較例3所示的生產(chǎn)工 藝制造。
[0032] 比較例4
[0033] 按表1比較例4所示的目標(biāo)化學(xué)成分冶煉鋼水，采用表2比較例4所示的生產(chǎn)工 藝制造。
[0034] 表3為實施例與比較例的力學(xué)性能，可以看出，本實施例1-4鋼板板厚1/4至板厚 1/2處強(qiáng)度及沖擊功性能比比較例1-4性能更均勻。
[0035] 表4為實施例與比較例的夾雜物統(tǒng)計及大熱輸入焊接性能對比，可以看出，本實 施例1-4具有化學(xué)成分簡單、工藝操作過程良好，對大線能量焊接性能有利的< 5 y m含Ti 氧化物復(fù)合夾雜和含Ti的氮化物復(fù)合夾雜物數(shù)量比比較例高5-40倍，對大線能量焊接性 能不利的> 5 ym的復(fù)合夾雜物數(shù)量小于比較例的1/10,故實施例鋼板抗大熱輸入焊接性 能優(yōu)良，焊接熱影響區(qū)-40°C沖擊功大于50J，且焊前不需要預(yù)熱、焊后不需要進(jìn)行熱處理。 在有效保證海洋平臺結(jié)構(gòu)件安全性的同時，能夠大幅度提高施工效率、節(jié)約施工成本。
[0036] 圖1中實施例3鋼板正火態(tài)金相組織為鐵素體+珠光體；圖2中的金相組織中奧 氏體晶粒內(nèi)部形成大量縱橫交錯的針狀鐵素體，故鋼板經(jīng)大熱輸入焊接后仍然具有良好的 低溫沖擊韌性。
[0037] 表1本發(fā)明實施例1?4與比較例1?4化學(xué)成分
[0038]

【權(quán)利要求】
1. 一種100mm厚抗大線能量焊接E36海洋工程用鋼板，其特征在于：鋼板為正火態(tài)，下 屈服強(qiáng)度彡355MPa，鋼板含有如以下重量百分比的化學(xué)成分：C :0. 10?0. 18%，Si :0. 15? 0? 40%，Mn :1. 10 ?1. 60%，P :彡 0? 013%，S :彡 0? 008%，Als :0? 010 ?0? 035%、Nb :0? 005 ? 0? 04%，V :0? 005 ?0? 05%，Ti :0? 005 ?0? 035%，Ni :0? 01 ?1. 0%，Cu :0? 01 ?1. 0%，其余為 Fe及不可避免的雜質(zhì)，碳當(dāng)量0. 43?0. 46% ;鋼板中，尺寸為0. 2?5 ym的含Ti氧化物 的復(fù)合夾雜物數(shù)量為1800?2200個/mm2;尺寸為10?300nm的含Ti氮化物的復(fù)合夾雜 物數(shù)量大于4X 106個/mm2;尺寸大于50 ym的MnS復(fù)合夾雜物數(shù)量小于2個/cm2,尺寸大 于5 ym的復(fù)合夾雜物數(shù)量小于2個/mm2;經(jīng)彡50?200kJ/cm大熱輸入焊接后，焊接粗晶 區(qū)-40°C沖擊功平均值大于50J ;鋼板組織特征為：原奧氏體晶界處為先共析鐵素體，平均 晶粒尺寸小于50 ym，所占面積分?jǐn)?shù)小于40% ;原奧氏體晶粒內(nèi)部為微細(xì)針狀鐵素體，所占 面積分?jǐn)?shù)大于60%。
2. 如權(quán)利要求1所述的100mm厚抗大線能量焊接E36海洋工程用鋼板，其特征在于： 含有如以下重量百分比的化學(xué)成分：C :0. 13%，Si :0. 27%，Mn :1. 55%，P :0. 005%，S :0. 003%， Als :0? 031%、Nb :0? 032%，V :0? 006%，Ti :0? 012%，Ni :0? 032%，Cu :0? 24%，其余為 Fe 及不可 避免的雜質(zhì)，碳當(dāng)量0.43%。
3. 如權(quán)利要求1所述的100mm厚抗大線能量焊接E36海洋工程用鋼板，其特征在于： 含有如以下重量百分比的化學(xué)成分：C :0. 14%，Si :0. 21%，Mn :1. 56%，P :0. 006%，S :0. 002%， Als :0? 025%、Nb :0? 020%，V :0? 0047%，Ti :0? 020%，Ni :0? 020%，Cu :0? 15%，其余為 Fe 及不可 避免的雜質(zhì)，碳當(dāng)量0.43%。
4. 如權(quán)利要求1所述的100mm厚抗大線能量焊接E36海洋工程用鋼板，其特征在于： 含有如以下重量百分比的化學(xué)成分：C :0. 15%，Si :0. 30%，Mn :1. 44%，P :0. 006%，S :0. 005%， Als :0? 035%、Nb :0? 011%，V :0? 0020%，Ti :0? 011%，Ni :0? 029%，Cu :0? 26%，其余為 Fe 及不可 避免的雜質(zhì)，碳當(dāng)量0.44%。
5. 如權(quán)利要求1所述的100mm厚抗大線能量焊接E36海洋工程用鋼板，其特征在于： 含有如以下重量百分比的化學(xué)成分：C :0. 16%，Si :0. 24%，Mn :1. 38%，P :0. 007%，S :0. 003%， Als :0? 020%、Nb :0? 009%，V :0? 035%，Ti :0? 009%，Ni :0? 01%，Cu :0? 05%，其余為 Fe 及不可避 免的雜質(zhì)，碳當(dāng)量0.46%。
6. 如權(quán)利要求1所述的100mm厚抗大線能量焊接E36海洋工程用鋼板的制造方法，其 特征在于：包括以下工序， 鋼水冶煉：按所述鋼板的目標(biāo)化學(xué)成分進(jìn)行鋼水冶煉，出鋼時往鋼包中先加入硅錳進(jìn) 行合金化，LF精煉白渣操作，精煉總時間確保多30分鐘，并在冶煉過程中精確控制合金添 加順序，依次添加 Ti、Ni、Cu、Nb和A1，調(diào)整鋼水成分至目標(biāo)成分； 連鑄：將冶煉的鋼水澆鑄成連鑄坯，連鑄坯厚度多300mm，保證不小于3倍壓縮比； 鑄坯再加熱：連鑄坯加熱至1100?1250°C，在爐時間8?12min/cm ; 熱軋：采用TMCP工藝將連鑄坯軋制成100mm厚度鋼板，一階段終軋溫度1000-1150°C， 二階段開軋溫度840-890 °C，終軋溫度830 ±30 °C ; 正火：正火溫度為910±30°C，正火時間為120?200min。
【文檔編號】C22C33/04GK104451389SQ201410643430
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月13日
【發(fā)明者】鄧偉, 崔強(qiáng), 吳年春, 尹雨群 申請人:南京鋼鐵股份有限公司