24 2-1-C-宝钢大线能量焊接用船板的开发(OK).pdfVIP

th 7 China International Steel Congress 宝钢大线能量焊接用船板的开发 杨健，马志刚，祝凯，王睿之，郑庆 201900 中国上海宝山钢铁股份有限公司冶金工艺研究所 摘 要:宝钢开发了氧化物冶金技术，即利用强脱氧剂改善厚板焊接热影响区韧性的技术（ETISD 技术）。通过 精细控制钢中重要元素的含量，以及脱氧和连铸过程，可以获得所希望的夹杂物。这些夹杂物在焊接热影响 区可以有效地抑制奥氏体晶粒的长大，同时促进晶内铁素体的生长。对于工业试验所开发的板厚 68 mm、抗 拉强度 510 MPa 级 （EH40船板）的厚板，进行了实物V型坡口、一道次双丝气电立焊，在焊接线能量为 400 kJ/cm 条件下，获得了优异的焊接热影响区冲击韧性。 关键词：大线能量焊接，热影响区，韧性，氧化物冶金，夹杂物 1 前言 在造船、建筑、海洋结构和管道工业等领域，对于具有优异的大线能量焊接性能厚板的需求正在逐年增 加。随着大型集装箱船造船业的迅速发展，对于集装箱船上甲板用于货物装卸口处的侧板和边缘板，要求钢 板的厚度为 68 mm，屈服强度为 390 MPa。在这些厚板的焊接过程中，可以使用一道次气电立焊。这种焊接 方法具有很高的焊接效率，其焊接热输入达到 400 kJ/cm[1] 。对于建筑行业，在高层建筑骨架所使用的箱形柱 是由厚板焊接而成的。高效焊接工艺可以使用于四面箱形柱的隔板焊接和角部焊接，焊接热输入可以高达 500 [2] 到 1000 kJ/cm 。 在厚板的大线能量焊接过程中，通常经过TMCP(Thermo-Mechanical Control Process)工艺制造的厚板 的微细组织结构遭到破坏，奥氏体晶粒明显长大，形成粗晶热影响区，造成焊接热影响区韧性降低。在粗晶 热影响区导致脆化的组织是冷却过程中形成的粗大晶界铁素体GBF(Grain Boundary Ferrite)、侧板条铁素体 FSP(Ferrite Side Plates)和上贝氏体，以及在侧板条铁素体的板条间形成的碳化物岛状M-A组元等。 目前提高厚板焊接热影响区韧性的主要措施是采用氧化物冶金技术，该技术的作用原理主要有两种。其 一是利用在钢中微细分布的夹杂物，在焊接的高温过程中钉扎奥氏体晶界的移动，从而阻止奥氏体晶粒的长 大。在大线能量焊接过程中，通常使用高温下稳定的氮化物和氧化物的微粒来抑制奥氏体晶粒的长大[3] 。其二 是控制焊接热影响区奥氏体晶粒内部的微观组织，促进晶内铁素体IGF(Intragranular Ferrite)的形成。通常 利用Ti脱氧生成的Ti2O3粒子可以促进晶内针状铁素体的形成[4-5] 。这是因为Ti2O3粒子具有阳离子空位，可以促 进MnS, BN和TiN粒子优先在Ti2O3粒子表面析出。如当MnS粒子析出时，在Ti2O3粒子周围形成贫Mn层，这 可以提高Ac3点的温度，促进在Ti2O3粒子周围IGF的成长。 本文首先介绍了大线能量焊接用船板开发的实验室工作，其重点是介绍宝钢利用强脱氧剂改善焊接热影 响区韧性的 ETISD 技术的开发（Excellent Heat Affected Zone Toughness Technology Improved by use of Strong Deoxidizers)。在阐述氧化物冶金工艺对于夹杂物、焊接热影响区的组织和冲击韧性影响的同时，阐 326 第七届中国国际钢铁大会 明了在添加强脱氧剂进行钢液脱氧过程中，通过对于脱氧氧位的精确控制，可以选择性地抑制焊接热影响区 奥氏体晶粒的长大，或者促进晶内铁素体生长，这两种组织的钢材都可以获得优异的焊接热影响区韧性。最 后介绍了宝钢大线能量焊接用船板开发的工业试验结果。 2 实验室研究 利用比Al-O结合能力更强的强脱氧剂，如Mg、Ca等，进行钢液的脱氧脱硫，由于所生成的氧化物和硫 化物尺寸细小并且容易在钢中弥散分布[6] ，为此宝钢开展了利用强脱氧剂的氧化物冶金工艺研究。实验装置如 图1所示，采用50公斤真空感