一种具有优异焊接性能的500MPa级调质钢板及其生产方法与流程

本发明属于金属材料生产领域，具体涉及一种采用调质工艺生产的具有优异焊接性能的500mpa级调质钢板及其生产方法。

背景技术：

1、除常见的10万立、12万立储罐外，近年来15万立以上容积储罐由于其经济性在储罐建设中的占比逐渐得到提升。与10万立原油储罐所需最厚的调质压力容器用高强钢板一般小于32mm相比，建设15万立以上容积储罐所用调质压力容器用高强钢板的最大厚度则提升到了42mm甚至45mm。对钢板力学性能及可焊性提出了更高的要求。

2、 储罐用调质高强钢板要求屈服强度≥490mpa，抗拉强度≥610mpa，-20℃冲击功≥120j,实际现场焊接过程中钢板需经过手工电弧焊、气保焊、埋弧焊、气电立焊等不同的焊接工艺考验，要求钢板具有优异的可焊性及耐大热输入焊接的能力。尤其是钢板纵缝的气电立焊焊接，一般技术规范中要求实际焊接线能量不超过100kj/cm，否则焊接接头热影响区则可能出现韧性大幅降低的问题。但是在采用单丝气电立焊焊接方式下，一般20mm厚钢板采用v型坡口一道次焊接成型所需线能量即可达到100 kj/cm，对于更厚规格工程上通常采用开x型坡口，双面各一道次焊接成型，要求控制每面焊接线能量≤100kj/cm，但是实际由于现场安装精度、操作等原因影响，厚规格钢板实际焊接线能量存在超过100kj/cm的可能，如果钢板承受焊接大线能量焊接的性能余量不足，就会存在质量隐患。

3、我国原油储罐用调质高强钢板早已实现了国产化，针对大线能量焊接所采用的技术路线主要有两方面，一是采用传统的ti/n 控制工艺，通过tin粒子抑制高温奥氏体长大，提升焊接热影响区韧性，但是这种工艺在焊接线能量接近100kj/cm或是超过100kj/cm的条件下，tin粒子迅速溶解，焊接热影响区韧性急剧下降，这也是目前15万立原油储罐建设中出现焊评问题的主要原因；另外一种工艺则是氧化物冶金技术，利用ti、ca、zr、mg等强氧化物产生的氧化物夹杂在焊接热影响粗晶区形成晶内诱导针状铁素体组织，这种技术的主要问题是获得的氧化物的构成类型、粒度分布不稳定，效果的可靠性不足。例如，公开号cn107177802a，提出了30-60mm的12mnnivr钢板的生产方法，虽然规格及对应母材力学性能上满足15万立储罐的建设需求，但是未体现适应大线能量焊接性能的情况，是否具备工程应用条件仍需验证；公开号cn114657458a，大厚度高韧性高热输入焊接用原油储罐钢板及其制备方法，采用节镍的成分设计生产大厚度原油储罐用钢且钢板耐焊后热处理性能优异，但是该发明钢仍仅适于≤100kj/cm线能量条件下，且热影响区-20℃冲击功均值≥47j，单值≥33j，如工程应用焊接接头存在一定风险；公开号为cn102242309a的专利申请提供了一种添加b的大线能量焊接用原油储罐用钢及其制作方法，在生产过程中在lf炉控制n、o含量在1~100ppm时添加ti、b ，意图在钢中形成ti2o3、tin并使其与b相互作用，通过利用第二相粒子促进有利于提高大热输入焊接热影响区韧性的晶内铁素体的形成，而其所公开的技术极为粗犷，过宽的o、n含量范围以及lf处理后复杂的实际冶炼条件的变化能否保障所期望的夹杂物的种类、粒度、分布等，以及最终效果是否具有良好的再现性，实际上是不可预料的。公开号cn115232914a，提出一种提升船板钢镁改质效果的方法。该方案对比传统的氧化物冶金方法对精炼过程氧位、加入时机等未过多限制，镁处理主要目的是细化钢中的al2o3，以降低其危害，实施目的、方法与本发明没有相关性。总之，以往的方案多着眼于成分的控制，无论是想依赖于氮化物钉扎晶界迁移抑制大线能焊接时过热区奥氏体的粗化，还是意图依靠氧化物粒子诱导过热奥氏体内形成三维交织的针状组织从而改善焊接接头过热区的低温韧性，获得最终指标的关键性过程作业控制方法要么粗犷宽泛，要么基本没有，大多难以支撑效果可靠性，同时在实际工程所用钢板厚度增加到42mm以上，在实际焊接过程中线能量波动不可避免的情况下，现有的专利技术的局限性已经不能忽略。

4、针对以上问题，发明了一种具有优异焊接性能的适合于更大厚度下大线能焊接的500mpa级调质钢板及其制造方法，本方法适于生产6-60mm厚调质钢板，屈服强度≥490mpa，抗拉强度610-730mpa，伸长率≥20%，厚度中心位置-20℃横向冲击功≥300j，钢板经过最高150kj/cm的egw大线能量焊接条件下，焊接热影响区-20℃冲击功≥145j，可满足15万立以上容积大型原油储罐建造所需的大线焊用500mpa级焊接接头高韧性指标的调质钢板需求，以此方法生产的钢板具有高度的应用可靠性。

技术实现思路

1、本发明公开了一种具有优异焊接性能的500mpa级调质钢板及其制造方法，以解决现有技术中的问题。

2、本发明是通过如下技术方案实现的：一种具有优异焊接性能的500mpa级调质钢板，其特征在于：包括如下质量百分比的各组分：c：0.05-0.10%，si:0.08-0.22%，mn：1.25-1.42%，p≤0.007%，s≤0.0011%，cr≤0.22%，ni：0.22-0.37%，mo:0.06-0.10%，cu：0.10-0.25%，nb≤0.015%，v：0.020-0.045%，ti：0.010-0.017%，als：0.015-0.035%，b：3-8ppm，n：37-59ppm，且ti含量与n含量关系满足0.75≤[（n%wt/14）- (ti%wt-0.003%wt)/48]×10000≤2.0，其余为fe及不可避免之杂质；

3、钢板生产过程以转炉冶炼，通过lf和rh精炼，连铸成坯料，经热轧制成钢板，在调质热处理后成为成品；其中：冶炼过程控制转炉出钢c在0.04%以下，以simn合金预脱氧到自由氧30~100ppm，以tife进行深脱氧，令钢中ti含量达到0.010~0.030%，且al≤0.005%，然后按每吨钢液加入180~220g金属mg比例向钢中打入nimg合金线，在lf精炼处理工序造白渣并精调合金元素含量，其后进行rh脱气处理，并调整n含量，在rh处理后进行连铸，连铸时在连铸中间包向钢液中喂入al合金线，目标为钢坯中的als含量在0.015~0.035%，连铸坯采用150~250mm厚度断面，并控制铸坯的横断面等轴晶率≤25%。

4、本发明还公开了上述具有优异焊接性能的500mpa级调质钢板的制造方法，其特征在于：制造方法包括：转炉冶炼-simn合金预脱氧-ti脱氧-mg处理-炉外精炼lf-真空脱气rh-中间包喂al线-板坯连铸-轧制-调质热处理，其中：

5、1）在转炉出钢碳控制在0.04%以下，出钢过程先以simn合金进行预脱氧，脱氧到自由氧在30~100ppm时，以tife进行深脱氧，令钢中ti含量达到0.010~0.030%wt后再向钢中打入nimg合金线；

6、2）向钢中打入nimg合金线，喂线量按每吨钢液加入180~220g金属mg控制，喂入nimg合金线后至rh处理后上机连铸前，钢中的al含量始终按≤0.005%wt控制；

7、3）在rh工序及其后工序需调整n含量，保障铸坯中n含量范围为37~59ppm，且ti含量与n含量关系满足0.75≤[（n%wt/14）- (ti%wt-0.003%wt)/48]×10000≤2.0；

8、4）连铸时需在连铸中间包向钢液中喂入al合金线，目标为化学成分中的als含量在0.015~0.035%；

9、5）连铸生产选择150~250mm厚度铸坯，并控制铸坯的横断面等轴晶率≤25%；

10、其中：钢板成品厚度为6~60mm，调质处理后屈服强度490-630mpa，抗拉强度610-730mpa，-20℃横向冲击功kv2≥300j，-40℃横向kv2≥200j，钢板经过焊接线能量＞90-150kj/cm的大线能量焊接后，-20℃冲击韧性kv2≥145j，-40℃的冲击韧性kv2≥50j。

11、本发明与现有技术相比优点是：焊接接头热影响韧性稳定，波动小。特别是在厚度增加后，在大线能焊接条件下，焊接接头（尤其是近熔合线位置）-20℃低温韧性指标安定，可以充分保障大型压力容器安全稳定运行。