[发明专利]一种大线能量焊接厚钢板及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及焊接用钢板的制造方法，特别涉及提供一种大线能量焊接厚钢板及其制造方法，这种厚钢板可以用于造船、建筑、桥梁、石油天然气管线及海洋平台等领域。本发明在大线能量焊接过程中可以大幅度地改善厚钢板焊接热影响区的韧性。

背景技术

近年来，随着造船、建筑、压力容器、石油天然气管线及海洋平台等焊接构造物的大型化，改善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，因而成为越来越迫切的要求。

经大线能量焊接后，焊接热影响区钢材的组织结构遭到破坏，奥氏体晶粒明显长大，形成粗晶区。在粗晶区导致脆化的组织是冷却过程中形成的侧板条铁素体、上贝氏体，粗大的晶界铁素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马氏体-奥氏体组元等。随着焊接线能量的增加，原奥氏体晶粒粒径变大，侧板条铁素体和上贝氏体组织更加发达，晶界铁素体的尺寸也相应增大，焊接热影响区的夏比冲击功将显著降低，这降低了焊接热影响区的韧性。

神户制钢的日本专利JP4515430(高桥佑二、出浦哲史料：溶接熱影響部の靭性および母材靭性に優れた鋼材およびその製法，JP4515430，2010.5.21。)揭示了通过添加REM、Ca、Zr改善厚板焊接热影响区韧性的方法。在焊接热循环过程中，即使温度高达1400℃，利用REM、Ca、Zr脱氧生成的氧化物也可以在钢材中弥散分布而不发生固溶，因而可以有效地减小铁素体晶粒的尺寸。当夹杂物中REM、Ca、Zr氧化物的重量百分比含量大于5％，Ti氧化物的重量百分比含量大于0.3％的条件下，可以大幅度地提高焊接热影响区的冲击韧性。

JFE的日本专利JP364398(一宫克行、大井健次、星野俊幸、天野虞一，溶接熱影響部靭性に優れた非調質厚肉高張力鋼板の製造方法，JP364398，2005.2.10。)提出了通过钢板的成分设计和控制Ca、S、O的比例改善厚板大线能量焊接性能的方法。同时利用MnS粒子表面析出的TiN、BN和AlN粒子可以促进晶内铁素体的生长，通过添加B可以抑制奥氏体晶界铁素体的生长，由此大幅度地改善焊接热影响区韧性。

新日铁的日本专利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。

发明内容

本发明的目的是提供一种大线能量焊接厚钢板及其制造方法，通过优化合金元素的成分设计，并对脱氧剂的种类、添加顺序、添加时的氧位、添加量和添加方法的控制，选择生成合适成分的夹杂物，可以有效地抑制焊接热影响区原奥氏体晶粒的长大，促进晶内铁素体的生长，从而提高厚钢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，

一种大线能量焊接厚钢板，其化学成分重量百分比为：C 0.05～0.09％，Si：0.10～0.30％，Mn 1.3～1.7％，Ti 0.005～0.03％，Nb 0.003～0.025％，S0.001～0.01％，P≤0.015％，N≤0.006％，Mg 0.0005～0.01％，Al≤0.01％，Ca≤0.003％，其余为Fe和不可避免杂质；

其中，Ti/Nb的重量百分比比值大于或等于1.2；

对于钢中粒径大于或等于1.0μm的微米夹杂物，(Mg+Ca)/Mn重量百分比含量的比值大于或等于0.3；

对于钢中粒径为0.1～1.0μm的亚微米夹杂物，(Mg+Ca)/Mn重量百分比含量的比值大于或等于0.1，Ti/Mn重量百分比含量的比值大于或等于0.07。

进一步，钢板的化学成分还含有Cu≤0.3％、Ni≤0.4％或B≤0.002％中一种以上元素，以重量百分比计。

本发明的一种大线能量焊接厚钢板及其制造方法，包括如下步骤：

a)冶炼、精炼和连铸，钢的化学成分含量是：C：0.05～0.09％，Si：0.10～0.30％，Mn：1.3～1.7％，Ti：0.005～0.03％，Nb：0.003～0.025％，S：0.001-0.01％，P≤0.015％，N≤0.006％，Mg 0.0005～0.01％，Al≤0.01％，Ca≤0.003％，其余为Fe和不可避免杂质；