本發(fā)明涉及鋼鐵冶金領(lǐng)域，特別涉及一種高強(qiáng)度大線能量焊接用鋼板及其制備方法。

背景技術(shù)：

自90年代日本提出“氧化物冶金”概念至今，日本大線能量焊接用鋼的生產(chǎn)工藝技術(shù)已日趨成熟并廣泛應(yīng)用于造船、海洋工程、高層建筑、水電、核電、石油化工壓力容器、管線鋼等多種制造領(lǐng)域。經(jīng)歷了從TiN到Ti₂O₃，最后發(fā)展到如今的Ca、Mg氧化物或硫化物的過程機(jī)理，可滿足350KJ/cm以上焊接線能量。目前，我國(guó)的大熱輸入焊接用鋼板的工業(yè)生產(chǎn)與應(yīng)用，僅局限于原油儲(chǔ)罐與造船這兩個(gè)領(lǐng)域，而且只能生產(chǎn)滿足焊接線能量為100-150KJ/cm的鋼板。與日本相比仍有很大差距，而其他眾多領(lǐng)域所需的大線能量焊接用鋼尚屬空白。

目前，國(guó)內(nèi)企業(yè)開發(fā)大線能量焊接用鋼時(shí)，通常采用傳統(tǒng)的微細(xì)TiN釘扎作用機(jī)理，以避免焊接熱影響區(qū)奧氏體晶粒的粗化。采用這種方法，在生產(chǎn)工藝合理的情況下，雖然鋼板能夠承受線能量達(dá)到100KJ/cm左右的要求。但是在焊接熱循環(huán)過程中，當(dāng)溫度達(dá)到1350℃時(shí)，TiN就會(huì)有50％發(fā)生溶解，當(dāng)熔合線部位溫度達(dá)到或超過1400℃時(shí)，溶解的體積分?jǐn)?shù)甚至能夠達(dá)到88％，造成釘扎作用的大幅度弱化，進(jìn)而影響了鋼板的性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供一種高強(qiáng)度大線能量焊接用鋼板及其制備方法。

本發(fā)明提供一種高強(qiáng)度大線能量焊接用鋼板，所述鋼板的化學(xué)成分按重量百分比為C：0.08～0.10％、Si：0.20～0.30％、Mn：1.35～1.55、P：≤0.015％、S：≤0.010％、Ni：0.20～0.30％，Mo：0.10～0.20％，V：0.04～0.05％，Ti：0.008～0.015％，Alt：0.03～0.04％，稀土Ce：0.0005～0.0015％，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。

進(jìn)一步地，所述鋼板的化學(xué)成分按重量百分比為C：0.08～0.10％、Si：0.24～0.30％、Mn：1.35～1.55、P：≤0.007％、S：≤0.005％、Ni：0.25～0.30％，Mo：0.14～0.20％，V：0.04～0.05％，Ti：0.01～0.015％，Alt：0.03～0.04％，稀土Ce：0.0005～0.0015％，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。

進(jìn)一步地，所述鋼板的金相組織為回火索氏體。

本發(fā)明還提供一種上述高強(qiáng)度大線能量焊接用鋼板的制備方法，其包括以下步驟：

步驟a、冶煉和澆鑄，制得鋼坯；

步驟b、加熱和軋制

加熱過程中，加熱溫度為1200℃～1230℃，總在爐時(shí)間≥270min；

軋制分為第一階段軋制和第二階段軋制：

所述第一階段軋制在奧氏體再結(jié)晶區(qū)軋制，軋制過程中，開軋溫度為1180～1210℃，第1～2道次壓下量大于10％，其余至少有1～2道次壓下率控制在20～40％；

第二階段軋制在奧氏體未再結(jié)晶區(qū)軋制，開軋溫度≤960℃，中間坯厚度為3倍成品厚度，終軋溫度為840～870℃；

步驟c、冷卻，以10～20℃/s的冷卻速度冷卻至640～660℃；

步驟d、熱處理

將室溫下的鋼板再加熱，淬火加熱溫度為910～930℃，保溫時(shí)間為10～20min；

回火加熱溫度為630～660℃，在爐時(shí)間為3.2t+20min，其中t為鋼板厚度。

進(jìn)一步地，所述步驟a具體為：

將除了鈰鐵合金外的原料按配比加入冶煉爐，在澆注前1～3分鐘再加鈰鐵合金，待熔化后澆鑄到鋼模，澆鑄成型，得到鋼坯。

本發(fā)明提供一種高強(qiáng)度大線能量焊接用鋼板及其制備方法，該鋼板通過合理的化學(xué)成分設(shè)計(jì)，并經(jīng)過稀土處理，采取上述熱軋和熱處理工藝可以得到一種抗拉強(qiáng)度大于610MPa，滿足120KJ/cm以上焊接線能量的高強(qiáng)度調(diào)質(zhì)鋼板。該鋼板可用于建造大型原油儲(chǔ)罐，適用于埋弧焊、氣體保護(hù)焊、氣電立焊、電渣焊等大線能量輸入的焊接。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制備的鋼板的金相組織圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1制備的鋼板120KJ/cm焊接線能量下熱影響區(qū)金相組織圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例1制備的鋼板中的稀土氧硫化物顆粒圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明公開了一種高強(qiáng)度大線能量焊接用鋼板及其制備方法，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以借鑒本文內(nèi)容，適當(dāng)改進(jìn)工藝參數(shù)實(shí)現(xiàn)。特別需要指出的是，所有類似的替換和改動(dòng)對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的，它們都被視為包括在本發(fā)明。本發(fā)明的方法及應(yīng)用已經(jīng)通過較佳實(shí)施例進(jìn)行了描述，相關(guān)人員明顯能在不脫離本發(fā)明內(nèi)容、精神和范圍內(nèi)對(duì)本文所述的方法和應(yīng)用進(jìn)行改動(dòng)或適當(dāng)變更與組合，來實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用本發(fā)明技術(shù)。

本發(fā)明提供一種高強(qiáng)度大線能量焊接用鋼板，所述鋼板的化學(xué)成分按重量百分比為C：0.08～0.10％、Si：0.20～0.30％、Mn：1.35～1.55、P：≤0.015％、S：≤0.010％、Ni：0.20～0.30％，Mo：0.10～0.20％，V：0.04～0.05％，Ti：0.008～0.015％，Alt：0.03～0.04％，稀土Ce：0.0005～0.0015％，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。

優(yōu)選地，所述鋼板的化學(xué)成分按重量百分比為C：0.08～0.10％、Si：0.24～0.30％、Mn：1.35～1.55、P：≤0.007％、S：≤0.005％、Ni：0.25～0.30％，Mo：0.14～0.20％，V：0.04～0.05％，Ti：0.01～0.015％，Alt：0.03～0.04％，稀土Ce：0.0005～0.0015％，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。

進(jìn)一步地，所述鋼板的金相組織為回火索氏體。

本發(fā)明提供的鋼板中，加入了稀土元素Ce，Ce與鋼中的O和S具有極強(qiáng)的親和力，容易生成稀土Ce的氧化物、硫化物及其復(fù)合化合物，熔點(diǎn)高達(dá)3000℃以上，熱穩(wěn)定好，見圖3。形成的彌散分布的稀土氧硫化合物第二相粒子能夠抑制大線能量焊接過程中高溫下奧氏體的粗化，提高晶內(nèi)鐵素體形核率，促進(jìn)有利于韌性的細(xì)密狀針狀鐵素體組織形成，提高焊縫熱影響區(qū)的沖擊性能，最終實(shí)現(xiàn)大線能量焊接。

相應(yīng)的，本發(fā)明還提供高強(qiáng)度大線能量焊接用鋼板的制備方法，其包括以下步驟：

步驟a、冶煉和澆鑄，制得鋼坯；

步驟b、加熱和軋制

加熱過程中，加熱溫度為1200℃～1230℃，總在爐時(shí)間≥270min；

軋制分為第一階段軋制和第二階段軋制：

所述第一階段軋制在奧氏體再結(jié)晶區(qū)軋制，軋制過程中，開軋溫度為1180～1210℃，第1～2道次壓下量大于10％，其余至少有1～2道次壓下率控制在20～40％；

第二階段軋制在奧氏體未再結(jié)晶區(qū)軋制，開軋溫度≤960℃，中間坯厚度為3倍成品厚度，終軋溫度為840～870℃；

步驟c、冷卻，以10～20℃/s的冷卻速度冷卻至640～660℃；

步驟d、熱處理

將室溫下的鋼板再加熱，淬火加熱溫度為910～930℃，保溫時(shí)間為10～20min；

回火加熱溫度為630～660℃，在爐時(shí)間為3.2t+20min，其中t為鋼板厚度。

上述步驟a具體可以為：

將除了鈰鐵合金外的原料按配比加入冶煉爐，在澆注前1～3分鐘再加鈰鐵合金，待熔化后澆鑄到鋼模，澆鑄成型，得到鋼坯。由此可以提高為鈰的收得率。

上述步驟b是加熱和軋制的過程，具體可，可以用機(jī)械手將鋼坯裝入高溫電阻爐中。加熱溫度1200℃～1230℃，總在爐時(shí)間≥270min，確保鋼坯溫度均勻，待鋼坯達(dá)到加熱要求時(shí)，用機(jī)械手將鋼坯送往，熱軋機(jī)組。采用兩階段控制軋制工藝，即奧氏體再結(jié)晶區(qū)軋制和奧氏體未再結(jié)晶區(qū)軋制。在奧氏體再結(jié)晶區(qū)軋制時(shí)，開軋溫度為1180～1210℃，第1～2道次壓下量應(yīng)大于10％，其次至少有1～2道次壓下率控制在20～40％，用以充分細(xì)化原始奧氏體晶粒；在奧氏體未再結(jié)晶區(qū)軋制時(shí)，此階段的軋制使奧氏體伸長(zhǎng)，晶界面積增加，同時(shí)變形導(dǎo)致晶粒內(nèi)部導(dǎo)入大量的變形帶，在其后γ→α相變時(shí)形核密度和形核點(diǎn)增多，α晶粒進(jìn)一步細(xì)化。設(shè)定開軋溫度≤960℃，中間坯厚度：3倍成品厚度，終軋溫度：840～870℃。

步驟c是冷卻的過程，具體的：控制軋制結(jié)束后，鋼板進(jìn)入層流冷卻區(qū)域，以10～20℃/s的冷卻速度冷卻至640～660℃，之后進(jìn)入冷床空冷。

步驟d是熱處理的過程，經(jīng)過上海蘇熱處理后，可以得到金相組織為回火索氏體的鋼板。步驟d具體可以為：

將室溫下的鋼板隨爐再加熱，淬火加熱溫度：910～930℃，保溫時(shí)間：10～20min，出爐后浸入水箱進(jìn)行淬火；之后進(jìn)行回火熱處理，回火加熱溫度：630～660℃，在爐時(shí)間3.2t+20min，其中t為鋼板厚度。

本發(fā)明提供一種高強(qiáng)度大線能量焊接用鋼板及其制備方法，該鋼板通過合理的化學(xué)成分設(shè)計(jì)，并經(jīng)過稀土處理，采取上述熱軋和熱處理工藝可以得到一種抗拉強(qiáng)度大于610MPa，滿足120KJ/cm以上焊接線能量的高強(qiáng)度調(diào)質(zhì)鋼板。該鋼板可用于建造大型原油儲(chǔ)罐，適用于埋弧焊、氣體保護(hù)焊、氣電立焊、電渣焊等大線能量輸入的焊接。

下面結(jié)合實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明：

實(shí)施例1

按表1所示的化學(xué)成分冶煉，并澆鑄成鋼錠，將鋼錠加熱至1200℃，總在爐時(shí)間保溫300分鐘，在實(shí)驗(yàn)軋機(jī)上進(jìn)行第一階段軋制，即奧氏體再結(jié)晶區(qū)軋制，開軋溫度為1183℃，第1～2道次壓下量應(yīng)大于10％，其次至少有1～2道次壓下率控制在20～40％，當(dāng)軋件厚度為42mm時(shí)，在輥道上待溫至950℃，隨后進(jìn)行第二階段軋制，即奧氏體未再結(jié)晶區(qū)軋制。終軋溫度為850℃，成品鋼板厚度為14mm。軋制結(jié)束后，鋼板進(jìn)入層流冷卻裝置，以16℃/s的速度冷卻至645℃。鋼板隨爐加熱至910℃，保溫10min后淬火，回火加熱溫度660℃，在爐時(shí)間58min，最后即可得到所述鋼板。

請(qǐng)參見圖1至圖3，其中，圖1為本實(shí)施例制得鋼板的金相組織圖；圖2為本實(shí)施例制得鋼板120KJ/cm焊接線能量下熱影響區(qū)金相組織圖；圖3為本實(shí)施例制得鋼板中的稀土氧硫化物顆粒圖。

實(shí)施例2

實(shí)施方式同實(shí)施例1，其中加熱溫度為1210℃，總在爐時(shí)間保溫320分鐘，第一階段軋制的開軋溫度為1190℃，中間坯厚度為48mm，第二階段軋制的開軋溫度為955℃，終軋溫度為855℃，成品鋼板厚度為16mm。軋制結(jié)束后，鋼板進(jìn)入層流冷卻裝置，以15℃/s的速度冷卻至640℃，鋼板隨爐加熱至920℃，保溫10min后淬火，回火加熱溫度640℃，在爐時(shí)間71min，最后即可得到所述鋼板。

實(shí)施例3

實(shí)施方式同實(shí)施例1，其中加熱溫度為1230℃，總在爐時(shí)間310分鐘；第一階段軋制的開軋溫度為1218℃，中間坯厚度為60mm；第二階段軋制的開軋溫度為956℃，終軋溫度為860℃，成品鋼板厚度為20mm；軋制結(jié)束后，鋼板進(jìn)入層流冷卻裝置，以15℃/s的速度冷卻至650℃，鋼板隨爐加熱至930℃，保溫10min后淬火，回火加熱溫度630℃，在爐時(shí)間80min，最后即可得到所述鋼板。

表1本發(fā)明實(shí)施例1～3的化學(xué)成分(wt％)

對(duì)本發(fā)明實(shí)施例1～3的鋼板進(jìn)行力學(xué)性能檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2本發(fā)明實(shí)施例1～3的鋼板的力學(xué)性能

對(duì)實(shí)施例1制備的鋼板焊接熱模擬后的沖擊性能進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果列于表3：

表3實(shí)施例1大線能量焊接后熱影響區(qū)沖擊性能

由上述內(nèi)容可知，本發(fā)明提供的鋼板具有優(yōu)異的力學(xué)性能和熱影響區(qū)沖擊性能，能夠滿足120KJ/cm以上焊接線能量的高強(qiáng)度調(diào)質(zhì)鋼板的性能需求。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。