本發(fā)明涉及調(diào)質(zhì)高強(qiáng)度鋼板制造技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種鈦脫氧易焊接調(diào)質(zhì)高強(qiáng)韌性鋼板及其制造方法。

背景技術(shù)：

進(jìn)入21世紀(jì)以來,工程結(jié)構(gòu)及各種鋼體設(shè)備制造用鋼板不斷向全焊接和高參數(shù)化方向發(fā)展，并且其焊接的線能量也不斷增加，如超大型船舶與海洋平臺(tái)、大跨度橋梁、長距離石油和天然氣輸送管線、大型水電站蝸殼及壓力鋼管、特大型鍋爐和反應(yīng)容器、石油儲(chǔ)罐等的建設(shè)安裝，經(jīng)常需要滿足50-100kJ/cm線能量的焊接要求。因此該類型鋼板不但對母材的強(qiáng)韌性指標(biāo)要求較高，而且在大線能量焊接條件下，對材料焊接韌性的保證能力也提出了更高的要求。

鋼鐵材料設(shè)計(jì)的宗旨是在不增加或盡量少添加合金元素的前提下，竭力提高材料的強(qiáng)度與韌性指標(biāo)。非金屬夾雜物一直被認(rèn)為是鋼中的有害雜質(zhì),是鋼鐵產(chǎn)品出現(xiàn)缺陷的主要誘因，長期以來，有效去除鋼中夾雜物一直是冶金工作者的努力方向，但對多數(shù)鋼種而言,尺寸50μm以上的大型夾雜物對鋼的性能才有影響, 尺寸很小的如直徑0.1μm以下的夾雜常被稱為析出相或第二相粒子,這類夾雜往往析出于鋼的固相階段,本身具有析出強(qiáng)化的作用，而且在材料熱處理或焊接過程的條件下可以釘扎晶粒在高溫下的長大，這一點(diǎn)被人們加以充分利用。到了上世紀(jì)90年代初期“氧化物冶金”技術(shù)思想在日本被提出，即通過在鋼中形成超細(xì)(直徑3μm以下)的均勻分布的成分可控的高熔點(diǎn)氧化物夾雜,以改變鋼的組織和晶粒度,使鋼材具有良好的韌性、較高的強(qiáng)度及優(yōu)良的焊接性能,使鋼中的夾雜物變害為利,這一技術(shù)開創(chuàng)了一條提高鋼材質(zhì)量的新途徑,具有廣闊的發(fā)展前景，且被應(yīng)用于鋼鐵產(chǎn)品的研發(fā)設(shè)計(jì)。但是，并不是所有的氧化物夾雜種類都有有利影響，脫氧劑的選擇以及加入時(shí)機(jī)和方式非常關(guān)鍵。在氧化物冶金中,要求生成的氧化物既能作為針狀鐵素體的非均質(zhì)形核核心,又能有利于氮化物或硫化物在其上析出?？偨Y(jié)前人的研究,高熔點(diǎn)的超細(xì)氧化物TiOx、ZrO2、Al2O3、REOx、(Ti-Mn-Si)-Ox、(Zr-Mn-Si)-Ox等是有效的針狀鐵素體形核核心。

目前限制氧化物冶金技術(shù)應(yīng)用發(fā)展的核心問題是其工藝操作的復(fù)雜性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是針對上述存在的缺陷而提供一種鈦脫氧易焊接調(diào)質(zhì)高強(qiáng)韌性鋼板及其制造方法。本發(fā)明明確了抗拉強(qiáng)度600MPa級調(diào)質(zhì)強(qiáng)韌性鋼板的工藝操作要點(diǎn)，尤其是明確了煉鋼環(huán)節(jié)用鈦鐵等脫氧合金化操作的合金加入時(shí)機(jī)，可操作性強(qiáng)，對易焊接調(diào)質(zhì)高強(qiáng)韌鋼板的制造具有革命性指導(dǎo)意義，本發(fā)明的冶煉方法不僅適用于600MPa級鋼板，對其他對焊接性能要求較高的鋼板也同樣具有指導(dǎo)意義，該方法有利于合金減量化生產(chǎn)設(shè)計(jì)，所生產(chǎn)鋼板不論從性能質(zhì)量上還是經(jīng)濟(jì)成本上都具有較高優(yōu)勢。

本發(fā)明的一種鈦脫氧易焊接調(diào)質(zhì)高強(qiáng)韌性鋼板及其制造方法技術(shù)方案為，一種鈦脫氧易焊接調(diào)質(zhì)高強(qiáng)韌性鋼板，由以下質(zhì)量百分比的成分組成：C：0.07～0.09%，Si：0.20～0.40%，Mn：1.45～1.60%，P≤0.012%，S≤0.003%，Cr+Mo≤0.30%，Nb+V≤0.07%，Ti：0.015～0.030%，Als≤0.020%，其余為Fe及不可避免的夾雜，同時(shí)滿足碳當(dāng)量CE=C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14≤0.42%，焊接裂紋敏感性指數(shù)Pcm=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B≤0.20%。

一種鈦脫氧易焊接調(diào)質(zhì)高強(qiáng)韌性鋼板厚度范圍為16~40mm，鋼板屈服強(qiáng)度達(dá)到490MPa以上，抗拉強(qiáng)度610～730MPa，延長率≥17%，橫向沖擊KV2≥80J（試驗(yàn)溫度-20～-40℃），180°d=3a冷彎合格。

所述的一種鈦脫氧易焊接調(diào)質(zhì)高強(qiáng)韌性鋼板的制造方法，主要生產(chǎn)工藝路線如下：高爐鐵水-鐵水預(yù)處理-轉(zhuǎn)爐冶煉-脫氧合金化-LF精煉-RH精煉-板坯連鑄-鑄坯緩冷-鑄坯加熱-除鱗-軋制-在線淬火-矯直-冷卻-切割-回火-探傷-取樣-檢驗(yàn)、標(biāo)志-入庫。

所述的一種鈦脫氧易焊接調(diào)質(zhì)高強(qiáng)韌性鋼板的制造方法，：

（1）冶煉時(shí)下列熔煉成分嚴(yán)格控制。C：0.07～0.09%，Si：0.20～0.40%，Mn：1.45～1.60%，P≤0.012%，S≤0.003%，Cr+Mo≤0.30%，Nb+V≤0.07%，Ti：0.015～0.030%，Als≤0.020%，同時(shí)滿足碳當(dāng)量CE=C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14≤0.42%，焊接裂紋敏感性指數(shù)Pcm=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B≤0.20%。

（2）原料鐵水需經(jīng)KR深脫硫處理，處理后鐵水利用頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐冶煉，轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)嚴(yán)格[C]、[O]含量的控制，堿度按3.0-3.5控制，終點(diǎn)[C]=0.05%-0.06%，[P]、[S]不得超過0.009%，轉(zhuǎn)爐出鋼氧600～1200 ppm，出鋼時(shí)加入弱脫氧劑(如硅錳鐵、硅鐵等)進(jìn)行脫氧，除鋁系合金以外的合金都按常規(guī)操作加入。脫氧劑的加入量要根據(jù)轉(zhuǎn)爐的出鋼氧的多少進(jìn)行調(diào)整;出鋼時(shí)間≥4.5min，出鋼過程中保證鋼包全程吹氬攪拌，出鋼完畢后，在吹氬站吹氬至少10分鐘以上。

（3） LF精煉進(jìn)站時(shí)對鋼液進(jìn)行定氧，當(dāng)鋼液中的氧含量達(dá)到30～100 ppm的時(shí)候向鋼液中加入FeTi 合金進(jìn)行脫氧，確保鋼中的鈦氧平衡，精煉過程對鋼液進(jìn)行定期定氧，鋼水中氧含量到20 ppm左右時(shí)進(jìn)行常規(guī)的造渣和成分調(diào)整，精煉后期進(jìn)行其他合金化操作，出站前喂適量鈣鐵線（Ca30%）處理，出站前定氧。鋼水RH真空精煉處理過程中，要求保真空（真空度2mbar以下）時(shí)間≥15min，真空處理結(jié)束后保證軟吹氬時(shí)間≥10min，氬氣流量以鋼液微微翻動(dòng)（翻動(dòng)直徑100-200mm）為準(zhǔn)，處理結(jié)束后，鋼液定氫，氫含量要求1．5 ppm以下。整個(gè)冶煉過程，只用少量的鋁粒進(jìn)行渣中脫氧，嚴(yán)禁用鋁進(jìn)行鋼水的脫氧。

（4）原料鋼坯從連鑄機(jī)下線后需經(jīng)過緩冷坑或緩冷罩緩冷至300℃以下，時(shí)間至少達(dá)到48小時(shí)方可送軋；軋制前鋼坯出加熱爐溫度1120～1180℃，加熱時(shí)間系數(shù)0.9~1.2min/mm（鋼坯厚度）；軋制采用粗、精軋分階段軋制，粗軋機(jī)開軋溫度1050～1100℃，采用低速大壓下軋制工藝，保證[16，40]mm規(guī)格的中間坯厚度不小于成品厚度的2.5倍，保證至少1道次的壓下量不低于20%，鋼板精軋按終軋溫度870～890℃控制。

（5）鋼板軋后采用在線淬火+回火處理工藝。采用MULPIC水冷設(shè)備對鋼板在線淬火處理，開冷溫度按850～880℃，終冷溫度到150℃以下（返紅溫度不超過200℃），冷速按不低于12℃/s控制，并保證冷卻均勻；回火處理溫度按630±5℃控制，爐內(nèi)時(shí)間按2.5min/mm且最低不低于30min，鋼板出爐后空冷至室溫。

本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明鋼板厚度范圍為16~40mm，鋼板屈服強(qiáng)度達(dá)到490MPa以上，抗拉強(qiáng)度610～730MPa，延長率≥17%，橫向沖擊KV2≥80J（試驗(yàn)溫度-20～-40℃），180°d=3a冷彎合格。該鋼板強(qiáng)度高，韌性好，且易焊接便于設(shè)備的加工制造，鋼板探傷能夠符合JB/T4730.3承壓設(shè)備無損檢測（第三部分 超聲檢測）Ι級合格的水平。

本發(fā)明具有以下主要優(yōu)點(diǎn)：（1）采用氧化物冶金原理使鋼中的夾雜物變害為利，通過控制鋼中氧化物夾雜的種類、尺寸及分布來改善鋼的組織結(jié)構(gòu)，使鋼材具有良好的強(qiáng)韌性和焊接性能，有效節(jié)約了鋼中合金的使用量，降低了生產(chǎn)成本；（2）本發(fā)明的調(diào)質(zhì)鋼板不但具有較高的強(qiáng)韌性指標(biāo)，而且能夠滿足最大線能量100kJ/cm的焊接要求，經(jīng)100kJ/cm線能量的埋弧自動(dòng)焊接后其熱影響區(qū)-40℃橫向沖擊亦能達(dá)到80J以上的水平，具有優(yōu)良的焊接性能，便于現(xiàn)場焊接施工；（3）該發(fā)明冶煉方法不僅適用于600MPa級鋼板，對其他焊接性能要求較高的高強(qiáng)鋼板生產(chǎn)也同樣具有指導(dǎo)意義。。

鋼板。

附圖說明：

圖1所示為本發(fā)明實(shí)施例3制備的600MPa級鈦脫氧調(diào)質(zhì)高強(qiáng)鋼板金相組織（40mm）。

具體實(shí)施方式：

為了更好地理解本發(fā)明，下面用具體實(shí)例來詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)方案，但是本發(fā)明并不局限于此。

實(shí)施例１

本實(shí)施例的鈦脫氧易焊接調(diào)質(zhì)高強(qiáng)韌性鋼板是由以下質(zhì)量百分比的組分制備而成：C：0.08%，Si：0.27%，Mn：1.50%，P：0.011%，S：0.002%，Cr+Mo：0.14%，Nb+V：0.066%，Ti：0.017%，Als：0.028%，其余為Fe及不可避免的夾雜，其碳當(dāng)量CE=0.39%，焊接裂紋敏感性指數(shù)Pcm=0.19%。

本實(shí)施例鋼板的生產(chǎn)制備方法如下：

1）冶煉工藝：原料鐵水KR深脫硫處理后，經(jīng)過210t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐冶煉，轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)堿度3.3，終點(diǎn)[C]=0.056%，[P]、[S]分別為0.079%和0.086%，轉(zhuǎn)爐出鋼氧880 ppm，出鋼時(shí)加入硅錳鐵脫氧，除鋁系合金以外其它合金常規(guī)加入。出鋼完畢后，在吹氬站吹氬14min后上LF精煉處理，并對鋼液定氧，當(dāng)鋼液中的氧含量達(dá)到64 ppm時(shí)向鋼液中加入FeTi 合金進(jìn)行脫氧，控制鋼中氧含量到25 ppm，之后造白渣、成分微調(diào)，并喂2m/t的鈣鐵線（Ca30%）處理后上RH處理，RH保真空時(shí)間18min，處理結(jié)束后軟吹氬時(shí)間16min，吹氬效果良好，鋼包液面翻動(dòng)直徑約為150mm，處理后鋼液氫含量1.3 ppm；

2）澆鑄工藝：RH精煉爐處理后鋼水上250mm×2200mm斷面板坯連鑄機(jī)澆注，澆注過程中鑄機(jī)采用鑄坯輕壓下技術(shù)，中包過熱度在12-20℃范圍波動(dòng)，拉速保持0.90m/min恒速拉鋼，連鑄坯下線后堆垛緩冷48小時(shí)；

3）加熱工藝：連鑄坯在無氧化輥底式加熱爐中加熱4小時(shí)15分鐘，鑄坯出加熱爐時(shí)溫度為1145℃，出爐后高壓水除鱗。

4）軋制工藝：采用粗、精軋分階段軋制，粗軋開軋溫度約1060℃，軋制中間坯厚度為60mm，精軋開軋溫度910℃，終軋溫度875℃，軋制成品鋼板規(guī)格為16mm，軋后鋼板快速水冷至130℃，冷速為14℃/s，返紅后溫度為170℃，隨后空冷至室溫。

5）熱處理工藝：空冷后鋼板回火處理，處理溫度為630℃，在爐時(shí)間40min，鋼板出爐后空冷至室溫。

實(shí)施例2

本實(shí)施例鋼板的生產(chǎn)制備方法同實(shí)施例一，區(qū)別在于軋制中間坯厚度為100mm，精軋終軋溫度882℃，軋后加速水冷后返紅溫度為175℃，軋制成品鋼板規(guī)格為30mm，回火處理在爐時(shí)間為75分鐘。

實(shí)施例3

本實(shí)施例鋼板的生產(chǎn)制備方法同實(shí)施例一，區(qū)別在于連鑄坯在加熱爐加熱時(shí)間為4小時(shí)25分鐘，軋制的中間坯厚度120mm，精軋終軋溫度880℃，軋后加速水冷后的返紅溫度為185℃，軋制成品鋼板規(guī)格為40mm，回火熱處理在爐時(shí)間100min。對以上實(shí)施例1至3中制備的鈦脫氧易焊接調(diào)質(zhì)高強(qiáng)韌性鋼板做力學(xué)性能測試，結(jié)果如表1、2、3所示。對實(shí)施例3鋼板做金相檢驗(yàn)得知鋼板以強(qiáng)韌性俱佳的回火貝氏體為主，金相組織如說明書附圖圖1所示。

表1 常規(guī)力學(xué)性能

。

表2 鋼板V型夏比沖擊試驗(yàn)結(jié)果

。

表3 實(shí)施例2鋼板埋弧自動(dòng)焊接后熱影響區(qū)沖擊試驗(yàn)結(jié)果

。