一種抗大線能量焊接用鋼及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于鋼鐵冶金領域，具體涉及一種抗拉強度彡700MPa的低合金高強度鋼 板及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 低合金高強度鋼板廣泛應用于建筑、橋梁、容器、造船、管線等行業，是工程應用領 域使用量最大的結構材料之一。
[0003] 為了進一步輕量化和提高生產效率，有關行業對低合金高強度鋼板的要求提出了 更高的要求，如在鋼結構鋼板厚度減薄的同時，必須保證足夠的強度和韌性，盡量降低屈強 比，焊接熱影響區必須具有足夠的強度和韌性，從而保證鋼材使用的穩定性和鋼結構的安 全穩定性。
[0004] 近些年，國內大型原油儲備、船板等行業對抗大線能量焊接用鋼需求較多，但目前 實際使用的鋼板應用效果不是很好，比如限制焊接線能量不高于100KJ/ Cm，多為500MPa、 600MPa級高強度鋼板，母材沖擊韌性優良，但經大線能量焊接后，焊接熱影響區的韌性下降 很大，容易出現單值不合。這些鋼板相對傳統低合金鋼板來說，抗大線能量焊接性能有一定 的提高，但對焊接線能量提出了嚴格限制，且鋼板強度級別不高，焊接熱影響區的韌性不穩 定。
[0005] 專利CN102251173A所涉及的鋼板具有較好的抗大線能量焊接性能，最高可達到 400KJ/cm，不含Ni、Mo等元素，但低溫韌性不足，且強度級別較低，為500MPa級低合金鋼。
[0006] 專利CN101545077A所涉及的鋼板具有較好的低溫韌性，但Cr含量較高，不僅影響 焊接接頭熱影響區性能，抗大線能量焊接性能較差，且Pcm值較高，屈強比較高。
[0007] 專利CN100519809C和CN100447278C對試驗鋼的冶煉提出了更高的要求，需采 用氧化物冶金技術，盡管可顯著提高鋼板的抗大線能量焊接性能(最大可達400~600KJ/ cm)，但冶煉技術難度極大，對溫度、成分控制極為嚴格，不利于批量生產。同時未給出大線 能量焊接Ti、0等元素的定量關系，造成鋼板低溫韌性和焊接熱影響區性能的不可控性。
[0008] 專利CN102108467A具有較好的強度和低溫韌性匹配，但合金加入較多，工藝路線 長，需要離線淬火+回火處理，生產成本明顯增高。
【發明內容】
[0009] 本發明的目的在于克服上述不足，提供一種采用添加Nb、Ni、Ti等微量合金元 素，控制Ti、0含量比例，明顯提高鋼板的抗大線能量焊接性能，采用合理的控乳控冷及回 火工藝，降低鋼的屈強比，不添加昂貴合金元素Mo,生產工藝流程短、低溫韌性優良的具有 700MPa級含Nb抗大線能量焊接用鋼及其制造方法。
[0010] 本發明解決上述問題所采用的技術方案為：種抗大線能量焊接用鋼，該鋼板的 化學成分按質量百分比計為C :0. 04%~0. 10%、Si :0. 15%~0. 40%、Mn :1. 00%~2. 20%、 P彡0. 008%、S彡0. 003%、Ni :0. 05%~0. 25%、Nb :0. 020%~0. 070%、Ti :0. 0070~035%、 Cu :0. 05~0. 30%、Cr:彡0. 10%、Mo:彡0. 20%，余量為Fe及不可避免的雜質元素，同時滿 足： Pcm=C+Si/30+(Mn+Cr+Cu)/20+Mo/15+Ni/60+V/10+5B ^ 0. 23%, Ceq=C+Mn/6+Cr/5+Mo/4+Si/24+Ni/40+V/14 ^ 0. 44%, 1 彡[Nb]/[Ti]彡 5,5 彡[Ti]/[0]彡 25,0. 5 彡[Cu]/[Ni]彡 2. 0。
[0011] 進一步地，鋼板的抗拉強度Rm彡700MPa，屈強比彡0. 84,沖擊韌性滿足-30°C沖擊 功KV2^ 60J，焊接熱影響區沖擊韌性滿足-30°c沖擊功KV 2多47J。
[0012] 優選地，該鋼板的化學成分按質量百分比計為C :0. 06%~0. 09%、Si :0. 15%~ 0? 40%、Mn :1. 60% ~2. 00%、P 彡 0? 008%、S 彡 0? 003%、Ni :0? 15% ~0? 25%、Nb :0? 030% ~ 0? 060%、Ti :0? 0070 ~035%、Cu :0? 05 ~0? 30%、Cr :彡 0? 10%、M〇 :彡 0? 20%，余量為 Fe 及不 可避免的雜質元素，同時滿足： Pcm=C+Si/30+(Mn+Cr+Cu)/20+Mo/15+Ni/60+V/10+5B ^ 0. 23%, Ceq=C+Mn/6+Cr/5+Mo/4+Si/24+Ni/40+V/14 ^ 0. 44%, 2 彡[Nb]/[Ti]彡 4,8 彡[Ti]/[0]彡 20,0. 5 彡[Cu]/[Ni]彡 2. 0。
[0013] 本發明中鋼中主要成分的限定理由闡述如下： C作為形成碳化物及提高淬透性元素，有利于強度的提高，但加入過量的C會增大焊接 裂紋敏感性，對焊接性能不利，且在大線能量焊接時促進焊接熱影響區M-A島的形成，降低 沖擊韌性，因此，C的含量為0. 04~0. 10%。
[0014] Mn作為鋼中主要的合金元素，不僅可以提高鋼板的強度，還可以擴大奧氏體相區， 細化鐵素體晶粒，從而達到改善鋼板的低溫韌性的目的。但Mn易發生偏析，在后續的乳制 生產中產生M/A島等影響低溫韌性和焊接性的不良組織。鋼中的MnS第二相夾雜對母材性 能和HAZ區均有不良影響。因此，Mn的含量為1. 00~2. 20%。
[0015] P、S在鋼中作為不可避免的雜質存在，如果其含量高，會增加鋼的冷脆性，使焊接 性能變壞，會產生焊接再加熱開裂，故其含量越低越好。因此，P < 〇. 008%、S < 0. 003%。
[0016] Ni可降低臨界轉變溫度，提高淬透性，還能在提高強度的同時改善鋼的塑性和韌 性，同時可明顯改善鋼的焊接熱影響區的低溫韌性，但Ni作為貴重金屬，加入量過多會顯 著使鋼的成本上升。因此，Ni的含量為0. 05~0. 25%。
[0017] Cu可提高基體及焊縫金屬的強度和低溫韌性，與Ni結合能更好地起到耐腐蝕作 用。但含量過高會使塑性顯著降低。本發明優選Cu的含量為0.05~0.30%。
[0018] Nb的加入可明顯提高奧氏體再結晶溫度，有利于促進晶粒細化，使鋼材具有良好 的強韌性匹配。當Nb與C、N反應形成Nb (C、N)，形成彌散分布的細小碳化物，在高溫析出 和控乳過程中起到控制晶粒長大和彌散強化的作用。當Nb含量高于0. 07%時，則明顯使焊 接熱影響區的韌性惡化，而當Nb含量偏低時，則Nb的加入對鋼中晶粒細化效果很不明顯。 因此，Nb的含量為0. 020~0. 07%。
[0019] Ti與0結合形成Ti203等細小氧化物，由于Ti氧化物的釘扎作用，明顯抑制由于大 線能量焊接產生的焊接熱影響區晶粒的粗化。Ti的過量加入會導致韌性的極度降低，同時 Ti的含量滿足Ti、0關系式，改善焊接熱影響區的效果更好。因此，Ti的含量為0. 007~ 0.035%。
[0020] 上述抗大線能量焊接用鋼的制造方法，步驟如下： (1)冶煉：采用鐵水預處理、轉爐脫磷、并經LF和RH真空精煉及Ca處理； (2 )連鑄：采用輕壓下、全程Ar氣保護澆注技術，澆注成370mm或以上厚鑄坯； (3) 加熱：鑄坯加熱溫度為1160~1230°C ; (4) 初乳：終乳溫度為1000~1040°C，末三道次單道次壓下量多40mm ; (5) 精乳：終乳溫度為800~840°C，末三道次累計壓下量彡40% ; (6) 冷卻：以12~30°C /s的冷卻速度控制鋼板冷卻，返紅溫度為450°C~600°C ; (7) 回火：厚度彡20mm鋼板回火溫度為500~650°C，在爐時間為50~150min，出爐