专利名称：一种性能优良的中厚板大线能量钢及其冶炼方法
技术领域：
本发明涉及钢铁材料，具体属于中厚板大线能量钢及其生产方法。
背景技术：
随着控轧控冷技术的应用，焊接母材的性能得到不断的提高。与此同时，大线量焊接技术的进步可以为焊接提高更高幅度的能量(入热50 100kJ/mm)，因而热影响区 (HAZ)所能达到的最高温度也大幅提高，必然导致HAZ组织粗大，与母材性差距别显著，从而严重影响钢材使用性能的均勻性。“氧化物冶金”的概念从上世纪90年初被正式提出来以后，得到了人们的广泛关注。其核心思想就是利用钢中的非金属夹杂物粒子诱导生成晶内针状铁素体(IAF)，而IAF能显著改善中厚板钢的焊接热影响区(HAZ)性能。到目前为止，国内外对很多种夹杂物诱导生成IAF改善HAZ的性能进行了广泛的研究。其中钛氧化物已经确定可以为IAF提供有效核心。Mills等人称TiO由于与铁素体的失配度小，所以可以诱导IAF。Siim等人称Ti2O3在无锰钢中对IAF的形成不起作用，但这在含锰的钢中有用。Byun等人称当C-Mn钢只用Ti脱氧时(Al < 0. 0005% ) ,Mn含量不超过50ppm时，能够形成IAF。M. Hino等人研究了不同Ti含量及温度对Ti脱氧形成的夹杂物粒子的影响并指出Ti3O5不能诱导IAF。H. G. Lee等人研究了 Mn-Si-Ti脱氧钢，得到Ti2O3夹杂物最有利生成IAF。Hyung-Ha JIN认为TiN是含钛低碳钢(N 0. 007% )中促进IAF最有效的夹杂物。到目前为止被报道过促进铁素体形核的有用析出物是钙的氧硫化物、稀土元素氧硫化物-BN、TiOx (χ = 1,1. 5,2), TiN, TiN-MnS-Fe23 (CB) 6、铝锰硅酸盐 / 铝钛氧化物 /MnS、锰钛硅酸盐/MnS，锰硅酸盐_Zr02/MnS、锰钛硅酸盐-Zr02/MnS和MnS_VN。在已经公开的专利中，特开平5-186848利用TiN和VN粒子改善HAZ性能，但是当输入线能量较高，HAZ界面附近温度超过1400°C时，TiN粒子会发生熔解，HAZ改善效果降低。特开2000-80436、特开2000-80437、特开2003193077利用Mg的氧化物夹杂改善
HAZ性能，但是在工业生产中，Mg在高温下易气化，收得率很低，Mg生成的夹杂物不容易均勻化。特开2004-176100、特开 2004-10951、特开 2003-286540 利用 CaS、MnS 粒子改善 HAZ性能，但是单纯的硫化物夹杂易粗大，不易改善韧性。韩国posco申请号为200880125034. 6提出利用TiO和TiO-(TiB) N7MnS复合氧化物改善HAZ性能。其要求夹杂物粒子尺寸为0. 01-0. 1 μ m，这对工业生产要求较高。本发明针对中厚钢板大线能量焊接HAZ性能的改善，利用一种新的复合夹杂物粒子诱导生成IAF来改善HAZ性能。
发明内容
本发明要解决的问题是，利用钢液中不同合金元素相互反应生成一种
3Ti-Mn-Al-Si-O-S复合夹杂物粒子来诱导生成IAF，从而提高中厚板大线能量钢中HAZ的焊接性能。实现上述目的的措施一种性能优良的中厚板大线能量钢，其组分及重量百分比为C :0. 05% 0. 15%, Si :0. 2 % 0. 5 %，Mn :1 % 1. 5 %，P 彡 0. 02 %，S :0. 001 % 0. 02 %，N 彡 0. 005%,Ti 0. 009% 0. 05%,Als :0. 005% 0. 01%,0 :0. 001% 0. 005%，余为 Fe
及不可避免的杂质。冶炼一种性能优良的中厚板大线能量钢的方法，其步骤1)进行冶炼，控制钢水温度在1550°C 1650°C ；2)在钢水温度1550°C 1650°C条件下，根据钢中要求的Ti、Al重量百分比含量要求，添加Ti、Al元素，并搅拌均勻，钢水中生成TiOx-MnO-Al2O3-SiA复合氧化夹杂物；3)出钢并浇注成坯，控制钢水冷却速度在15 °C 30 °C，铸坯中 TiOx-MnO-Al2O3-SiO2-MnS复合夹杂物在100 500个/平方毫米，复合夹杂物的尺寸在 2 μ m-4 μ m。本发明的特点在于利用钢中常规合金元素，方便高效的得到一种 TiOx-MnO-Al2O3-SiO2-MnS复合夹杂物。此TiOx-MnO-Al2O3-SiO2-MnS复合夹杂物应用于中厚钢板中，显著改善大线能量钢中HAZ的焊接性能，其在-20°C条件下，其冲击功Akv由原来的 35J提高到90J，提高钢材质量。
图1为本发明钢的金相组织图2为本发明钢中诱导生成IAF的Ti-Mn-Al-Si-O-S复合夹杂物成分本发明钢中金相组织90%以上都为IAF。钢中的IAF组织基本由Ti-Mn-Al-Si-O-S 复合夹杂物诱导生成，复合夹杂物尺寸在2 μ m-4 μ m.
具体实施例方式下面对本发明予以详细描述实施例1一种性能优良的中厚板大线能量钢，其组分及重量百分比为C:0.05%，Si 0. 2 %, Mn 1. 5 %, P 0. 02 %, S 0. 001 %, N 0. 005 %, Ti 0. 009 %, Als 0. 008 %, 0 0. 0015%,余为！^及不可避免的杂质。其步骤1)进行冶炼，控制钢水温度在1550°C 1560°C ；2)在钢水温度1550°C 1600°C条件下，根据钢中要求的Ti、Al重量百分比含量要求，添加Ti、Al元素，并搅拌均勻，钢水中生成TiOx-MnO-Al2O3-SiA复合氧化夹杂物；3)出钢并浇注成组分及重量百分比为0. 05%, Si 0. 2%, Mn 1. 5%, P :0. 02%, S 0. 001%, N 0. 005%, Ti :0. 009%, Als :0. 008%, 0 :0. 0015%，余为 Fe 及不可避免的杂质的坯；钢水冷却速度在30°C，铸坯中TiOx-MnO-Al2O3-SiO2-MnS复合夹杂物在120个/平方毫米，复合夹杂物的尺寸在2 μ m-4 μ m。
实施例2一种性能优良的中厚板大线能量钢，其组分及重量百分比为C:0.09%，Si 0. 32%, Mn 1. 1%, P :0. 018%, S :0. 0072%, N :0. 0042%, Ti :0. 012%, Als :0. 005%, 0 0. 0023%，余为!^e及不可避免的杂质。其步骤1)进行冶炼，控制钢水温度在1585°C 1595°C ；2)在钢水温度1585°C 1595°C条件下，根据钢中要求的Ti、Al重量百分比含量要求，添加Ti、Al元素，并搅拌均勻，钢水中生成Ti0x-Mn0-Al203-SiA复合氧化夹杂物；3)出钢并浇注成组分及重量百分比为C:0.09%，Si :0. 32%，Mn :1.1%, P 0. 018%, S 0. 0072%, N 0. 0042%, Ti 0. 0081%, Als 0. 005%，0 :0. 0023%，余为 Fe 及不可避免的杂质的坯；钢水冷却速度在20°C，铸坯中TiOx-MnO-Al2O3-SiO2-MnS复合夹杂物在 195个/平方毫米，复合夹杂物的尺寸在2 μ m-4 μ m。实施例3一种性能优良的中厚板大线能量钢，其组分及重量百分比为C:0. 12%, Si 0. 41%, Mn 1. 32%, P :0. 016%, S :0. 012%, N :0. 0035%, Ti :0. 016%, Als :0. 005%, 0 0. 0023%，余为!^e及不可避免的杂质。其步骤1)进行冶炼，控制钢水温度在1605°C 1615°C ；2)在钢水温度1605°C 1615°C条件下，根据钢中要求的Ti、Al重量百分比含量要求，添加Ti、Al元素，并搅拌均勻，钢水中生成Ti0x-Mn0-Al203-SiA复合氧化夹杂物；3)出钢并浇注成组分及重量百分比为C :0. 12%，Si :0.41%, Μη:1.32%, P 0. 016%, S :0. 012%, N :0. 0035%, Ti :0. 016%, Als :0. 005%, 0 :0. 0023%，余为 Fe 及不可避免的杂质的坯；钢水冷却速度在15°C，铸坯中TiOx-MnO-Al2O3-SiO2-MnS复合夹杂物在 260个/平方毫米，复合夹杂物的尺寸在2 μ m-4 μ m。实施例4一种性能优良的中厚板大线能量钢，其组分及重量百分比为C:0. 15%, Si 0.5%, Mn 1. 49%, P :0. 0171%，S :0. 02%, N :0. 0033%, Ti :0. 048%, Als 0. 01%, 0: 0. 005%，余为!^e及不可避免的杂质。其步骤1)进行冶炼，控制钢水温度在1640°C 1650°C ；2)在钢水温度1640°C 1650°C条件下，根据钢中要求的Ti、Al重量百分比含量要求，添加Ti、Al元素，并搅拌均勻，钢水中生成Ti0x-Mn0-Al203-SiA复合氧化夹杂物；3)出钢并浇注成组分及重量百分比为C:0. 15%, Si :0.5%, Mn :1.49%, P 0. 0171%, S 0. 02%, N 0. 0033%, Ti :0. 048%, Als :0. 01%，0 :0. 005%，余为 Fe 及不可避免的杂质的坯；钢水冷却速度在25°C，铸坯中TiOx-MnO-Al2O3-SiO2-MnS复合夹杂物在500 个/平方毫米，复合夹杂物的尺寸在2 μ m-4 μ m。表1各实施例钢中检测的复合夹杂物含量结果
权利要求
1.一种性能优良的中厚板大线能量钢，其组分及重量百分比为c :0. 05% 0. 15%, Si :0. 2% 0. 5%，Mn 1. 5%，P 彡 0. 02%，S :0. 001% 0. 02%，N 彡 0. 005%，Ti 0. 009% 0. 05%,Als 0. 005% 0. 01%,0 0. 001% 0. 005%，余为 Fe 及不可避免的杂质。
2.冶炼权利要求1所述的一种性能优良的中厚板大线能量钢的方法，其步骤1)进行冶炼，控制钢水温度在1550°C 1650°C；2)在钢水温度1550°C 1650°C条件下，根据钢中要求的Ti、Al重量百分比含量要求， 添加Ti、Al元素，并搅拌均勻，钢水中生成TiOx-MnO-Al2O3-SiA复合氧化夹杂物；3)出钢并浇注成坯，控制钢水冷却速度在15°C 30 °C，铸坯中 TiOx-MnO-Al2O3-SiO2-MnS复合夹杂物在100 500个/平方毫米，复合夹杂物的尺寸在 2 μ m-4 μ m。
全文摘要
本发明涉及中厚板大线能量钢及其生产方法。其组分及重量百分比为C0.05％～0.15％，Si0.2％～0.5％，Mn1％～1.5％，P≤0.02％，S0.001％～0.02％，N≤0.005％，Ti0.009％～0.05％，Als0.005％～0.01％，O0.001％～0.005％，余为Fe及不可避免的杂质；其步骤冶炼；添加Ti、Al元素，并搅拌均匀；出钢并浇注成坯。本发明利用钢中常规合金元素，方便高效的得到一种TiOx-MnO-Al2O3-SiO2-MnS复合夹杂物。此TiOx-MnO-Al2O3-SiO2-MnS复合夹杂物应用于中厚钢板中，显著改善大线能量钢中HAZ的焊接性能，其在-20℃条件下，其冲击功AKV由原来的35J提高到90J，提高钢材质量。
文档编号C21C7/04GK102560247SQ20121001771
公开日2012年7月11日 申请日期2012年1月19日 优先权日2012年1月19日
发明者区铁, 姜敏, 朱万军, 李书瑞, 杨成威, 王新华 申请人:武汉钢铁(集团)公司