[发明专利]一种提高厚钢板大线能量焊接性能的方法

说明书

技术领域

本发明属于钢铁冶金和钢铁材料领域，具体涉及一种提高厚钢板大线能量焊接性能的方法。

背景技术

对于造船、建筑等领域，提高厚钢板的大线能量焊接性能，可以提高焊接效率、缩短制造工时，降低制造成本。对于压力容器、石油天然气管线及海洋平台等领域，改善厚钢板的焊接热影响区韧性也已成为越来越迫切的要求。

经大线能量焊接后，钢材的组织结构遭到破坏，奥氏体晶粒明显长大，形成粗晶热影响区，降低了焊接热影响区的韧性。在粗晶热影响区导致脆化的组织是冷却过程中形成的粗大的晶界铁素体、侧板条铁素体和上贝氏体，以及在晶界铁素体近傍形成的珠光体、在侧板条铁素体的板条间形成的碳化物岛状M-A组元等。随着旧奥氏体晶粒粒径的增加，晶界铁素体和侧板条铁素体等尺寸也相应增大，焊接热影响区的夏比冲击功将显著降低。

日本专利JP5116890(金沢正午、中島明、岡本健太郎、金谷研：大入熱溶接用高張力鋼材製品製造方法，JP5116890，1976.5.28。)中揭示了在钢材的成分设计中，添加一定量的Ti、N，利用TiN粒子可以抑制焊接热影响区韧性的劣化，焊接线能量可以提高到50kJ/cm。但是当船板钢所要求的焊接线能量达到400kJ/cm，建筑用钢的焊接线能量达到800-1000kJ/cm的条件下，在焊接过程中，焊接热影响区的温度将高达1400℃，TiN粒子将部分发生固溶或者长大，其抑制焊接热影响区晶粒长大的作用将大部分消失，这时将不能阻止焊接热影响区韧性的劣化。

日本专利JP517300(小池允、本間弘之、松田昭一、今軍倍正名、平居正纯、山口福吉，JP517300，1993.3.8)中揭示了利用钛的氧化物提高钢材大线能量焊接性能的方法。钛的氧化物在高温下稳定，不易发生固溶。同时钛的氧化物可以作为铁素体的形核核心发挥作用，细化铁素体晶粒，并且形成相互间具有大倾角晶粒的针状铁素体组织，有利于改善焊接热影响区的韧性。但是在焊接线能量大于200kJ/cm的大线能量焊接过程中，单靠钛的氧化物仍然不足以改善焊接热影响区的韧性。

日本专利JP3378433(児島明彦、渡辺義之、千々岩力雄：溶接熱影響部靭性の優れた鋼板の製造方法，JP3378433，1996.4.12。)介绍了利用钢中的MgO微粒改善厚钢板焊接热影响区韧性的方法，指出随着钢中Mg含量的提高，MgO粒子的数量大幅度增加，在焊接过程中高达1400℃加热时，奥氏体晶粒的长大受到明显的抑制，焊接热影响区的韧性得到大幅度地改善。日本专利JP3476999(児島明彦、渡辺義之：溶接熱影響部靭性の優れた鋼板，JP3476999，1996.5.21)将钢材中的MgO夹杂分成纳米级夹杂(50-500nm)和微米级夹杂(0.5-5μm)两类，这两类夹杂的数量随着钢中Mg含量的增高而显著增加，可以显著降低奥氏体晶粒的粒径，并减小焊接热影响区脆性组织晶界铁素体和侧板条铁素体的尺寸，从而改善厚钢板的大线能量焊接性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种提高厚钢板大线能量焊接性能的方法，通过在钢材的冶炼脱氧过程中，形成微细弥散分布和一定成分的夹杂物，来抑制焊接热影响区奥氏体晶粒的长大并促进晶内铁素体的形成，提高厚板的大线能量焊接性能。

为达到上述目的，本发明的技术方案是，

一种提高厚钢板大线能量焊接性能的方法，其包括如下步骤：

1)冶炼、浇铸成锭，钢板的化学成分重量百分比是：C：0.05～0.09％，Si：0.10～0.30％，Mn：1.3～1.7％，Ti：0.005～0.02％，P≤0.015％，S：≤0.01％，N：≤0.006％，Ca≤0.004％；

其中，钢液脱氧过程中加入脱氧剂，脱氧剂种类和添加顺序是Mn、Si→Al→Ti→Ca，厚钢板Al含量重量百分比为：小于0.006％；

钢液浇注过程中，以在锭模底部添加NiMg合金的形式加入Mg-脱氧剂，厚钢板Mg含量重量百分比为0.0005～0.007％；

通过在浇铸锭模中添加Fe₂O₃粉来精确控制Mg脱氧时的初始氧位，Fe₂O₃粉的添加量是使钢液中的氧含量重量百分比为0.001～0.008％；

厚钢板中0.5～10μm大小的夹杂物中Mg的平均重量百分比含量大于或等于7％，小于3μm的夹杂物所占比例大于或等于80％，夹杂物面密度大于或等于300个/mm²；

2)轧制和冷却