[发明专利]800MPa级高强度大线能量焊接用厚板

说明书

技术领域

本发明涉及结构钢，特别是涉及800MPa级高强度大线能量焊接用厚板及其制造方法。

背景技术

低合金高强钢是使用量最大的结构材料之一，广泛应用于石油天然气管线、造船、桥梁、高层建筑、压力容器等行业。为提高生产效率，上述行业对结构用钢板的强度和焊接性，尤其是大线能量焊接性的要求越来越高，但大线能量焊接容易带来一个非常严重的问题，即焊缝周围焊接热影响区(HAZ)的韧性严重恶化，极易发生脆断。对于传统的低合金钢而言，其焊接线能量一般不超过40kJ/cm，在这种情况下，HAZ韧性恶化问题表现不明显，但当焊接线能量达到一定水平，如50-100kJ/cm时，传统的低合金高强钢就难以满足焊接要求，这就需要解决大线能量焊接HAZ的脆化问题。

从焊接热循环角度看，在大线能量焊接过程中，HAZ附近的温度可达1400℃甚至更高，高温停留时间以及t_8/5冷却时间延长，造成高温时奥氏体晶粒显著长大，在随后的缓慢冷却过程中形成粗大的对韧性不利的组织，如晶界处粗大的晶界铁素体、上贝氏体、侧板条铁素体、魏氏组织、M-A(马氏体-奥氏体)岛等。对高强钢而言，在大线能量焊接过程中不可避免的问题是马氏体-奥氏体组元的形成。通常，马氏体-奥氏体组元的尺寸、数量、形态和分布等均对HAZ的低温韧性产生不利影响，引起HAZ脆化。因此，高强钢在焊接后通常需要进行焊后热处理以分解焊接冷却时形成的马氏体-奥氏体组元从而提高焊接接头的韧性。由此可见，对高强钢而言，通过合理的成分设计，控制高温阶段奥氏体晶粒长大，或者在冷却过程中控制奥氏体相变过程使之转变成对韧性有利的组织(如下贝氏体、针状铁素体等)，就可以极大地改善大线能量焊接HAZ的脆化问题。

一般，焊接热模拟时的峰值温度较低，通常在1350℃，峰值温度对奥氏体晶粒尺寸有显著影响，在其它焊接热模拟参数一定的情况下，峰值温度为1400℃时的奥氏体晶粒尺寸明显大于峰值温度1350℃时的奥氏体晶粒，奥氏体晶粒尺寸与温度呈指数关系，而实际焊接时的最高温度在1400℃以上。因此，采用较低的焊接热模拟温度并不能很好地模拟实际焊接时的效果

现有技术中有记载解决大线能量焊接HAZ脆化问题的方法。如US4629505公开的“氧化物冶金”技术可满足大线能量焊接要求。CN1946862A公开了一种焊接热影响区低温韧性优异的厚高强度钢板，抗拉强度小于600MPa，且HAZ的冲击功试验温度在-20℃或以上。

以上技术均没有涉及800MPa级的高强度钢板。目前还没有800MPa级的高强度大线能量焊接用厚钢板。

发明内容

本发明的目的是提供一种高强度大线能量焊接用钢板。本发明通过对钢的化学成分进行合理设计，采用传统的控轧控冷工艺即可生产出一种具有优异的大线能量焊接性的高强度厚钢板，且抗拉强度在800MPa以上。本发明在传统的低碳钢的成分基础上，通过提高钢中镍的含量，同时配合加入适量Cr、Mo等合金元素，可大幅度提高钢板的大线能量焊接热影响区低温韧性(-40℃)。

为了实现上述目的，本发明的高强度大线能量焊接用钢板，其重量百分比化学成分为：C：0.05-0.10％，Si：0.05-0.20％，Mn：0.5-1.5％，P≤0.015％，S≤0.005％，Al：0.02-0.08％，N：0.002-0.005％，Cr：0.1-0.5％，Mo：0.1-0.5％，Cu：0.2-0.5％，Ni：1.0-4.0％，O≤0.0030％，其余为Fe以及其它不可避免的杂质。

优选地，C：0.05-0.09％。

优选地，Si：0.05-0.19％，更优选为0.08-0.1％。

优选地，Mn：0.8-1.5％。

优选地，P≤0.01％。

优选地，S≤0.0049％，更优选S≤0.0048％。

优选地，Al：0.03-0.07％，更优选为0.03-0.05％。

优选地，N：0.0022-0.0048％，更优选为0.0023-0.0046％。

优选地，Cr：0.11-0.45％，更优选为0.2-0.4％。

优选地，Mo：0.11-0.49％，更优选0.12-0.48％，还优选0.2-0.4％。

优选地，Cu：0.21-0.49％，更优选0.23-0.48％。

优选地，Ni：1.01-3.9％，更优选，1.03-3.85％。

本文中，未另有指明时，含量均为重量百分含量。