一種氧化物增強(qiáng)型可大熱輸入焊接鋼板的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于可大熱輸入焊接鋼板生產(chǎn)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種氧化物增強(qiáng)型可大熱輸 入焊接鋼板。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，隨著船舶、壓力容器、橋梁等結(jié)構(gòu)的建造向著大型化及大跨度的方向發(fā)展， 對(duì)于焊接效率提出了越來越高的要求。因此，諸多高效焊接方法如雙絲及多絲埋弧焊接、氣 電立焊、電渣焊等越來越廣泛的投入到工業(yè)化應(yīng)用當(dāng)中。然而隨著該類高效焊接方法的應(yīng) 用，焊接熱輸入由原來的15~50kJ/cm逐漸提高到70~600kJ/cm，甚至高達(dá)lOOOkJ/cm，傳統(tǒng) 鋼板與焊接材料在該焊接熱輸入下所形成的焊接接頭的強(qiáng)度及初性都會(huì)嚴(yán)重惡化，不能滿 足使用要求。
[0003] 目前針對(duì)大熱輸入焊接鋼板所提出的解決方案，總結(jié)起來主要可分為=大類：
[0004] 第一類為通過向母材鋼板或焊接材料中添加 Ni元素，W改善其大熱輸入焊接條件 下焊接接頭的低溫初性，該方法通常需要將Ni元素的含量添加到0.50% W上，如專利 CN100430174CXN1302144CW及CN1946862B等。該方法的缺點(diǎn)是需要向鋼板中添加大量的 貴重金屬元素 Ni,大幅度的增加了合金成本。
[0005] 第二類為通過低碳低合金設(shè)計(jì)，降低母材鋼板的C當(dāng)量，并且通過控制鋼中的Ti/N 比例，形成TiN粒子，阻止大熱輸入焊接條件下粗晶區(qū)奧氏體晶粒的長大，從而達(dá)到改善焊 接熱影響區(qū)低溫初性的目的，如專利CN201110071409、CN201110172661、CN201410643430 等，該方法的缺點(diǎn)是只能將焊接熱輸入提高到120kJ/cm左右，繼續(xù)提高焊接熱輸入將會(huì)導(dǎo) 致焊接熱影響區(qū)高溫停留時(shí)間大幅度延長，使得TiN粒子大量溶解，不能有效的控制奧氏體 晶粒的長大，使得焊接粗晶區(qū)的初性嚴(yán)重惡化，同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致焊接熱影響區(qū)的強(qiáng)度降低。
[0006] 第=類為通過在鋼板中形成特定類型和尺寸的彌散分布的氧化物粒子，W此來改 善大熱輸入焊接條件下的焊接熱影響區(qū)低溫初性，但該類方法目前有W下缺點(diǎn)：①在冶煉 過程中將鋼液中的氧含量控制在較高的水平（10~6(K)ppm)，用Ti進(jìn)行脫氧，當(dāng)鋼液中氧含 量較高時(shí)，Ti的收得率會(huì)顯著降低，運(yùn)就需要加入大量的Fe-Ti合金，造成Fe-Ti合金的浪 費(fèi)，如專利CN100523255C;②未對(duì)Ti、Mg、Al、0、N元素之間的含量關(guān)系作出合理的約束，造成 所形成的氧化物粒子數(shù)量偏少，并且能夠促進(jìn)晶內(nèi)鐵素體形核的氧化物粒子所占比例偏 小，從而導(dǎo)致焊接熱輸入難W突破600kJ/cm，并且焊接熱影響區(qū)的低溫初性難W達(dá)到-60°C 的沖擊初性要求，如專利CN201210062515、CN201010132582、CN201110003621、JP2005-232515A、肝2005-105322A、JP2011-74447A等。
[0007] 綜上所述，目前仍缺乏一種針對(duì)能夠承受600kJ/cmW上熱輸入焊接，并且能夠保 證焊接熱影響區(qū)-60°C沖擊初性的鋼板。

【發(fā)明內(nèi)容】

[000引本發(fā)明的目的在于提供一種氧化物增強(qiáng)型可大熱輸入焊接鋼板，在600~1000 kJ/ cm的熱輸入焊接條件下，保證焊接熱影響區(qū)-60°C沖擊功含lOOJ。
[0009] 為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0010] -種氧化物增強(qiáng)型可大熱輸入焊接鋼板，鋼板的化學(xué)成分按重量百分比計(jì)包括:C <0.10%、Si<0.20%、Mnl.20~1.80%、Ti0.01~0.10%、Alt<0.01%、Als0.001~ 0.005%、Mg 0.0005~0.0030 %、N 含 0.006 %、00.0 OlO~0.0050 %，余量為化和部分合金元 素 W及不可避免的雜質(zhì)；
[0011] 且上述化學(xué)成分同時(shí)滿足下式：
[0012] {[Ti]-3.42[N]} X {[0]-2/3[Mg]} > 4.467X10-6
[0013] 3< [Ti]/{[Mg] + [Als]} < 15
[0014] 1.35< [Alt]/[Mg] < 12.7
[001引并且，鋼板中直徑為0.2~2.0皿的氧化物粒子的體密度含3.5 X IO8個(gè)/cm3，該氧化 物粒子為由了110~50%、]/%3~20%、415~25%、0 20~45%組成的1'10廣]/%412〇4復(fù)合氧 化物。
[0016] 進(jìn)一步，所述的氧化物增強(qiáng)型可大熱輸入焊接鋼板除所述化學(xué)組分W外，還含有 化、燈、1〇、加、師、￥和8中的一種或一種^上，按重量百分比計(jì)分別為：化<0.50%、燈< 0.50%、Mo<0.50%、Cu<0.50%、Nb<0.05%、V<0.05%、B< 0.003%。
[0017] 進(jìn)一步，所述的氧化物增強(qiáng)型可大熱輸入焊接鋼板在600~lOOOkJ/cm的熱輸入焊 接條件下，焊接熱影響區(qū)-6〇°C沖擊功含100J。
[0018] 本發(fā)明的核屯、內(nèi)容為控制鋼板中Ti、Alt、Mg、0、N元素的含量W及比例關(guān)系，從而 在鋼板中形成大量尺寸為0.2~2.0皿的TiOx-MgAlsO復(fù)合氧化物，從而改善鋼板的焊接性 能，Ti、Alt、Mg、0、N元素設(shè)計(jì)原則如下：
[0019] Ti:適量添加可在鋼板中形成細(xì)小彌散分布的TiOx和TiN,其中TiOx與MgAl2〇4結(jié)合 形成的TiOx-MgAb化復(fù)合氧化物粒子可有效促進(jìn)焊接熱影響區(qū)中針狀鐵素體的形成，大幅 度提高鋼板焊接熱影響區(qū)的低溫初性，但添加量過高，會(huì)增加鋼液的黏度，不利于鋼水的冶 煉，同時(shí)含量過高還會(huì)導(dǎo)致所形成的TiOx尺寸粗大，惡化鋼板的初性，故其含量控制在0.01 ~0.10%之間。并且若要形成TiOx,還必須滿足{[Ti]-3.42[N]}X{[0]-2/3[Mg]} >4.467 Xl(^6，{[Ti]-3.42陽]}表示鋼液中除去TiN之后剩余的自由Ti元素，{[0]-2/3[Mg]}表示鋼 液中除去Mg形成氧化物之后剩余的自由0元素，只有該乘積關(guān)系> 4.467 X 1(T6時(shí)，方能形成 大量TiOx。
[0020] Al:強(qiáng)脫氧劑，Alt、Als分別表示鋼液中的全侶和酸溶侶，在Mg合金未添加之前，鋼 液的自由0含量是受Als控制的，Als含量越高，鋼液中的自由0含量越低，因此為了保證鋼液 中有適量的自由氧與Ti和Mg形成氧化物，Als的含量越低越好，其最佳范圍為< 0.005% ;而 Alt的含量決定了Als的含量，Alt越高，相應(yīng)的Als也越高，因此為了確保Als < 0.005% ,Alt 應(yīng)控制在<0.01 %的范圍內(nèi)。
[002。 Mg :與Al、Ti復(fù)合添加，形成TiOx-MgAl204復(fù)合氧化物粒子，當(dāng)Mg的添加量< 0.0005 %時(shí)，鋼板中所形成的TiOx-MgAls化復(fù)合氧化物粒子將會(huì)偏少，達(dá)不到改善焊接熱影 響區(qū)低溫初性的效果，而添加量>0.0030%時(shí)，Mg的收得率將會(huì)大幅度降低，并且所形成的 氧化物將會(huì)W單一的MgO為主，因此Mg的含量應(yīng)控制在0.0005~0.0030 %之間。為了能夠形 成TiOx-MgAbCk復(fù)合氧化物粒子，Ti、Al、Mg元素之間還需滿足1.35 < [Alt]/[Mg]。2.7、3 < [Ti]/{[Mg] + [Als]} < 15。其原因在于：當(dāng)[Alt]/[Mg]<1.35,鋼液中將會(huì)形成單一的 1邑0，[41*]/曲邑]>12.7，則鋼液中會(huì)形成單一的412〇3，而[1'1]/{曲邑]+ [41]}<2時(shí)，1'1與0的 結(jié)合能力太弱，無法與MgAb〇4結(jié)合生成TiOx-MgAbCk,若[Ti]/{[Mg] + [Al]}>15,鋼液中所 形成的TiOx則會(huì)聚集，形成大量尺寸> 2WI1氧化物粒子。
[0022] 綜上所述，若要在鋼板中形成大量的1'10、-1邑41204，1'1、41、1邑元素之間需同時(shí)滿 足下列關(guān)系：
[0023] {[Ti]-3.42[N]} X {[Als]-2/3[Mg]} > 4.467X10-6
[0024] 3< [Ti]/{[Mg] + [Als]} < 15
[0025] 1.35< [Alt]/[Mg]<12.7
[0026] N:可與Ti形成TiN粒子，細(xì)化鋼板的晶粒尺寸，提高鋼板的強(qiáng)初性，但在本發(fā)明中， N與Ti結(jié)合生成TiN粒子將會(huì)降低TiOx的量，不利于鋼板焊接熱影響區(qū)低溫初性的改善，因 此需要控制在< 0.0060%的范圍內(nèi)。
[0027] 0:形成TiOx-MgAl2〇4的必要元素，其含量過低，將會(huì)導(dǎo)致形成的TiOx-MgAl2〇4數(shù)量 偏少，若含量過高，則會(huì)造成Ti、Mg合金的收得率大幅度降低W及鋼中的其他合金元素的氧 化，并且形成的氧化物粒子尺寸也會(huì)偏大，因此需要控制其含量為10~50ppm。
[0028] 其他合金元素的設(shè)計(jì)原則：
[0029] C:作為鋼材中的重要合金元素之一，直接影響母材鋼板的強(qiáng)度、低溫初性W及焊 接性。從降低C當(dāng)量提高焊接性的角度來說，C含量的降低有助于焊接熱影響區(qū)初性的提高， 當(dāng)C含量高于0.10 %時(shí)，會(huì)大幅度的破壞焊接性與低溫初性。因此，鋼板中的C含量應(yīng)控制在 <0.10%的范圍內(nèi)。
[0030] Si:有較高的固溶強(qiáng)化作用，并且是鋼水冶煉過程中常用的脫氧劑，但是Si含量過 高時(shí)，鋼板焊接熱影響區(qū)中形成M組元的傾向大幅度增加，對(duì)焊接熱影響區(qū)的初性不利，因 此鋼板中的Si含量控制在< 0.20%的范圍內(nèi)。
[0031] Mn:是鋼鐵材料中重要的固溶強(qiáng)化元素，可W提高鋼的澤透性，同時(shí)也是煉鋼過程 中常用的脫氧劑，而當(dāng)Mn含量偏高時(shí)，對(duì)鋼板的低溫初性不利，且較高的Mn含量會(huì)容易產(chǎn)生 偏析，因此，Mn含量控制在1.2~1.8 %之間。
[0032] S，P作為雜質(zhì)元素，對(duì)鋼板的低溫初性不利，應(yīng)控制在合理的范圍內(nèi)，本發(fā)明中將S 控制在< 0.007%，P控制在< 0.015%，既保證了焊接接頭的力學(xué)性能，同時(shí)充分考慮了煉 鋼成本的降低。
[0033] 同現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果至少在于：
[0034] 1、本發(fā)明通過系統(tǒng)設(shè)計(jì)鋼板的成分，合理控制Ti、Al、Mg、0、N元素之間的比例關(guān) 系，將鋼板可承受的焊接熱輸入提高到了 600kJ/cm W上，并且能夠保證焊接熱影響區(qū)-60°C 沖擊功^ IOOJ;
[0035] 2、鋼板中得到了大量細(xì)小(0.2~2.Own)、分布致密的TiOx-MgAb化復(fù)合氧化物粒 子，其體密度> 3.5 X IO8個(gè)/cm3，確保了鋼板的焊接性能；
[0036] 3、鋼板含有Ni、化、Mo、化、Nb、V和B中的一種或一種W上，保證了鋼板的強(qiáng)度。
【附圖說明】
[0037] 圖1為本發(fā)明鋼的典型鋼板組織；
[0038] 圖2為本發(fā)明鋼中電解出的典型TiOx-MgAb化復(fù)合氧化物粒子形貌及能譜分析結(jié) 果；
[0039] 圖3為本發(fā)明鋼中TiOx-MgAlsO復(fù)合氧化物粒子的Ti、Mg、Al元素含量統(tǒng)計(jì)分布圖。
【具體實(shí)施方式】
[0040] W下結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說明。
[0041] 實(shí)施例1~10#W及比較例11~15#的具體成分見表1，按照W下生產(chǎn)工藝生產(chǎn)：
[0042] (1)在冶煉、誘鑄工序中，按照權(quán)利要求書中的成分范圍W及元素比例關(guān)系進(jìn)行冶 煉、誘注成板巧；
[0043] (2)在加熱工序中，板巧加熱溫度控制在1150~1250°C之間，保溫時(shí)間2~3小時(shí)；
[0044] (3)在社制工序中，累計(jì)社制壓下率> 80% ;
[0045] (4)在冷卻工序中，社后直接水冷，W5~30°C/s的速率冷卻至300~450°C，然后空 冷至室溫。
[0046] 附圖1為實(shí)施例鋼板典型的顯微組織照片，顯示出母材鋼板主要為細(xì)小的鐵素體 組織；附圖2為實(shí)施例鋼板中電解出的氧化物的典型形貌和能譜成分分析結(jié)果，附圖3為該 氧化物成分分析統(tǒng)計(jì)結(jié)果，該結(jié)果顯示出實(shí)施例鋼板中氧化物的類型和數(shù)量與本發(fā)明的要 求范圍相符，正是因?yàn)殇摪逯写嬖诖罅康脑擃愌趸铮行У奶岣吡舜鬅彷斎牒附訔l件下 焊接粗晶區(qū)晶內(nèi)鐵素體所占的比例，從而使得鋼板在600~lOOOkJ/cm焊接熱輸入條件下仍 有良好的低溫初性。
[0047] 表1實(shí)施例及比較例鋼板成分(重量百分比，wt%)
[004引

[0049]表2實(shí)施例和比較例鋼板力學(xué)性能、特征值W及焊接接頭力學(xué)性能
[(K)加 ]

[0051] 鋼板的力學(xué)性能、特征值W及與比較例的焊接性能對(duì)比見表2。由結(jié)果可知，本發(fā) 明實(shí)施例中的鋼板(1#~10#)，在600~lOOOkJ/cm的焊接熱輸入條件，焊接熱影響區(qū)仍能保 證-60°C沖擊功>100J，而對(duì)比例中的鋼板（11#~15#)，在600kJ/cm的焊接熱輸入條件下， 焊接熱影響區(qū)的-60°C沖擊功小于50 J。
[0052] 最后說明的是，W上優(yōu)選實(shí)施例僅用W說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管通 過上述優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可W在 形式上和細(xì)節(jié)上對(duì)其做出各種各樣的改變，而不偏離本發(fā)明權(quán)利要求書所限定的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種氧化物增強(qiáng)型可大熱輸入焊接鋼板，其特征在于：鋼板的化學(xué)組分按重量百分 比計(jì)包括：0.10%、Si <0.20%、Mn 1.20~1.80%、Ti 0.01 ~0.10%、Alt <0.01%、Als 0.001 ~0.005%、Mg 0.0005~0.0030%、N< 0.006%、00·0010~0.0050%，余量為Fe和部 分合金元素以及不可避免的雜質(zhì)； 且上述化學(xué)成分同時(shí)滿足下式： {[Ti]-3·42[N]}X{[0]-2/3[Mg]}2 4·467 X10-6 [Ti]/{[Mg] + [Als]} < 15 1.35 < [Alt]/[Mg]<12.7 并且，鋼板中直徑為0.2~2. Ομπι的氧化物粒子的體密度2 3.5 X 108個(gè)/cm3，該氧化物粒 子為由!^10~50%、]/%3~20%^15~25%、0 20~45%組成的11(^-]/^412〇4復(fù)合氧化 物。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化物增強(qiáng)型可大熱輸入焊接鋼板，其特征在于:除所述化學(xué) 組分以外，還含有附、0、1〇、〇1、他、￥和8中的一種或一種以上，按重量百分比計(jì)分別為:附 <0.50%、Cr<0.50%、Mo<0.50%、Cu<0.50%、Nb<0.05%、V<0.05%、B<0.003%。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的氧化物增強(qiáng)型可大熱輸入焊接鋼板，其特征在于:所述鋼 板在600~1000kJ/cm的熱輸入焊接條件，焊接熱影響區(qū)-60°C沖擊功2 100J。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種氧化物增強(qiáng)型可大熱輸入焊接鋼板，該鋼板的化學(xué)成分包括：C≤0.10％、Si≤0.20％、Mn 1.20～1.80％、Ti 0.01～0.10％、Alt≤0.01％、Als 0.001～0.005％、Mg 0.0005～0.0030％、N≤0.006％、O 0.0010～0.0050％，余量為Fe和部分合金元素及不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明通過合理控制Ti、Al、Mg、O、N元素之間的比例關(guān)系，在鋼板中形成了大量尺寸為0.2～2.0μm的TiOx?MgAl2O4復(fù)合氧化物粒子，將鋼板可承受的焊接熱輸入提高到了600～1000kJ/cm，并且能夠保證焊接熱影響區(qū)?60℃沖擊功≥100J。
【IPC分類】C22C38/02, C22C38/06, C22C38/04, C22C38/14
【公開號(hào)】CN105714193
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610107487
【發(fā)明人】李小寶, 張宇, 周云
【申請(qǐng)人】江蘇省沙鋼鋼鐵研究院有限公司