[发明专利]一种超大线能量焊接高强钢及其生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种低碳低合金高强钢，具体的说是一种超大线能量焊接高强钢及其生产方法 

背景技术

随着国民经济的发展与国家基础设施建设速度的加快，各领域钢结构日益大型化，为进一步提高焊接效率、大幅度降低钢结构焊接劳动强度和制作成本，对制作大型钢结构的钢板的强韧性和钢板能承受的焊接线能量要求逐步提高，为此，技术人员对钢板成份及生产方法进行各种改进，以期达到更好的性能，但是仍然存在各种不足。 

如日本专利JP20070158284(NIPPON STEEL CORP.HIGH TENSILESTRENGTH STEEL FOR LARGE HEAT INPUT WELDING)和中国专利200710052132(武汉科技大学，一种大线能量焊接高强度船板钢及其制造方法)生产工艺中均采用常规的Al脱氧，该脱氧方式易产生恶化钢板和焊接热影响区(HAZ)强韧性的Al₂O₃夹杂物，从而严重影响钢板的焊接性能，且前者还含有相对较多Ni、Cr、Mo、V等贵金属元素，增加了合金化成本。 

另外，中国专利200510023216(宝山钢铁股份有限公司，一种可大线能量焊接的厚钢板及制造方法)公开了一种可大线能量焊接的厚钢板。该发明从合金设计入手，采用极低碳C-高Mn-Nb微合金钢作为基础，适当地控制Als含量、进行B-Mg微合金化、REM处理及控制Ti/N等冶金技术手段，并优化TMCP工艺，使获得均匀优异的母材钢板低温韧性的同时，大线能量焊接时HAZ的低温韧性也同样优异。但是其缺点在于所采用的微合金化技术生产的钢板可承受的焊接线能量较低，此外，极低碳C-高Mn-Nb微合金钢对于正常轧制时铸坯加热要求的温度也较高，不利于节能减排。 

此外，文献(李敏，郑香增。大线能量焊接用钢的研究概况，山东冶金，2008，30(3)：8-12)介绍了目前国内外众多钢铁企业在竞相开发适于大线能量焊接(超过500kJ/cm)，同时具有高强度、低焊接裂纹敏感性的品种钢。其化学成分相对本发明钢种较为复杂，Ni、Cr、Mo、V均为贵金属，合金化成本高，大大限制了使用。 

文献(卜勇，尹法章等。稀土和Ca、Mg元素对高强度钢焊接热影响区组织和韧性的影响，钢铁，2006，41(4)：71-76)介绍了添加REM和Ca、Mg元素可在钢的大线高能焊接热影响区中形成弥散稳定的氧硫化物(CeCa)₂O₂S和(CeMg)₂O₂，有效地控制细小弥散的氧硫化合物，获得适中奥氏体有效晶粒尺寸和提供HAZ中形成晶内针状铁素体及稳定活性的形核位置，促进晶内铁素体协同形核生长，有效地使得HAZ组织微细化。不足之处在于，钢板可承受的焊接线能量仅为100kJ/cm，仍难以满足对工业上对高强钢超大线能量焊接性能的要求。 

由此，大型、特大型钢结构用高强钢将面临需同时满足高强韧性能及超大线能量焊接性能的技术升级和技术进步的一些新课题。 

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种强韧性匹配优良，具有强度高、优良的低温韧性、高Z向性能以及能承受超大线能量(≥500kJ/cm)焊接的钢种及其生产方法，按照本申请所述的生产方法制造的钢板合金含量低，从而生产成本低、可广泛适用于各种需要高效焊接的大型、特大型钢结构，而且生产过程容易控制，操作简单，适合规模生产。 

本发明超大线能量焊接高强钢的生产方法为：以钢的化学成分按重量百分数计为C：0.02～0.18％、Si：0.10～0.60％、Mn：0.60～1.90％、P≤0.015％、S≤0.010％、Nb≤0.060％、N：0.0020～0.0060％，O：0.0020-0.0060％，以及Ti：0.005～0.030％，Ca≤0.010％，Mg≤ 0.010％，B：0.0003-0.003％、Ce：0.008-0.015％中的至少两种，其余为Fe及不可避免的夹杂，此外，上述化学成分满足：(1)4.0C+Mn≤2.1，(2)碳当量CE(％)＝C+Si/24+Mn/6+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14≤0.39； 

通过铁水脱硫、转炉顶底吹炼、真空深处理及成分微调制成上述成份的铸坯，再进行控制轧制和控制冷却，随后空冷至室温。 

所述脱氧方式采用Si-Mn脱氧，控制出钢氧含量≤600ppm(质量百分率)，成品钢氧含量≤100ppm(质量百分率)。