專利名稱：低焊接裂紋敏感性離線調質型特厚鋼板及其制造方法
技術領域：
本發明屬于水電工程鋼鐵材料技術領域，尤其涉及一種低焊接裂紋敏感性離線調質型特厚板及其制造方法。
背景技術：
特厚鋼板一般指厚度大于80_的鋼板，多用于軍用和民用的各種重要結構，產品質量要求嚴格。為保證特厚鋼板內在質量，一般在特厚鋼板塑性變形成型的過程中要求總壓縮比大于3.0。如果壓縮比小，使用一般生產方法的情況下，成品鋼板內部偏析和疏松缺陷存在消除不完全問題。低焊接裂紋敏感性特厚鋼板的成分設計有嚴格要求。特開昭49-37814公報和特公平4-13406公報中已經公開如下信息，為降低焊接裂紋敏感性采取降C和添加T1-B的技術。一般抗拉強度600MPa級低焊接裂紋敏感性高強度鋼板采用離線調質生產技術，幾乎都是通過添加B元素保證鋼板的淬透性。采用B來保證鋼板的強度、增加淬透性，化學成分和制造條件均將發生變化，可能導致母材性能不穩定，特別是焊接熱影響區的硬度顯著提高。焊接熱影響區硬度的提高使焊接熔合線的韌性變差。在特開昭60-9086、特開平2-254119、特開昭59-113120、特開昭61-12970公報中提出了不添加B的技術，但所提出的不添加B的技術都是600MPa級非調質鋼的技術，從實施例中看出這些技術所使用的鋼板厚度最大為20mm。特開平10-68 045號公報是570MPa級強度、具有良好焊接裂紋敏感性和大線能量焊接后高沖擊值鋼的生產方法。此鋼板強度偏低，而且對鋼中Nb、V含量，用公式“625(有效Nb)+250V+210Ceq彡t (鋼板厚度mm)+40”加以限定，從該公式可見，鋼板厚度受到限制。JP 10183239(A)公布了一種低焊接裂紋敏感性離線調質型鋼板及其生產方法，其最大厚度是50mm。JP 5222453 (A)公布了一種具有強韌性良好的厚鋼板及其生產方法，其成分設計采用N1:2.0 4.0 %的配比。KR100241002(B1)公布了一種熱處理高強鋼板，成分控制為 C:0.10 0.14% ；Si:0.20 0.30% ；Mn:1.30 1.45% ；P:彡 0.023% ；S:(0.005%；Ni:0.10 0.20%；Cr:0.05 0.15%；Mo:0.14 0.17%；Cu:0.10 0.20%；V:0.03 0.05% ；Ti:0.010 0.020% ；Als:0.015 0.045% ；Ceq = C+Mn/6+ (Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15 ( 0.47%，其成分中的C含量和Ceq控制都較高。中國專利號CN200810249817.7公布了一種特厚鋼板的工藝方法，采用的是連鑄坯真空復合技術。中國專利號CN 101660100A公布了一種特厚調質鋼板及其生產方法，其最大厚度為100mm，但是其坯料采用的是模鑄坯料、同時其成分設計采用了含B設計(0.0014% wt)。CN 101633996A公布了低成本700MPa級高強高韌調質鋼板及其生產方法，其成分設計:C:0.13 0.16% ；Si:0.10 0.50% ；Mn:1.20 1.60% ；P..( 0.020% ；S:(0.010% ；Cr:0.10 0.60%；Mo:0.00 0.10%；Cu:0.10 0.20% ；V:0.01 0.03%;T1:0.010 0.030%；Nb:0.020 0.050%；Als:0.015 0.045%；B:0.0005 0.0030%,最大厚度60mm，且成分中含B。CN 101845997 A公布了低成本80公斤級特厚調質鋼板及其生產方法，其成分設計:c:0.10 0.14% ；Si:0.00 0.30 % ；Mn:1.10 1.50% ；P:≤0.013% ；S..≤0.003% ；Cr:0.70 1.20% ；Mo:0.05 0.20% ；Cu:0.10 0.20% ；V:0.015 0.045% ；T1:0.006 0.011% ；Nb:0.020 0.050% ；Als:0.040 0.070% ；B:0.0005 0.0030% ；Ca:0.001 0.004%，最大厚度 80mm，且含 B。

發明內容
本發明的目的在于克服上述現有技術存在的不足，提供一種采用單層連鑄坯生產不含B、抗拉強度610MPa級的低焊接裂紋敏感性離線調質型特厚鋼板(厚度80mm 100mm)及其制造方法。本發明低焊接裂紋敏感性離線調質型特厚鋼板采用如下化學成分(按重量百分比):C:0.06% 0.11%，S1:0.15% 0.40%，Mn:1.40% 1.70%，P:≤ 0.015%，S:彡 0.005%,N1:0.10% 0.30%,Mo:0.10% 0.30%,Cu:0.10% 0.25%,Nb:0.03%
0.05%,T1:0.010% 0.025%,Als:0.015% 0.045%，余量為Fe和不可避免的雜質，同時保證 Pcm = C+Si/30+ (Mn+Cu+Cr) /20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B ≤ 0.20% ；Ceq = C+Mn/6+ (Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15 ≤ 0.42%。本發明各合金元素限定量的理由詳述如下:C:C≤0.06%時需添加其它提高淬透性元素，使成本升高，韌性和焊接性變壞。特別是在本發明的大焊接能量的情況下，C≤0.06%時，C向熔融金屬的擴散很少，用一般的焊接材料很難保證焊接接頭強度。本鋼種C成分設計下限為0.06%是考慮保證強度而設計的。當C含量較高時，雖然有利于提高鋼板強度，但是損害鋼板的低溫韌性、延伸率及焊接性。為保證焊接裂紋敏感性和加入Nb后的大能量焊接接頭韌性，C的上限為0.11%。S1:為使Si在保證母材強度和焊接接頭強度中發揮作用，Si應大于0.15% JMSi> 0.40%時，焊接裂紋敏感性和焊接接頭韌性變壞。Si可以促進鋼水脫氧并能夠提高鋼板強度，但是采用Al脫氧的鋼水，Si的脫氧作用不大。其含量應控制在:0.15% 0.40%。Mn:為使Mn在保證母材強度和焊接接頭強度發揮作用，其含量應≥1.40%。但Mn > 1.70%時使焊接裂紋敏感性變壞，而且由于含量太高帶來過大的淬透性使母材韌性和接頭韌性變壞。Mn含量較高時，不僅會造成澆注操作困難，而且容易與C、P、S等元素共同作用發生偏析現象，造成連鑄坯中心部位的偏析及疏松產生。其含量應控制在:1.40%
1.70%。P、S:P、S在本鋼種中都是雜質元素。P是鋼中有害夾雜，對鋼的機械性能，如低溫韌性、延伸率、焊接性具有很大的損害作用。S也是鋼中有害夾雜，對鋼的低溫韌性損害作用很大。同時，S在鋼中于Mn結合，形成MnS夾雜物。在熱軋過程中，在鋼板中會形成MnS帶狀夾雜物，損害鋼板的低溫韌性、延伸率、Z向性能及焊接性。S過多會導致鋼板熱脆現象。所以，限制 P ≤ 0.015% ；S ≤ 0.005% οAl:A1提高粗晶區韌性的機制是減少M-A組元的量及其尺寸,減少了固溶N量。AlN的溶解溫度在1100°C附近，它在焊接熱循環中很容易溶解，不能有效地阻止HAZ的晶粒長大。在焊接熱循環中AlN質點會溶解，使HAZ中自由N的含量增高。AlN的析出十分緩慢，AlN很難在焊接過程中重新形核析出。在鋼水冶煉過程中要保證一定的脫氧程度，一般情況下Als的含量下限控制為0.015%。鋼中加入過量的Al不但會造成連鑄坯澆注困難，上限為0.045% OT1:根據鋼中的N含量，適當添加Ti，形成TiN細粒狀彌散分布的粒子以減輕大線能量焊接熱影響區脆化的效果最好，利用TiN的沉淀物可以抑制焊接時奧氏體的晶粒粗大，增加針狀鐵素體的沉淀核。3.42為鋼中T1、N原子的理想化學配比。當鋼中的Ti/N值接近于理想化學配比時，TiN粒子更加細小且分布彌散，對高溫奧氏體晶粒的穩定作用最強，Ti/N值過大或過小都將消弱這一作用。Ti的含量為:0.010% 0.025%。Nb:Nb通過微合金化與控軋控冷工藝相結合使母材晶粒充分細化，并且結合析出強化和位錯亞結構強化效應，達到提高母材綜合性能的目的。其含量控制在:0.03%
0.06%。Ni:Ni有利于提高母材和焊接接頭的強度。Ni可進一步改善韌性。但如添加量超過所需的量會使Ceq增大，成本提高，導致大線能量焊接接頭的韌性降低和加工性變壞，因此 Ni 的含量為:0.10% 0.30% ；Cr0.05% 0.10%。Mo =Mo對提高母材強度和焊接接頭強度有效，同時能夠提高母材高溫回火穩定性，含量設計Mo 0.10% 0.30%。Cu =Cu對提高母材強度有效，成本相對較低，含量設計Cu0.10% 0.25%。Nb:為保證母材強度和焊接接頭強度，Nb含量應> 0.005%，但Nb含量> 0.05%時焊接接頭韌性變壞，所以將Nb的上限定為0.05%，為同時保證Nb在鋼坯加熱及控制軋制過程的有益作用，下限設計為0.03%。利用鋼坯加熱過程Nb的固溶作用提高鋼板淬透性。B:本發明鋼種如加入微量的B可明顯抑制鐵素體在奧氏體晶界上的形核，同時還使貝氏體轉變曲線變地扁平，從而在一個較大的冷速范圍內也能獲得貝氏體組織，使鋼種提高強度。但是，因為 B提高鋼種強度的作用是基于其在奧氏體晶界上的偏聚而阻止等軸鐵素體在晶界上優先形核，冶煉時必須控制B含量，給冶煉工藝操作帶來很大難度；如果B以氧化物或氮化物存在于鋼中，就喪失了抑制鐵素體在晶界上形核的作用，也給冶煉工藝控制帶來困難。另外，在低碳貝氏體鋼中由于軋制和冷卻工藝控制不當，易形成局部空隙自由區而促進晶內裂紋，導致成品鋼板軔性波動。所以本發明鋼種采取了不含B的成分設計，選用少量多元元素配比的低合金鋼成分設計。Pcm =Pcm表示焊接裂紋敏感性系數，在通常的環境下，焊接施工時如果要保證不預熱焊接同時不出現裂紋，規定PcmS 0.20%。Ceq:是碳當量值。厚規格610MPa級高強度鋼通過添加微量Ti等保證母材強度及焊接接頭強度，同時要保證低焊接裂紋敏感性，Ceq在本鋼種中規定為Ceq < 0.42%。本發明抗拉強度610MPa級低焊接裂紋敏感性離線調質型特厚鋼板的制造方法主要包括冶煉、連鑄、熱軋和熱處理工序。1、冶煉及連鑄工藝鐵水經過預脫硫，鋼水先經過轉爐冶煉，然后送入LF、RH爐進行精煉，LF處理嚴格按照目標成分進行成分微調；RH處理時間不得少于10分鐘，[H] ( 2ppm, RH處理結束進行微鈦處理和Ca處理，目標過熱度控制在< 25°C;中間罐采用浸入式水口，氬氣保護澆注，連鑄過程采用輕壓下。2、熱軋工藝在保證合金元素充分固溶，奧氏體晶粒能夠控制長大的前提下，采用低溫加熱工藝。加熱溫度如果超過1200°C，可能導致鋼坯的原始奧氏體晶粒粗大，母材的強度和韌性都將受到不利影響。鋼坯加熱溫度1160 1200°C，坯料加熱時間彡鋼坯厚度(cm)*llmin/cm。本發明軋制工藝采用兼有高溫完全再結晶及非再結晶的正火軋制，完全再結晶軋制階段溫度控制1100±50°C，單道次壓下量不小于10%，非再結晶階段溫度控制900±50°C，單道次壓下量不小于15%，終軋溫度控制在Ar3+(50 150)°C以上，Ar3 = 757V。鋼板軋后采用空氣自然冷卻至室溫的方式。3、熱處理工藝對該鋼種相變點實測，Ac3 = 893°C、BS = 536°C、Bf = 417°C，確定鋼板再加熱溫度(950 960) °C、保溫時間2.5min/mm進行淬火，控制淬火機組出口鋼板溫度低于100°C。回火熱處理溫度為610°C 630°C、保溫時間:4min/mm。鋼板淬火采用連續式壓力淬火機組,高壓區水流量為85 90m3/min,壓力8bar ；低壓區水流量為100 150m3/min，壓力4bar。輥速根據鋼板厚度在20 90m/min之間調整。本發明鋼種不含B，選用少量多元元素配比的低合金鋼成分設計，合金成本低；以細晶強化控制為核心充分發揮現有5500產線軋制能力和壓力淬火機組及回火熱處理爐能力，采用“DQ+ACC”聯合冷卻裝置限定冷速的TMCP工藝，用單層連鑄坯經濟地生產出610MPa級低焊接裂紋敏感性離線調質型特厚鋼板。


附圖1為 本發明鋼種的基體組織。附圖2為本發明實施例1 (80mm)厚鋼板全厚度硬度測試結果。附圖3為本發明實施例3 (IOOmm)厚鋼板全厚度硬度測試結果。
具體實施例方式下面通過實施例對本發明作進一步的說明。本發明實施例鋼種的成分見表1、生產工藝見表2、鋼板性能見表3。表I實施例鋼種的化學成分
權利要求
1.一種低焊接裂紋敏感性離線調質型特厚鋼板，其特征在于鋼板的化學成分重量百分比為:C:0.06% 0.11%, Si:0.15% 0.40%, Mn:1.40% 1.70%, P:彡 0.015%, S:彡 0.005%,N1:0.10% 0.30%,Mo:0.10% 0.30%,Cu:0.10% 0.25%,Nb:0.03% 0.05%,T1:0.010% 0.025%,Als:0.015% 0.045%，余量為Fe和不可避免的雜質，同時保證 Pcm = C+Si/30+ (Mn+Cu+Cr) /20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B 彡 0.20%。
2.根據權利要求1所述的低焊接裂紋敏感性離線調質型特厚鋼板，其特征在于所述鋼板的 Ceq = C+Mn/6+ (Cr+Mo+V)/5+ (Ni+Cu)/15 ^ 0.42%
3.—種權利要求1或2所述的低焊接裂紋敏感性離線調質型特厚鋼板的制造方法，包括冶煉、連鑄、熱軋和熱處理工序，其特征在于在所述的熱軋工序，鋼坯的加熱溫度為1160 1200°C，坯料加熱時間彡鋼坯厚度(cm)*llmin/cm，采用兼有高溫完全再結晶及非再結晶的正火軋制，再結晶階段軋制溫度為1100±50°C，單道次壓下量不小于10%，非再結晶階段軋制溫度為900±50°C，終軋溫度控制在Ar3+(50 150) V以上，單道次壓下量不小于15%，軋后自然冷卻至室溫；在所述的熱處理工序，鋼板再加熱溫度為950 960°C，保溫時間2.5min/mm,進行淬火，回火熱處理溫度為610 630°C,保溫時間4min/mm。
4.根據權利要求3所述的低焊接裂紋敏感性離線調質型特厚鋼板的制造方法，其特征在于所述的淬火采用連續式壓力淬火機組，高壓區水流量為85 90m3/min，壓力為8bar，低壓區水流量為100 150m3/min，壓力為4bar，輥速20 90m/min，淬火機出口的鋼板溫度低于1 00°C。
全文摘要
本發明提供一種低焊接裂紋敏感性離線調質型特厚鋼板及其制造方法，其成分C0.06％～0.11％，Si0.15％～0.40％，Mn1.40％～1.70％，Ni0.10％～0.30％，Mo0.10％～0.30％，Cu0.10％～0.25％，Nb0.03％～0.05％，Ti0.010％～0.025％，Als0.015％～0.045％，余為Fe。方法包括冶煉、連鑄、熱軋和熱處理，加熱溫度1160～1200℃，坯料加熱時間≥鋼坯厚度(cm)*11min/cm，再結晶階段單道次壓下量大于10％，非再結晶階段終軋溫度為大于Ar3+(50～150)℃，單道次壓下量大于15％；鋼板再加熱溫度950～960℃，保溫時間2.5min/mm，進行淬火，回火溫度610～630℃，保溫時間4min/mm。本發明鋼種不含B，且合金成本低，用單層連鑄坯生產出610MPa級低焊接裂紋敏感性離線調質型特厚鋼板。
文檔編號C22C38/28GK103160747SQ20111041921
公開日2013年6月19日 申請日期2011年12月14日 優先權日2011年12月14日
發明者梁福鴻, 王動, 高強, 王旭, 胡昕明, 王儲 申請人:鞍鋼股份有限公司