[发明专利]一种可大热输入焊接的低温钢板的生产方法

说明书

技术领域

本发明属于焊接性能优异的低温钢中厚板制造领域，具体涉及一种可大热输入焊接的低温钢板的生产方法。

背景技术

由于能源需求的不断提高，造船、桥梁、天然气管线、海洋平台等领域对低温钢的需求也不断提高；采用可大热输入量(≥200kJ/cm)焊接钢板，可显著提高焊接效率、缩短建造周期、降低成本，因此，可大热输入量焊接的低温钢在能源建设领域得到了广泛应用。

工业化大生产可大热输入量焊接的钢板通常包括钢水冶炼和成品钢板轧制(或者包括热处理)等工序。钢水冶炼通常采用的工艺流程为：铁水预处理→转炉冶炼，转炉出钢过程中加入铝块对钢水进行深脱氧→LF精炼，进行合金元素添加和微调→RH真空处理，净化钢水→连铸，并得到满足后续轧制要求的连铸坯。现有技术(如特开2007-293648，特开2007-235974，CN100519809C，CN100447278C)涉及到在LF精炼过程中添加Ti/Ca/Zr/Mg/REM等强氧化物形成元素，目的是在钢水中形成均匀、密布的细小氧化物粒子，然后利用这些氧化物粒子钉扎晶界从而抑制奥氏体晶粒在高温环境下的长大，从而提高焊接热影响区的低温冲击性能，并达到提高钢板的焊接性能的目的。但上述技术存在以下缺点：

1)没有研究该项技术中最重要的几个工艺参数如添加的合金种类、合金添加的方式、合金添加的顺序、合金添加的时机(即合金添加前的钢水温度、钢水中的溶解氧含量)等；上述工艺参数直接决定了最终形成的氧化物的种类、尺寸以及面密度，进而直接决定了最终钢板产品的焊接性能。

2)转炉出钢采用加入铝块深脱氧，这样会在钢水中引入一定量的固溶铝；由于铝是强脱氧元素，且与氧的亲和力大于其它合金元素，因此钢水中铝的存在严重影响了添加强脱氧剂与钢水的化学反应，导致在钢水中生成尺寸较大的氧化铝或者以氧化铝为主的复合氧化物，失去了通过钉扎奥氏体晶界提高钢板焊接性能的目的。

提高焊接性能的另外一种路径是在RH处理和连铸之间增加喂硅钙线的过程，其原理是通过精确控制Ca、S和溶解O含量以及相互间的比例，在钢水中形成一定数量并呈弥散分布的硫化物、氧化物和复合氧硫化物粒子(特开2004-176100、特开2004-10951、特开2003-286540、特开2005-220379、特开2005-68478、特开2010-77494、CN101545077B)，这些细小密布的粒子通过阻碍晶界运动、抑制奥氏体在高温下的长大，从而提高最终钢板的焊接性能。但该技术中由于需要一定量的S，所以容易导致硫化物粗大，恶化韧性。

发明内容

本发明的目的是提供一种可大热输入焊接低温钢板的生产方法。依该工艺生产的钢板-80℃冲击韧性优异(Akv-80℃>47J)，在焊接热输入高达500～600kJ/cm的条件下，能够确保其焊接热影响区满足-60℃冲击韧性要求(Akv-60℃＞47J)。使得单道次可完成50mm及以下厚度规格钢板的焊接，大大提高了焊接效率，能满足寒冷地区船舶、海洋平台等结构用钢的需求，在确保结构安全的同时，能大幅度提高建造效率。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

钢水冶炼工序如下：铁水预处理→复吹转炉冶炼→LF精炼→RH精炼→喂丝→连铸。铁水预处理的目标是：铁水的温度≥1350℃，以重量百分比计S≤0.003％，扒渣率≥95％。转炉冶炼过程中，装炉用铁水量和废钢的比例要大于7，炉渣的碱度控制在3.5～4.5之间，MgO控制在8.0～10.0％；转炉出钢前进行钢包底吹氩气保护，转炉出钢占转炉总容量10～20％时依次加入锰铁、硅铁、石灰，不用铝块脱氧。LF精炼过程造白渣，同时对钢液进行定氧，加入硼铁、扩散脱氧并取钢水样进行成分微调，出钢温度在1610～1640℃之间。RH真空处理阶段，脱气时间≥10分钟，测氧后当钢水溶解氧满足10～100ppm后加入钛铁，合金化结束后，净循环时间≥5分钟后，且当钢水温度1570～1600℃和溶解氧含量20～80ppm同时满足后再破空，破空后以4～6米/秒的速度向钢水中喂入200～400米长度的镁合金或者钙合金包芯线，包芯线直径为10～14mm，然后保证不小于5分钟的软搅拌时间。钢包吊离前，加入超低碳化稻壳保温。浇铸温度为1570～1590℃，连铸坯拉速为1.0～1.4米/秒，制得连铸坯料。