高強度大線能量焊接用鋼板及其制備方法與流程

本發明涉及鋼鐵冶金領域，特別涉及一種高強度大線能量焊接用鋼板及其制備方法。

背景技術：

自90年代日本提出“氧化物冶金”概念至今，日本大線能量焊接用鋼的生產工藝技術已日趨成熟并廣泛應用于造船、海洋工程、高層建筑、水電、核電、石油化工壓力容器、管線鋼等多種制造領域。經歷了從TiN到Ti₂O₃，最后發展到如今的Ca、Mg氧化物或硫化物的過程機理，可滿足350KJ/cm以上焊接線能量。目前，我國的大熱輸入焊接用鋼板的工業生產與應用，僅局限于原油儲罐與造船這兩個領域，而且只能生產滿足焊接線能量為100-150KJ/cm的鋼板。與日本相比仍有很大差距，而其他眾多領域所需的大線能量焊接用鋼尚屬空白。

目前，國內企業開發大線能量焊接用鋼時，通常采用傳統的微細TiN釘扎作用機理，以避免焊接熱影響區奧氏體晶粒的粗化。采用這種方法，在生產工藝合理的情況下，雖然鋼板能夠承受線能量達到100KJ/cm左右的要求。但是在焊接熱循環過程中，當溫度達到1350℃時，TiN就會有50％發生溶解，當熔合線部位溫度達到或超過1400℃時，溶解的體積分數甚至能夠達到88％，造成釘扎作用的大幅度弱化，進而影響了鋼板的性能。

技術實現要素：

有鑒于此，本發明提供一種高強度大線能量焊接用鋼板及其制備方法。

本發明提供一種高強度大線能量焊接用鋼板，所述鋼板的化學成分按重量百分比為C：0.08～0.10％、Si：0.20～0.30％、Mn：1.35～1.55、P：≤0.015％、S：≤0.010％、Ni：0.20～0.30％，Mo：0.10～0.20％，V：0.04～0.05％，Ti：0.008～0.015％，Alt：0.03～0.04％，稀土Ce：0.0005～0.0015％，余量為Fe和不可避免的雜質。

進一步地，所述鋼板的化學成分按重量百分比為C：0.08～0.10％、Si：0.24～0.30％、Mn：1.35～1.55、P：≤0.007％、S：≤0.005％、Ni：0.25～0.30％，Mo：0.14～0.20％，V：0.04～0.05％，Ti：0.01～0.015％，Alt：0.03～0.04％，稀土Ce：0.0005～0.0015％，余量為Fe和不可避免的雜質。

進一步地，所述鋼板的金相組織為回火索氏體。

本發明還提供一種上述高強度大線能量焊接用鋼板的制備方法，其包括以下步驟：

步驟a、冶煉和澆鑄，制得鋼坯；

步驟b、加熱和軋制

加熱過程中，加熱溫度為1200℃～1230℃，總在爐時間≥270min；

軋制分為第一階段軋制和第二階段軋制：

所述第一階段軋制在奧氏體再結晶區軋制，軋制過程中，開軋溫度為1180～1210℃，第1～2道次壓下量大于10％，其余至少有1～2道次壓下率控制在20～40％；

第二階段軋制在奧氏體未再結晶區軋制，開軋溫度≤960℃，中間坯厚度為3倍成品厚度，終軋溫度為840～870℃；

步驟c、冷卻，以10～20℃/s的冷卻速度冷卻至640～660℃；

步驟d、熱處理

將室溫下的鋼板再加熱，淬火加熱溫度為910～930℃，保溫時間為10～20min；

回火加熱溫度為630～660℃，在爐時間為3.2t+20min，其中t為鋼板厚度。

進一步地，所述步驟a具體為：

將除了鈰鐵合金外的原料按配比加入冶煉爐，在澆注前1～3分鐘再加鈰鐵合金，待熔化后澆鑄到鋼模，澆鑄成型，得到鋼坯。

本發明提供一種高強度大線能量焊接用鋼板及其制備方法，該鋼板通過合理的化學成分設計，并經過稀土處理，采取上述熱軋和熱處理工藝可以得到一種抗拉強度大于610MPa，滿足120KJ/cm以上焊接線能量的高強度調質鋼板。該鋼板可用于建造大型原油儲罐，適用于埋弧焊、氣體保護焊、氣電立焊、電渣焊等大線能量輸入的焊接。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹。

圖1為本發明實施例1制備的鋼板的金相組織圖；

圖2為本發明實施例1制備的鋼板120KJ/cm焊接線能量下熱影響區金相組織圖；

圖3為本發明實施例1制備的鋼板中的稀土氧硫化物顆粒圖。

具體實施方式

本發明公開了一種高強度大線能量焊接用鋼板及其制備方法，本領域技術人員可以借鑒本文內容，適當改進工藝參數實現。特別需要指出的是，所有類似的替換和改動對本領域技術人員來說是顯而易見的，它們都被視為包括在本發明。本發明的方法及應用已經通過較佳實施例進行了描述，相關人員明顯能在不脫離本發明內容、精神和范圍內對本文所述的方法和應用進行改動或適當變更與組合，來實現和應用本發明技術。

本發明提供一種高強度大線能量焊接用鋼板，所述鋼板的化學成分按重量百分比為C：0.08～0.10％、Si：0.20～0.30％、Mn：1.35～1.55、P：≤0.015％、S：≤0.010％、Ni：0.20～0.30％，Mo：0.10～0.20％，V：0.04～0.05％，Ti：0.008～0.015％，Alt：0.03～0.04％，稀土Ce：0.0005～0.0015％，余量為Fe和不可避免的雜質。

優選地，所述鋼板的化學成分按重量百分比為C：0.08～0.10％、Si：0.24～0.30％、Mn：1.35～1.55、P：≤0.007％、S：≤0.005％、Ni：0.25～0.30％，Mo：0.14～0.20％，V：0.04～0.05％，Ti：0.01～0.015％，Alt：0.03～0.04％，稀土Ce：0.0005～0.0015％，余量為Fe和不可避免的雜質。

進一步地，所述鋼板的金相組織為回火索氏體。

本發明提供的鋼板中，加入了稀土元素Ce，Ce與鋼中的O和S具有極強的親和力，容易生成稀土Ce的氧化物、硫化物及其復合化合物，熔點高達3000℃以上，熱穩定好，見圖3。形成的彌散分布的稀土氧硫化合物第二相粒子能夠抑制大線能量焊接過程中高溫下奧氏體的粗化，提高晶內鐵素體形核率，促進有利于韌性的細密狀針狀鐵素體組織形成，提高焊縫熱影響區的沖擊性能，最終實現大線能量焊接。

相應的，本發明還提供高強度大線能量焊接用鋼板的制備方法，其包括以下步驟：

步驟a、冶煉和澆鑄，制得鋼坯；

步驟b、加熱和軋制

加熱過程中，加熱溫度為1200℃～1230℃，總在爐時間≥270min；

軋制分為第一階段軋制和第二階段軋制：

所述第一階段軋制在奧氏體再結晶區軋制，軋制過程中，開軋溫度為1180～1210℃，第1～2道次壓下量大于10％，其余至少有1～2道次壓下率控制在20～40％；

第二階段軋制在奧氏體未再結晶區軋制，開軋溫度≤960℃，中間坯厚度為3倍成品厚度，終軋溫度為840～870℃；

步驟c、冷卻，以10～20℃/s的冷卻速度冷卻至640～660℃；

步驟d、熱處理

將室溫下的鋼板再加熱，淬火加熱溫度為910～930℃，保溫時間為10～20min；

回火加熱溫度為630～660℃，在爐時間為3.2t+20min，其中t為鋼板厚度。

上述步驟a具體可以為：

將除了鈰鐵合金外的原料按配比加入冶煉爐，在澆注前1～3分鐘再加鈰鐵合金，待熔化后澆鑄到鋼模，澆鑄成型，得到鋼坯。由此可以提高為鈰的收得率。

上述步驟b是加熱和軋制的過程，具體可，可以用機械手將鋼坯裝入高溫電阻爐中。加熱溫度1200℃～1230℃，總在爐時間≥270min，確保鋼坯溫度均勻，待鋼坯達到加熱要求時，用機械手將鋼坯送往，熱軋機組。采用兩階段控制軋制工藝，即奧氏體再結晶區軋制和奧氏體未再結晶區軋制。在奧氏體再結晶區軋制時，開軋溫度為1180～1210℃，第1～2道次壓下量應大于10％，其次至少有1～2道次壓下率控制在20～40％，用以充分細化原始奧氏體晶粒；在奧氏體未再結晶區軋制時，此階段的軋制使奧氏體伸長，晶界面積增加，同時變形導致晶粒內部導入大量的變形帶，在其后γ→α相變時形核密度和形核點增多，α晶粒進一步細化。設定開軋溫度≤960℃，中間坯厚度：3倍成品厚度，終軋溫度：840～870℃。

步驟c是冷卻的過程，具體的：控制軋制結束后，鋼板進入層流冷卻區域，以10～20℃/s的冷卻速度冷卻至640～660℃，之后進入冷床空冷。

步驟d是熱處理的過程，經過上海蘇熱處理后，可以得到金相組織為回火索氏體的鋼板。步驟d具體可以為：

將室溫下的鋼板隨爐再加熱，淬火加熱溫度：910～930℃，保溫時間：10～20min，出爐后浸入水箱進行淬火；之后進行回火熱處理，回火加熱溫度：630～660℃，在爐時間3.2t+20min，其中t為鋼板厚度。

本發明提供一種高強度大線能量焊接用鋼板及其制備方法，該鋼板通過合理的化學成分設計，并經過稀土處理，采取上述熱軋和熱處理工藝可以得到一種抗拉強度大于610MPa，滿足120KJ/cm以上焊接線能量的高強度調質鋼板。該鋼板可用于建造大型原油儲罐，適用于埋弧焊、氣體保護焊、氣電立焊、電渣焊等大線能量輸入的焊接。

下面結合實施例，進一步闡述本發明：

實施例1

按表1所示的化學成分冶煉，并澆鑄成鋼錠，將鋼錠加熱至1200℃，總在爐時間保溫300分鐘，在實驗軋機上進行第一階段軋制，即奧氏體再結晶區軋制，開軋溫度為1183℃，第1～2道次壓下量應大于10％，其次至少有1～2道次壓下率控制在20～40％，當軋件厚度為42mm時，在輥道上待溫至950℃，隨后進行第二階段軋制，即奧氏體未再結晶區軋制。終軋溫度為850℃，成品鋼板厚度為14mm。軋制結束后，鋼板進入層流冷卻裝置，以16℃/s的速度冷卻至645℃。鋼板隨爐加熱至910℃，保溫10min后淬火，回火加熱溫度660℃，在爐時間58min，最后即可得到所述鋼板。

請參見圖1至圖3，其中，圖1為本實施例制得鋼板的金相組織圖；圖2為本實施例制得鋼板120KJ/cm焊接線能量下熱影響區金相組織圖；圖3為本實施例制得鋼板中的稀土氧硫化物顆粒圖。

實施例2

實施方式同實施例1，其中加熱溫度為1210℃，總在爐時間保溫320分鐘，第一階段軋制的開軋溫度為1190℃，中間坯厚度為48mm，第二階段軋制的開軋溫度為955℃，終軋溫度為855℃，成品鋼板厚度為16mm。軋制結束后，鋼板進入層流冷卻裝置，以15℃/s的速度冷卻至640℃，鋼板隨爐加熱至920℃，保溫10min后淬火，回火加熱溫度640℃，在爐時間71min，最后即可得到所述鋼板。

實施例3

實施方式同實施例1，其中加熱溫度為1230℃，總在爐時間310分鐘；第一階段軋制的開軋溫度為1218℃，中間坯厚度為60mm；第二階段軋制的開軋溫度為956℃，終軋溫度為860℃，成品鋼板厚度為20mm；軋制結束后，鋼板進入層流冷卻裝置，以15℃/s的速度冷卻至650℃，鋼板隨爐加熱至930℃，保溫10min后淬火，回火加熱溫度630℃，在爐時間80min，最后即可得到所述鋼板。

表1本發明實施例1～3的化學成分(wt％)

對本發明實施例1～3的鋼板進行力學性能檢驗，檢驗結果見表2。

表2本發明實施例1～3的鋼板的力學性能

對實施例1制備的鋼板焊接熱模擬后的沖擊性能進行檢測，結果列于表3：

表3實施例1大線能量焊接后熱影響區沖擊性能

由上述內容可知，本發明提供的鋼板具有優異的力學性能和熱影響區沖擊性能，能夠滿足120KJ/cm以上焊接線能量的高強度調質鋼板的性能需求。

以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。