厚鋼板及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及適合作為用于船舶、海洋結(jié)構(gòu)物、建筑、鋼管領(lǐng)域等各種鋼結(jié)構(gòu)物、特 別是應(yīng)用于大線能量焊接的厚鋼板及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在船舶、海洋結(jié)構(gòu)物、建筑、鋼管等領(lǐng)域中使用的鋼結(jié)構(gòu)物一般通過焊接接合而精 加工為期望形狀的結(jié)構(gòu)物。因此，從確保安全性的觀點(diǎn)出發(fā)，這些結(jié)構(gòu)物除了要確保作為使 用的鋼材的基礎(chǔ)的母材特性、即強(qiáng)度、韌性、伸長(zhǎng)率以外還要求焊接部的特性、主要是接頭 強(qiáng)度、接頭韌性也優(yōu)良。
[0003] 此外，近年來，上述船舶、鋼結(jié)構(gòu)物趨于大型化，因此所使用的鋼材也期望高強(qiáng)度 化、厚壁化，另一方面，抑制由鋼材重量的大幅增加引起的供應(yīng)成本增加這樣的觀點(diǎn)也受到 關(guān)注。因此，逐漸變得采用所應(yīng)用的鋼板的強(qiáng)度、板厚不會(huì)變得過大這樣的設(shè)計(jì)，并且在焊 接施工中應(yīng)用埋弧焊、氣電焊、電渣焊等高效率、大線能量的焊接方法，以期整體的制造成 本的合理化。具體而言，以應(yīng)用上述大線能量焊接為前提，預(yù)計(jì)強(qiáng)度和板厚并沒有那么過大 的、作為強(qiáng)度級(jí)別以拉伸強(qiáng)度計(jì)達(dá)到約550~750N/mm 2級(jí)別、板厚為50mm以下的鋼板的應(yīng)用 會(huì)擴(kuò)大。
[0004] 通常，出于提高鋼板的特性、削減合金元素以及省略熱處理等目的，上述強(qiáng)度級(jí) 另Ij、板厚的厚鋼板通過組合控制乳制和加速冷卻的所謂的TMCP技術(shù)來制造。TMCP技術(shù)能夠 確保高冷卻速度，因此具有能夠以相對(duì)較低成分確保母材強(qiáng)度這樣的優(yōu)點(diǎn)。另一方面，與鋼 板內(nèi)部相比鋼板的表面被驟冷，因此有時(shí)與鋼板內(nèi)部相比鋼板表面附近的硬度變高，板厚 方向的硬度分布產(chǎn)生變動(dòng)。另外，有時(shí)加速冷卻并非在鋼板整個(gè)面上均勻，擔(dān)心對(duì)鋼板內(nèi)的 材質(zhì)均勻性、具體而言為鋼板的拉伸特性帶來影響。
[0005] 為了解決上述問題，以往以來，作為TMCP技術(shù)的一環(huán)，提出了各種解決方法，例如 在專利文獻(xiàn)1中公開了如下所述的方法:加速冷卻時(shí)，將冷卻速度控制為3~12°C/秒這樣比 較低的冷卻速度，由此抑制表面相對(duì)于板厚中心部的硬度升高。另外，在專利文獻(xiàn)2中公開 了如下所述的板厚方向的材質(zhì)差異小的鋼板的制造方法:在冷卻過程中，在鐵素體析出的 溫度范圍內(nèi)進(jìn)行待機(jī)，由此使鋼板的組織為鐵素體與貝氏體的雙相組織，降低了表層與板 厚中心部的硬度的差異。此外，從著眼于鋼板表面的氧化皮性狀和鋼板的加速冷卻時(shí)的冷 卻速度的觀點(diǎn)出發(fā)，在專利文獻(xiàn)3、4中公開了如下所述的方法:在臨冷卻前進(jìn)行去氧化皮， 從而降低因氧化皮性狀引起的冷卻不均，改善鋼板形狀。這些技術(shù)均可被解釋為在確保材 質(zhì)均勻性的同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)由使晶粒微細(xì)化帶來的高韌化的技術(shù)。
[0006] 另一方面，如上所述，在鋼板的焊接施工中傾向于應(yīng)用施工效率高的大線能量焊 接。然而，在由大線能量焊接形成的焊接熱影響部(也稱為HAZ[Heat Affected Zone])中， 會(huì)同時(shí)發(fā)生由上述各種控制乳制、加速冷卻工藝帶來的晶粒微細(xì)化效果消失而引起的接頭 韌性的降低、因接頭軟化區(qū)域的形成引起的接頭強(qiáng)度的降低，要求一并解決上述問題的對(duì) 策。
[0007] 作為其中尤其廣為人知的對(duì)策，存在有通過使焊接中在高溫范圍內(nèi)比較穩(wěn)定的 TiN微細(xì)分散在鋼中來抑制奧氏體晶粒的粗大化的技術(shù)、如專利文獻(xiàn)5中所記載那樣通過在 鋼中添加適量的Ti、B來彌補(bǔ)接頭低溫韌性的降低的方法。
[0008] 此外，公開了如專利文獻(xiàn)6中所記載那樣通過優(yōu)化鋼中的Nb添加量來謀求兼顧鋼 板的高強(qiáng)度化和接頭特性、特別是HAZ韌性的方法。但是，以專利文獻(xiàn)5、6為代表的大線能量 焊接對(duì)策方法對(duì)鋼板材質(zhì)的均質(zhì)性帶來的影響還沒有得到驗(yàn)證。
[0009] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn) [0010]專利文獻(xiàn)
[0011]專利文獻(xiàn)1:日本特公平7-116504號(hào)公報(bào) [0012] 專利文獻(xiàn)2:日本專利第3911834號(hào)公報(bào)
[0013]專利文獻(xiàn)3:日本特開平9-57327號(hào)公報(bào) [00M] 專利文獻(xiàn)4:日本專利第3796133號(hào)公報(bào)
[0015] 專利文獻(xiàn)5:日本特開2005-2476號(hào)公報(bào)
[0016] 專利文獻(xiàn)6:日本特開2011-074448號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017] 發(fā)明所要解決的問題
[0018] 本發(fā)明是鑒于上述現(xiàn)狀而開發(fā)的，一同提供板厚為50mm以下的厚鋼板及其有利的 制造方法，該厚鋼板具備大線能量焊接接頭部所要求的各特性，并且通過減小鋼板的板厚 方向和板寬方向的硬度的變動(dòng)而使得鋼板的材質(zhì)、特別是其全厚度拉伸特性提高。
[0019] 用于解決問題的方法
[0020] 為了解決上述課題，本發(fā)明是在對(duì)作為大線能量焊接對(duì)策的成分設(shè)計(jì)進(jìn)行了優(yōu)化 的基礎(chǔ)上，對(duì)用于使鋼板內(nèi)的材質(zhì)均質(zhì)性提高的制造條件進(jìn)行了研究，并且針對(duì)為了滿足 規(guī)定的均質(zhì)性而應(yīng)具備的材質(zhì)閾值進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)和研究后得到的。即本發(fā)明為：
[0021] 1. 一種大線能量焊接特性和材質(zhì)均質(zhì)性優(yōu)良的厚鋼板，其特征在于，具有以質(zhì) 量％ 計(jì)含有c:0.030 ~0.080%、Si:0.01~0.10%、Mn:1.20~2.40%、P:0.008%WT、S: 0.0005~0.0040 %、A1:0.005~0.080 %、Nb:0.003~0.040 %、Ti:0.003~0.040 %、N: 0.0030~0.0100%、B:0.0003~0.0030%、余量由Fe和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成的成分組成，并 且，板厚方向與板寬方向上各自的維氏硬度(HV)的變動(dòng)幅度：AHV為30以下。
[0022] 2.如1所述的大線能量焊接特性和材質(zhì)均質(zhì)性優(yōu)良的厚鋼板，其特征在于，以質(zhì) 量％計(jì)還含有Cu:1.00% 以下、Ni :1.00% 以下、Cr :1.00% 以下、Mo:0.50% 以下、V:0.10% 以下中的一種或兩種以上。
[0023] 3.如1或2所述的大線能量焊接特性和材質(zhì)均質(zhì)性優(yōu)良的厚鋼板，其特征在于，以 質(zhì)量％計(jì)還含有Ca:0.0005~0.0050%、Zr :0.001~0.020%、REM:0.001 ~0.020% 中的一 種或兩種以上。
[0024] 4.-種大線能量焊接特性和材質(zhì)均質(zhì)性優(yōu)良的厚鋼板的制造方法，該厚鋼板的板 厚方向與板寬方向上各自的維氏硬度(HV)的變動(dòng)幅度：AHV為30以下，所述制造方法的特 征在于，將1~3中任一項(xiàng)所述的成分組成的鋼原材加熱至1000~1300°C后，進(jìn)行熱乳，通過 在鋼板表面處的噴射流的沖擊壓為IMPa以上的條件下使噴射流沖擊鋼板表面來進(jìn)行去氧 化皮，然后，立即以鋼板的平均冷卻速度為10°c/秒以上、鋼板的平均冷卻停止溫度為200~ 600°C的條件進(jìn)行加速冷卻。
[0025] 5.如4所述的厚鋼板的制造方法，其特征在于，加速冷卻停止后，在Acl相變點(diǎn)以下 進(jìn)行回火。
[0026]發(fā)明效果
[0027] 根據(jù)本發(fā)明，可以得到材質(zhì)均質(zhì)性和大線能量焊接接頭特性兩者優(yōu)良的厚鋼板及 其制造方法，產(chǎn)業(yè)上極其有用。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 以下，對(duì)本發(fā)明的限定條件進(jìn)行說明。需要說明的是，化學(xué)成分中的％均為質(zhì) 量％。
[0029] C:0.030 ~0.080%
[0030] C是提高鋼材的強(qiáng)度的元素，為了確保作為結(jié)構(gòu)用鋼所需的強(qiáng)度，需要添加 0.030%以上。另一方面，大于0.080%時(shí)，在大線能量焊接HAZ中容易生成島狀馬氏體，因此 上限設(shè)定為〇. 080%。優(yōu)選為0.040~0.070%的范圍。
[0031] Si:0.01 ~0.10%
[0032] Si是作為熔煉鋼熔煉時(shí)的脫氧劑而添加的元素，需要添加0.01%以上。但是，大于 0.10%時(shí)，在大線能量焊接HAZ中生成島狀馬氏體，容易招致韌性的降低。因此，Si設(shè)定為 0.01~0.10%的范圍。
[0033] Mn :1.20~2.40 %
[0034] Mn與C同樣是提高鋼板母材的強(qiáng)度的元素，為了確保作為結(jié)構(gòu)用鋼所需的強(qiáng)度，需 要添加1.20%以上。并且與其它合金成分相比廉價(jià)，因此主動(dòng)地添加是有效的。但是，大于 2.40 %時(shí)，淬透性變得過度，母材韌性降低，并且有損焊接性。因此，Mn量設(shè)定為1.20~ 2.40%。優(yōu)選為1.50%~2.20%的范圍。
[0035] Ρ:〇·〇〇8% 以下
[0036] P是作為雜質(zhì)在鋼中含有的元素之一。但是，為了降低鋼板母材和大線能量HAZ部 的韌性，設(shè)定為0.008%以下。在考慮原材料熔煉時(shí)的經(jīng)濟(jì)性方面，優(yōu)選在可能的范圍內(nèi)降 低。
[0037] S:0.0005 ~0.0040%
[0038] S與P同樣是作為雜質(zhì)在鋼中含有的元素之一。與P不同，在以MnS、CaS、REM_S等硫 化物的方式存在的情況下，成為鐵素體的生成核，表現(xiàn)出使大線能量HAZ部韌性提高的效 果。該效果在添加0.0005 %以上時(shí)是有效的。另一方面，過量添加會(huì)招致生成大量硫化物， 使得母材韌性降低。因此，S量設(shè)定為0.0005~0.0040 %的范圍。
[0039] Α1:0·005 ~0.080%
[0040] Al是為