[发明专利]一种利用稀土提高低碳当量钢板焊接热影响区韧性的方法

说明书

本发明公开了一种利用稀土提高低碳当量钢板焊接热影响区韧性的方法，属于钢铁冶金和钢铁材料领域。该方法依次包括转炉冶炼步骤、LF精炼步骤、RH精炼步骤、连铸步骤和热轧步骤，通过在LF精炼步骤和RH精炼步骤对钢液中的氧、硫和关键微量元素的含量进行控制，并在RH精炼过程中加入适量稀土Ce合金，使钢板中生成大量细小、弥散分布的稀土硫化物夹杂Ce‑S和Ca‑Ce‑S中的一种或两种，稀土硫化物夹杂的尺寸90％以上小于1微米。通过合理控制含稀土元素硫化物夹杂物的成分和数量，利用含稀土元素硫化物夹杂物在焊接过程中钉扎原奥氏体晶界，抑制原奥氏体晶粒长大(粗化)，同时促进晶内针状铁素体生成，进而提高低碳当量高强钢板焊接热影响区韧性的方法。

技术领域：

本发明属于钢铁冶金和钢铁材料领域，具体涉及一种利用稀土提高低碳当量钢板焊接热影响区韧性的方法。

背景技术

造船、桥梁、海洋平台、高层建筑、大型石油储罐等领域的发展对高强度厚钢板的需求越来越大。为了提高焊接效率，在焊接施工中会采用大热输入焊接。但是随着焊接热输入的增加，焊接热影响区的原奥氏体晶粒尺寸显著增加，形成粗晶热影响区，其焊接性能显著降低，焊接裂纹敏感性增加。

为了改善厚板焊接热影响区性能，国内外的研究表明，利用钢中细小弥散分布的夹杂物可以抑制焊接过程热影响区原奥氏体晶粒的长大，同时可以作为形核核心，诱导低碳当量钢板焊接过程晶内铁素体的生成，从而提高大热输入焊接热影响区的韧性。

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。)提出在钢添加一定量的Ti和N，利用TiN粒子一方面阻止焊接热循环过程中奥氏体晶粒长大，另一方面促进针状铁素体的生成，从而有效抑制了焊接热影响区韧性的降低。然而，随着焊接热输入的增加，焊缝熔合线附近热影响区的峰值温度将超过1400℃，TiN粒子在此温度下将粗化溶解，从而失去抑制原奥氏体晶粒长大的作用。因此，之后的研究者们探索利用具有高温稳定性的氧化物粒子作为钉扎晶界和促进晶内铁素体形核的核心。日本专利JP517300发明了利用钛的氧化物提高钢材大线能量焊接性能的方法。钛的氧化物粒子可以作为铁素体的形核核心，形成相互间具有大倾角晶粒的针状铁素体组织，改善焊接热影响区的韧性。但是含钛氧化物夹杂在钢液中容易聚集长大，大颗粒含钛夹杂物会降低钢的韧性，甚至成为裂纹源。

近些年，研究者们相继开发了利用钢中不同类型粒子提高焊接热影响区韧性的技术。如日本专利JP3378433和日本专利JP3476999开发的利用MgO粒子，专利CN102191429B开发的通过在钢液浇注过程添加Mg合金，利用钢中生成的MgO或MgO-Ti₂O₃复合夹杂抑制焊接热影响区奥氏体晶粒长大，促进其晶内铁素体生长，提高厚板的大线能量焊接性能。专利CN101476018B公布了一种通过在钢中添加Ca元素，使之形成细小弥散的纳米级CaO或CaS质点，并使MnS依附其上形成圆形或多边形质点，形成数量较多的晶内针状铁素体的形核质点，有效钉扎奥氏体晶界、细化晶粒，提高焊接热影响区粗晶区的韧性。专利CN103695776B通过对钢中Ti/N比值进行合理控制，并对于直径大于等于1μm的微米夹杂物的Ca/Al比值、面密度、长宽比，直径小于1μm的亚微米夹杂物的面密度进行合理控制，利用这些夹杂物表面促进晶内铁素体的生长，或者抑制大线能量焊接过程中奥氏体晶粒的长大，改善厚钢板的大线能量焊接性能。CN1946862B、CN101476018B、CN103695777B、CN104404369A等公布的技术通过控制钢中Ti、Al、Mg、Ca、Zr等元素含量，进而控制氧化物夹杂的成分和数量。这些夹杂物促进晶内铁素体的生长，抑制大线能量焊接过程中奥氏体晶粒的长大，从而改善厚钢板的大线能量焊接性能。这些技术的共同点是利用微细夹杂物粒子促进晶内针状铁素体的生成，同时抑制大线能量焊接过程中原奥氏体晶粒的长大。但是，含Ti和含Ca类氧化物夹杂在钢液中容易聚集长大，粒子尺寸多为几个微米，甚至更大，不仅对提高大线能量焊接钢板韧性没有好处，相反会降低钢板及其焊接热影响区的韧性。上述技术并未对含Ti和含Ca类氧化物夹杂的尺寸控制做描述。