专利名称：一种大线能量焊接高强度船板钢及其制造方法
技术领域：
本发明属于高强度钢技术领域。尤其涉及一种能够抗大线能量(150-600kJ/cm)焊接的高强度船板钢及其制造方法。
背景技术：
近年来，随着造船行业远距离运输量的增长，集装箱运输船只的大型化得到了快速发展，已由原先的6000TEU(按每20英尺的体积换算)级发展到8000TEU级，目前正在向10000TEU超大型船发展。大型集装箱运输船所使用的钢材，要求比传统的船板具有更高的强度和厚度，屈服强度(Ys)390MPa的钢板最大厚度已经达到65mm以上，而厚板在使用传统焊接方法焊接时，需多层焊接，施工效率显著下降，适用于大线能量焊接的气电立焊(EGW)实际焊接线能量已超过500kJ/cm，属于超大能量输入，另外，对于常规船舶，为了提高造船能力，也将进一步提高效率而采用电渣焊和EGW等大线能量焊接工艺。
因此，焊接效率高的单面埋弧焊、气电焊、电渣焊等大线能量焊接技术相继被采用，这给传统的高强度钢带来了新的问题，即焊接粗晶热影响区(HAZ)的强度和韧性变差，且易产生焊接冷裂纹等缺陷。因此，HAZ韧性的改善成为低合金高强度钢大线能量焊接研究和开发的热点和重点。
在大线能量输入的焊接条件下，焊接热影响区(HAZ)的组织将急剧长大，焊接接头的韧性将有较大的下降。另外，对于传统的TMCP技术，随着钢板强度的提高和厚度的增加，必须提高碳当量Ceq，这是导致焊接性能和焊接接头韧性恶化的又一因素。
大线能量焊接条件下低合金高强度船板钢的组织转变行为与控制必须充分综合考虑母材及其焊接热影响区组织的形成过程及其控制方法。因为大焊接热输入条件下的焊接热影响区组织的粗化、热影响区的软化以及由此而造成的焊接热影响区的脆化和接头强度的降低是低合金高强度钢焊接中的主要问题。围绕上述问题，国内外学者和材料、冶金工程师对低合金高强度钢的焊接热影响区组织性能特征、奥氏体晶粒长大动力学等方面进行了大量的研究与探索，研究和设计出新的大线能量焊接条件下高强度钢及其制造方法，但也存在如下问题(1)焊接线能量低。一般为50-150kJ/cm，如“大线能量低焊接裂纹敏感性系列钢及其生产方法”(ZL 02115877.0)、“高性能耐火耐候建筑用钢及其生产方法”(ZL 01133562.9)、“大线能量焊接非调质高韧性低温钢及其生产方法”(ZL 01128316.5)、“大线能量焊接高韧性抗锌液腐蚀用钢及其生产方法”(ZL 01128476.5)等专利技术。
(2)对氧的含量未作出明确的规定。如“大线能量低焊接裂纹敏感性系列钢及其生产方法”(ZL 02115877.0)、“高性能耐火耐候建筑用钢及其生产方法”(ZL01133562.9)、“大线能量焊接非调质高韧性低温钢及其生产方法”(ZL 01128316.5)、大线能量焊接高韧性抗锌液腐蚀用钢及其生产方法(01128476.5)、“一种可大线能量焊接的厚钢板及制造方法”(CN 200510023216.0)、“大线能量焊接水电站压力管用钢及其生产方法”(CN200510019165.4)、“可大线能量焊接的超高强度厚钢板及其制造方法”(ZL 200410017255.5)等专利技术，难以提高产品质量和焊接线能量。
(3)Si含量较高。如“大线能量低焊接裂纹敏感性系列钢及其生产方法”(ZL02115877.0)“高性能耐火耐候建筑用钢及其生产方法”(ZL 01133562.9)、“大线能量焊接非调质高韧性低温钢及其生产方法”(01128316.5)、“大线能量焊接高韧性抗锌液腐蚀用钢及其生产方法”(ZL 01128476.5)、“一种可大线能量焊接的厚钢板及制造方法”(CN 200510023216.0)、“大线能量焊接水电站压力管用钢及其生产方法”(ZL 200510019165.4)、“可大线能量焊接的超高强度厚钢板及其制造方法”(ZL 200410017255.5)等专利技术。较高含量的Si会促进M/A的形成，降低HAZ的韧性。
(4)含有昂贵金属钒。如“大线能量低焊接裂纹敏感性系列钢及其生产方法”(ZL02115877.0)、“高性能耐火耐候建筑用钢及其生产方法”(ZL 01133562.9)、“大线能量焊接非调质高韧性低温钢及其生产方法”(ZL 01128316.5)、“大线能量焊接高韧性抗锌液腐蚀用钢及其生产方法”(ZL 01128476.5)、“大线能量焊接水电站压力管用钢及其生产方法”(ZL 200510019165.4)、“可大线能量焊接的超高强度厚钢板及其制造方法”(ZL200410017255.5)等专利技术，会使产品的成本提高。
(5)采用调质工艺生产。如“大线能量低焊接裂纹敏感性系列钢及其生产方法”(ZL02115877.0)专利技术，该技术生产过程复杂、环节多、生产成本高，同时采用调质工艺生产，含碳量一般来讲比非调质工艺要高，不利于抗更大的线能量焊接和实现控制轧制和控制冷却以及机械热处理工艺(TMCP)。
(6)钢中含有稀土元素。“大线能量低焊接裂纹敏感性系列钢及其生产方法”(ZL02115877.0)、“高性能耐火耐候建筑用钢及其生产方法”(ZL 01133562.9)、“大线能量焊接非调质高韧性低温钢及其生产方法”(ZL 01128316.5)、“大线能量焊接高韧性抗锌液腐蚀用钢及其生产方法”(ZL 01128476.5)、“一种可大线能量焊接的厚钢板及制造方法”(CN 200510023216.0)等专利技术。稀土元素为非常活泼的元素，不容易控制，而且容易污染钢水，对钢材质量不利。
发明内容
本发明的目的是提供一种化学成分简单、工艺过程简单、抗大线能量焊接、低焊接裂纹敏感性、抗拉强度为400～800MPa的造船用厚钢板及其制造方法。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是将铁水、或废钢、或铁水与废钢经炼钢、精炼，然后进行连铸、热轧；连铸铸坯的化学成分及其含量是C为0.01～0.18wt％、Si为0.05～0.4wt％、Mn为1.0～1.8wt％、Als为0.001～0.06wt％、Nb为0.01～0.08wt％、Ti为0.01～0.08wt％、N为0.002～0.012wt％、B为0.0001～0.0030wt％、或Ca或Mg或Zr为0.0001～0.030wt％、P＜0.015wt％、S＜0.010wt％、其余为Fe及不可避免的杂质。其中炼钢、精炼的工艺是采用转炉或者电弧炉冶炼成钢水。测定钢水中的氧含量，保持钢水中的氧含量在10～600ppm；用Fe-Ti合金或者金属Ti进行脱氧，再根据铸坯的化学成分及其含量，脱氧后加入Ca、Mg、Zr中的一种，然后用Al线进行最终脱氧，最终脱氧后加入B。钢水成分达到要求后，将钢水温度调整到出钢温度。
热轧工艺是铸坯加热至1100～1320℃，均热1.5～3.5小时；进行热轧，轧制成20～100mm厚的钢板；轧制后保温5～300秒，再以0.1℃/s～50℃/s的冷却速度在线冷却。
由于采用上述技术方案，尤其是利用科学的微合金控制技术和先进的TMCP技术，本发明具有化学成分简单、工艺过程简单、抗大线能量焊接、低焊接裂纹敏感性的特点。所制造的船板钢抗拉强度为400～800MPa，在150～600kJ/cm的线能量下进行焊接，焊接HAZ的冲击功不低于母材冲击功的2/3，焊接后不需进行热处理。故能有效地降低焊接施工强度，提高制造效率，减少制造成本，节约资源和能源。因而适合埋弧焊、气保焊、气电焊、电渣焊等大线能量输入的各种焊接。
用本发明所制造的钢板广泛适用于大型货柜船板和LPG船体等低合金高强度(抗拉强度为400～800MPa)和150-600kJ/cm线能量输入的造船用厚钢板的制造，尤其适用于船舶军舰等大型结构、设备、设施等结构用钢。
具体实施例方式
下面结合实施例，对本发明作进一步描述。
实施例1一种大线能量焊接高强度船板钢及其制造方法。将铁水经炼钢、精炼，然后进行连铸、热轧；连铸铸坯的化学成分是C为0.04～0.08wt％、Si为0.2～0.4wt％、Mn为1.3～1.7wt％、Als为0.02～0.06wt％、Nb为0.05～0.07wt％、Ti为0.01～0.05wt％、N为0.002～0.012wt％、B为0.0010～0.0030wt％、Ca为0.001～0.0030wt％、P＜0.010wt％、S＜0.008wt％、其余为Fe及不可避免的杂质。
本实施例1的炼钢、精炼的工艺是采用转炉冶炼成钢水；用快速定氧探头测定钢水中的氧含量，保持钢水中的氧含量在500ppm；用Fe-Ti合金进行脱氧，再根据铸坯的化学成分，脱氧后加入Ca；然后用Al线进行最终脱氧，最终脱氧后加入B；钢水成分达到铸坯的化学成分后，将钢水温度调整到出钢温度，然后进行连铸，浇注成铸坯。
热轧工艺是将铸坯加热至1100～1320℃，均热1.5～2.5小时；进行热轧，轧制成30mm厚的钢板；轧制后保温5～10秒，再以5℃/s～15℃/s的冷却速度在线冷却。
轧制后的钢板抗拉强度为550MPa，在线能量为400-600kJ/cm的线能量下进行焊接，焊接后可不进行热处理。焊接HAZ的冲击功不低于母材冲击功的2/3。
实施例2一种大线能量焊接高强度船板钢及其制造方法。将废钢经炼钢、精炼，然后进行连铸、热轧；连铸铸坯的化学成分是C为0.03～0.07wt％、Si为0.2～0.4wt％、Mn为1.2～1.4wt％、Als为0.03～0.06wt％、Nb为0.03～0.06wt％、Ti为0.02～0.05wt％、N为0.004～0.008wt％、B为0.0010～0.0030wt％、Mg为0.004～0.008wt％、P＜0.010wt％、S＜0.008wt％、其余为Fe及不可避免的杂质。
炼钢、精炼的工艺是采用转炉冶炼成钢水。用快速定氧探头测定钢种的氧含量，保持钢水中的氧含量在300ppm；用金属Ti进行脱氧，再根据铸坯的化学成分，脱氧后加入Mg；然后用A1线进行最终脱氧，最终脱氧后加入B；钢水成分达到要求后，将钢水温度调整到出钢温度。然后进行连铸，浇注成230mm的铸坯。
热轧工艺是铸坯加热至1200～1280℃，均热1.5～2.5小时；进行热轧，轧制成40mm厚的钢板；轧制后保温10～25秒，再以10℃/s～20℃/s的冷却速度在线冷却。
用本实施例制成的钢板，抗拉强度为520MPa，在线能量为400～600kJ/cm的线能量下进行焊接，焊接后不进行热处理。焊接HAZ的冲击功不低于母材冲击功的2/3。
实例3一种大线能量焊接非调质低合金高强度船板钢及其制造方法。将废钢经炼钢、精炼，然后进行连铸、热轧；连铸铸坯的化学成分是C为0.02～0.06wt％、Si为0.1～0.3wt％、Mn为1.3～1.7wt％、Als为0.01～0.05wt％、Nb为0.02～0.06wt％、Ti为0.01～0.05wt％、N为0.006～0.0080wt％、B为0.0016～0.0022wt％、Zr为0.01～0.03wt％、P＜0.010wt％、S＜0.008wt％、其余为Fe及不可避免的杂质。
本实施例3的炼钢、精炼工艺是采用电弧炉冶炼成钢水；用快速定氧探头测定钢水中的氧含量，保持钢水中的氧含量在400ppm；用Fe-Ti合金进行脱氧，再根据铸坯的化学成分，脱氧后加入Zr；然后用Al线进行最终脱氧，最终脱氧后加入B；钢水成分达到要求后，将钢水温度调整到出钢温度。然后进行连铸，浇注成板厚为250mm的铸坯。
热轧工艺是铸坯加热至1200～1300℃，均热2～2.5小时；进行热轧，轧制成50mm厚的钢板；轧制后保温8～15秒，再以15℃/s～25℃/s的冷却速度在线冷却。
用本实施3例制成的钢板，抗拉强度为550MPa，在线能量为400-600kJ/cm的线能量下进行焊接，焊接后可不进行热处理。焊接HAZ的冲击功不低于母材冲击功的2/3。
本实施例1、2、3具有化学成分和工艺过程简单、抗大线能量焊接、低焊接裂纹敏感性的特点。故能有效地降低焊接施工强度，提高制造效率，减少制造成本，节约资源和能源。所制造的船板钢适合埋弧焊、气保焊、气电焊、电渣焊等150-600kJ/cm的线能量输入的造船用厚钢板。可广泛适用于大型货柜船板和LPG船体等抗拉强度为400-800MPa的高强度造船用厚钢板，尤其适用于船舶军舰等大型结构、设备、设施等。
权利要求
1.一种大线能量焊接高强度船板钢的制造方法，其特征在于将铁水、或废钢、或铁水与废钢经炼钢、精炼后，进行连铸、热轧；连铸铸坯的化学成分及其含量是C为0.01～0.18wt％、Si为0.05～0.4wt％、Mn为1.0～1.8wt％、Als为0.001～0.06wt％、Nb为0.01～0.08wt％、Ti为0.01～0.08wt％、N为0.002～0.012wt％、B为0.0001～0.0030wt％、或Ca或Mg或Zr为0.0001～0.030wt％、P＜0.015wt％、S＜0.010wt％、其余为Fe及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的大线能量焊接高强度船板钢的制造方法，其特征在于所述的炼钢、精炼的工艺是采用转炉或者电弧炉冶炼成钢水；测定钢水中的氧含量，保持钢水中的氧含量在10-600ppm；用Fe-Ti合金或者金属Ti进行脱氧，再根据铸坯的化学成分及其含量，脱氧后加入Ca、Mg、Zr中的一种；然后用Al线进行最终脱氧，最终脱氧后加入B。
3.根据权利要求1所述的大线能量焊接高强度船板钢的制造方法，其特征在于所述的热轧工艺是先将铸坯加热至1100～1320℃，均热1.5～3.5小时；再进行热轧，轧制为20～100mm厚钢板，轧制后保温5～300秒；然后以0.1℃/s～50℃/s的冷却速度在线冷却。
4.根据权利要求1～3项中任一项所述的大线能量焊接高强度船板钢的制造方法所制造的大线能量焊接高强度船钢板。
全文摘要
本发明涉及一种大线能量焊接的高强度船板钢及其制造方法。经炼钢、精炼后进行连铸、热轧；铸坯的化学成分及其含量是C为0.01～0.18wt％、Si为0.05～0.4wt％、Mn为1.0～1.8wt％、Als为0.001～0.06wt％、Nb为0.01～0.08wt％、Ti为0.01～0.08wt％、N为0.002～0.012wt％、B为0.0001～0.0030wt％、或Ca或Mg或Zr为0.0001～0.030wt％、P＜0.015wt％、S＜0.010wt％、其余为Fe及不可避免的杂质。其工艺是保持钢水中的氧含量在10－600ppm，用Fe－Ti合金或者金属Ti进行脱氧后加入Ca、Mg、Zr中的一种；再用Al线进行最终脱氧后加入B，铸坯经均热、轧后控制驰豫、在线冷却即可。本发明具有化学成分和工艺简单、抗大线能量焊接的特点，适于船舶军舰等大型结构用钢。
文档编号C21C7/06GK101050502SQ20071005213
公开日2007年10月10日 申请日期2007年5月10日 优先权日2007年5月10日
发明者吴开明 申请人:武汉科技大学