CN114381661B - 一种eh36级钢板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种EH36级钢板，以质量百分比计，其成分包括C：0.07～0.1％，Si：0.15～0.25％，Mn：1.55～1.65％，P≤0.01％，S≤0.003％，Ti：0.012～0.02％，N≤0.005％，O≤0.005％，H≤0.00002％，Al≤0.01％，Ca：0.0002～0.0035％，V≤0.035％，B：0.0005～0.001％，其余为Fe及不可避免的杂质；所述钢板的碳当量Ceq控制在0.33 0.39；所述钢板的最大焊接线能量为400kJ/cm，所述钢板厚度≥60mm。本发明还提供了一种EH36级钢板的制备方法。本发明提供的一种EH36级钢板的制备方法，制得的EH36级钢板可承受400kJ/cm焊接输入热，厚度超过60mm。

Description

一种EH36级钢板及其制备方法
技术领域
本发明涉及焊接用高强度结构钢板技术领域，特别涉及一种EH36级钢板及其制备方法。
背景技术
随着船舶和海洋工程领域的不断发展，我国对高强度易焊接的宽厚板结构用钢需求量日趋增大，该领域所需钢板的强度和厚度大幅度增加。以海洋工程领域为例，焊接工作量约占总工作量的40％，焊接成本最高占制造总成本的50％，传统焊接方式已经无法满足日益增长的生产效率的需求。大热输入焊接可以有效提高焊接效率。然而，较大的焊接热输入虽然可以提高生产效率，但也会造成焊接接头附近尤其是粗晶热影响区组织和性能发生急剧恶化，导致焊接接头的低温韧性不良。因此，开发可承受较大焊接热输入的钢材成为目前国内钢铁行业十分迫切的任务。
公开号为CN107904504A的发明专利公开了一种正火交货的可大线能量焊接用EH36特厚钢板及其制备方法，通过一定含量的Nb元素细化正火过程中的奥氏体晶粒尺寸，同时抑制焊接热影响区晶界铁素体的形成，利用微小TiN、VN粒子促进晶内针状铁素体形成，但钢板在不大于200kJ/cm的热输入下，其热影响区的-40℃平均冲击功仅50J。公开号为CN101812639A的发明专利公开了一种高强度大线能量焊接船体用钢及其生产方法，但其适用的焊接输入能量仅为50～100kJ/cm。公开号为CN103031491A的发明专利公开了一种无铬微钼高强大线能量钢板及其制造方法，钢板添加了Ni、Mo等贵重元素，生产成本提高。公开号为CN109161671A的发明专利公开了一种大线能量焊接用高强度EH36钢板的制备方法，其首先通过在LF炉精炼站加入Ti铁脱氧，随后于RH炉真空处理后喂入Ca线进而形成含Ca的复合氧化物，与常规生产工艺流程不同，打破了现场的生产节奏。
通过上述分析可知，现有技术方案存在如下不足：一是脱氧方式没有明确，并且钢板的大线能量焊接性能很难突破400kJ/cm。二是采用TiN+VN进行复合脱氧时，TiN在高温下易于分解，会显著影响组织的细化效果。三是部分工艺在RH炉内进行氧化物冶金处理，不符合常规的生产工艺流程，不利于进行夹杂物的精确和稳定控制，影响技术的推广应用和大线能量焊接性能的显著提高。
因此，当前亟需一种可承受较大焊接输入热的EH36级厚钢板及其制备方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可承受400kJ/cm焊接输入热的厚度超过60mm的EH36级钢板及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种EH36级钢板，以质量百分比计，其成分包括C：0.07～0.1％，Si：0.15～0.25％，Mn：1.55～1.65％，P≤0.01％，S≤0.003％，Ti：0.012～0.02％，N≤0.005％，O≤0.005％，H≤0.00002％，Al≤0.01％，Ca：0.0002～0.0035％，V≤0.035％，B：0.0005～0.001％，其余为Fe及不可避免的杂质；所述钢板的碳当量Ceq控制在0.33 0.39；所述钢板的最大焊接线能量为400kJ/cm，所述钢板厚度≥60mm。
进一步地，所述钢板含有体积分数为0.15％0.45％、平均尺寸为0.5～2μm的含Ti复合氧化夹杂物。
进一步地，所述含Ti复合氧化夹杂物内层以Ti2O3为核心结构，外层包括Ca的氧硫化物、Mn的硫化物和V的氮化物。
进一步地，所述含Ti复合氧化夹杂物中以质量百分比计，包括Ti：1～40％、O：1～40％、Ca：1～40％、Al：1～40％、V：1～40％、Mn：1～40％。
本发明还提供了一种EH36级钢板的制备方法，包括如下步骤：
冶炼得到EH36级钢，其步骤包括
(1)使用P≤0.110％、温度≥1500℃的铁水或添有废钢的铁水进行脱硫与扒渣的预处理，处理后铁水中S≤0.01％；
(2)使用B类及以上的周转炉使用双渣法进行转炉炼钢得到钢水；
(3)采用弱脱氧方式对钢水脱氧，出钢时依次加入干燥的活性石灰、锰系合金及硅系合金，禁止采用Al脱氧；
(4)LF炉精炼，精炼时加入干燥的造渣材料及脱氧剂，到站后取样、测温、定氧、测量渣厚，温度≥1560℃时定氧，控制钢中F[O]在30-50ppm，精炼时可根据需要补充Ti合金；
(5)RH炉精炼，RH炉精炼中禁止补加含Al合金，在线定氢F[H]≤0.5ppm，真空保压≥12min，破空后静吹氩≥10min；
将冶炼得到EH36级钢连铸成连铸坯，连铸采用全程保护浇注，开浇头炉过热度≤40℃，中包取样检验氢、氧和氮；
EH36级钢板的轧制，将连铸坯加热至1150～1200℃，保温180～240min，然后采用两阶段轧制，第一阶段的终轧温度不小于1100℃，第二阶段开轧温度不大于850℃，累积压下率不小于50％，轧后钢板终冷温度控制在550～580℃。
进一步地，所述添有废钢的铁水中废钢的添加量不超过10％。
进一步地，所述出钢时出钢开始至出钢3/4保持氩气全开流量，出钢3/4后减小氩气流量，加入活性石灰的Ca线喂线速度为100～500m/min，控制炉后钢水氧含量在10～200ppm。
进一步地，所述LF炉精炼在取样时，吹氩搅拌3min取样，喂JAW-1包芯线，喂线速度200～300m/min，在返回升温和造渣时，白渣操作10-20min，升温时氩气流量控制在200-300L/min。
进一步地，所述连铸时控制铸坯拉速为恒拉速,液面波动控制在±3mm。
进一步地，所述轧后钢板采用喷水冷却，冷却速度控制在15-30℃/s。
本发明提供的一种EH36级钢板，为了保证钢板的大线能量焊接性能，选用低C含量设计理念，针对Ti、N、Ca、O等元素进行了适当配比，并控制钢中含Ti复合夹杂物的尺寸在0.5～2μm，其含量占基体中夹杂物总量的10％以上。弥散分布的复合夹杂物不仅可以利用自身阳离子空位吸附基体中的Mn元素来形成溶质贫乏区、促进针状铁素体形核，钉扎奥氏体晶界移动。而且复合夹杂物可以与基体形成低能共格界面，实现晶粒尺寸和晶内组织微细化的协同控制，有效提高了焊接热影响区的低温冲击韧性。
本发明提供的一种EH36级钢板制备方法，通过对合金成分及脱氧过程的精细控制，在钢中形成可作为针状铁素体有效形核核心的Ti的复合氧化氧化物、硫化物和氮化物，在铁素体相变过程中可以更好地促进晶内针状铁素体形成，同时对原奥氏体晶粒尺寸产生一定的钉扎效应，有效改善了焊接热影响区的显微组织，提高了钢板热影响区域的低温韧性。
并且，本发明提供的一种EH36级钢板制备方法，在大线能量焊接热影响区域组织性能调控的基础上，对EH36级钢板的成分体系及夹杂物分布进行优化控制，严格控制脱氧过程，实现热影响区域低温韧性与组织结构的优化提升。最终制得的EH36级钢板厚度可以达到60mm以上，可承受较大的焊接输入热，可以满足400kJ/cm的大线能量焊接需求，并且经过焊后可在焊接热影响区内部形成大量的针状铁素体结构，具有优异的强韧性，其屈服强度可达355MPa以上，在-40℃下的冲击韧性不小于267J，在-40℃下的冲击功不小于202J。
同时，本发明是在常规EH36级钢板生产工艺流程的基础上，对合金成份及冶炼关键流程进行改进，其他工艺流程与现有常规大线能量焊接用钢生产工艺流程基本相同，不会破坏现有的生产节奏，保证了生产效率，提高了经济效益。
附图说明
图1为本发明实施例提供的EH36级钢板中含Ti有效复合夹杂物微观结构示意图；
图2为本发明实施例1提供的EH36级钢板的制备方法制得的EH36级钢板在400kJ/cm线能量下的焊接热影响区显微组织；
图3为本发明实施例2提供的EH36级钢板的制备方法制得的EH36级钢板在400kJ/cm线能量下的焊接热影响区显微组织；
图4为本发明对比例制得的EH36级钢板在400kJ/cm线能量下的焊接热影响区显微组织。
具体实施方式
本发明实施例提供的一种EH36级钢板，以质量百分比计，钢板中C含量为：0.07～0.1％，Si含量为：0.15～0.25％，Mn含量为：1.55～1.65％，P含量≤0.01％，S含量≤0.003％，Ti含量为：0.012～0.02％，N含量≤0.005％，O含量≤0.005％，H含量≤0.00002％，Al含量≤0.01％，Ca含量为：0.0002～0.0035％，V含量≤0.035％，B含量为：0.0005～0.001％，其余为Fe及不可避免的杂质元素。为了保证钢板的低温韧性指标以及低的裂纹敏感性指标控制碳当量Ceq在0.33 0.39范围内。EH36级钢板中相关元素组分在钢板中的作用机理如下：
C：0.05～0.12％，C元素对钢板的屈服强度、抗拉强度、焊接性能有显著影响，还能够形成碳化物提高钢板的淬透性，有利于钢板强度的提高。但是C含量过高，会增大焊接热影响区的硬度，并增大对焊缝金属冷裂的敏感性和对焊后再加热开裂的敏感性，影响钢的焊接性能及韧性，因此C含量的上限在0.12％。
Si：0.1～0.3％，Si元素在炼钢过程中作为还原剂和脱氧剂，同时Si在钢板中以固溶态存在，能够提高淬透性从而起到固溶强化作用，为了保证脱氧效果，其含量下限为0.1％。但Si含量过高时，会造成钢板的韧性下降，降低钢的焊接性能，因此Si含量的上限为0.3％。
Mn：1.2～2.0％，Mn元素成本低廉，在炼钢过程中作为脱氧剂和脱硫剂，同时还能增加钢板的韧性、强度和硬度，提高钢板的淬透性，改善钢板的热加工性能。但如果Mn元素含量过高，大厚度钢板易出现中心偏析，在提高淬透性的同时降低了马氏体转变温度，使焊接性能下降，因此，Mn元素含量下限为1.2％，上限为2.0％。
P：0.005～0.01％，S：0.003～0.005％：在一般情况下，P元素和S元素都是钢中有害元素，会增加钢板的脆性。P使钢板的焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏，S元素降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成开裂，因此应尽量减少P元素和S元素在钢中的含量。
Ti：0.012～0.025％，Ca：0.0005～0.008％，Ti、Ca是良好的脱氧剂，Ti、Ca的氧化物在1350℃以上的高温下依然能够保持粒子形态而不被溶解，能够起到钉扎晶界的作用，从而避免焊接热影响区晶粒粗化而导致的韧性恶化。同时Ti可与C、N元素形成Ti的碳化物、氮化物或者碳氮化物，这些化合物具有好的晶粒细化效果。
V：0.015～0.03％，作为强碳化物的形成元素，有利于钢的弥散强化作用，提高基体和焊缝金属的强度，同时改善钢板的焊接性。
参见图1，在EH36级钢板中包括一定比例的含Ti复合氧化夹杂物。其中，含Ti复合氧化夹杂物的平均尺寸为0.5～2μm，其在EH36级钢板中的体积分数在0.15％0.45％之间。
其中，含Ti复合氧化夹杂物包括：内层以Ti2O3为核心结构，外层为Ca和Al的氧硫化物、Mn的硫化物和V的氮化物。
其中，在含Ti复合氧化夹杂物中，以质量百分比计，Ti含量为：1～40％、O含量为：1～40％、Ca含量为：1～40％、Al含量为1～40％、V含量为：1～40％、Mn含量为：1～40％。
本发明提供的EH36级钢板中，选用低C含量设计理念，并针对Ti、N、Ca、O等元素进行了适当配比。控制钢板中含Ti复合夹杂物的尺寸在0.5～2μm，含量控制在10％以上，使弥散分布在钢板中的含Ti复合夹杂物可以利用自身阳离子空位吸附基体中的Mn元素来形成溶质贫乏区、促进针状铁素体形核，钉扎奥氏体晶界移动。同时，含Ti复合夹杂物还可以与基体形成低能共格界面，实现晶粒尺寸和晶内组织微细化的协同控制，有效提高了钢板热影响区域的低温冲击韧性。使得钢板可以承受400kJ/cm的焊接输入热，可以满足400kJ/cm的大线能量焊接需求，并且钢板经过焊后可在焊接热影响区内部形成大量的针状铁素体结构，具有优异的强韧性，其屈服强度可达355MPa以上，在-40℃下的冲击韧性不小于267J，在-40℃下的冲击功不小于202J。
本发明提供的一种EH36级钢板的制备方法，包括如下步骤：
步骤1)冶炼得到EH36级钢，其步骤包括
(1)铁水预处理：选用低P、低B的优质铁水，为了降低炼钢成本，也可在低P、低B的优质铁水中加入不超过铁水质量10％的废钢。铁水或添加废钢的铁水中P、B含量越低越好，以生产所能控制的极限为准，这样保证最终最终制得的EH36级钢的P、B含量在设计成份体系的可控范围内。并且要求P≤0.110％，铁水的温度≥1500℃。对铁水进行脱硫、扒渣等预处理，扒渣需裸露出铁水，扒渣等级为0级，处理后铁水控制S≤0.01％。
(2)转炉炼钢：保证钢包清洁，不得有残钢、残渣，红罐出钢，使用B类及以上周转炉炼钢。要求转炉氧枪、烟罩密封严密，无漏水点。采用双渣法操作以保障对冶炼得到的钢水中的P含量的控制目标。
(3)脱氧：采用弱脱氧方式对钢水脱氧，出钢时加料顺序为：活性石灰—锰系合金-硅系合金，严禁采用Al脱氧。至少对加入的金属锰、硅铁合金进行充分烘烤，其他合金料及石灰、烧结矿、白云石等辅料必须干燥，且在料仓待用时间≤24小时。
(4)LF炉精炼：LF炉炉盖不得有漏水点,检查并清理可能会掉的电极块。加入的造渣材料及脱氧剂必须干燥，且在料仓待用时间≤24小时，保证炉渣具有良好的流动性。到站后取样、测温、定氧、测量渣厚。控制钢中F[O]30-50ppm。温度≥1560℃时定氧，精炼时可根据目标成份的需要可以补充Ti合金。
(5)RH炉精炼：RH炉精炼过程中禁止补加含Al合金，到站后和搬出前取样检验氢、氧、氮含量，并在线定氢F[H]≤0.5ppm，真空保压(≤100Pa)时间≥12min，破空后静吹氩时间≥10min。
步骤2)将冶炼得到EH36级钢连铸成连铸坯，连铸采用全程保护浇注，开浇头炉过热度≤40℃，中包取样检验氢、氧和氮。保护渣和二冷区冷却制度由炼钢厂确定。
步骤3)EH36级钢板的轧制，将连铸坯加热至1150～1200℃，保温180～240min，然后采用两阶段轧制，第一阶段的终轧温度不小于1100℃，第二阶段开轧温度不大于850℃，累积压下率不小于50％，轧后钢板终冷温度控制在550～580℃。
其中，在采用弱脱氧方式对钢水脱氧中，出钢时出钢开始至出钢3/4保持氩气全开流量，出钢3/4后减小氩气流量，加入活性石灰的Ca线喂线速度为100～500m/min，控制炉后钢水氧含量在10～200ppm。
其中，在LF炉精炼过程中，在取样时吹氩搅拌3min取样，喂JAW-1包芯线，喂线速度200～300m/min，在返回升温和造渣时，白渣操作10-20min，升温时氩气流量控制在200-300L/min。
其中，在连铸时控制铸坯拉速为恒拉速,液面波动控制在±3mm。
其中，在EH36级钢板的轧制过程中，轧后钢板采用喷水冷却，冷却速度控制在15-30℃/s。
本发明提供的一种EH36级钢板的制备方法，通过对合金成分和脱氧过程的精细控制，在钢中形成可作为针状铁素体有效形核核心的Ti的复合氧化氧化物、硫化物和氮化物，在铁素体相变过程中可以更好地促进晶内针状铁素体形成，同时对原奥氏体晶粒尺寸产生一定的钉扎效应，有效改善了焊接热影响区的显微组织，提高钢板热影响区域的低温韧性。
下面通过实施例和对比例对本发明提供的一种EH36级钢板的制备方法做具体说明。
实施例1
本实施例为前述可承受400kJ/cm焊接热输入的EH36级厚钢板的制备方法，包括如下步骤：
S1:冶炼
采用低P、低B优质铁水，铁水中P、B含量越低越好，以生产所能控制的极限为准。最终保证最终样本的P、B含量在设计成份体系的可控范围内。要求P≤0.110％，铁水温度≥1500℃。
S1.1铁水预处理
铁水经预处理脱硫、扒渣。扒渣需裸露出铁水，扒渣等级0级，处理后S≤0.01％。铁水预处理允许采用废钢，但比例不大于10％。
S1.2转炉
保证钢包清洁，不得有残钢、残渣，红罐出钢，使用B类及以上周转罐。转炉氧枪、烟罩密封严密，无漏水点。采用双渣法操作以保障P含量控制目标。
S1.3脱氧：采用弱脱氧方式，出钢加料顺序为：活性石灰—锰系合金-硅系合金。严禁采用Al脱氧。至少对加入的金属锰、硅铁合金进行充分烘烤，其他合金料及石灰、烧结矿、白云石等辅料必须干燥，在料仓待用时间≤24小时。
S1.4 LF炉
炉盖不得有漏水点,检查并清理可能会掉的电极块。加入的造渣材料及脱氧剂必须干燥，在料仓待用时间≤24小时，保证炉渣具有良好的流动性。到站后取样、测温、定氧、测量渣厚。控制钢中F[O]30-50ppm。温度≥1560℃时定氧，取钢样和渣样，吹氩搅拌，喂JAW-1包芯线，喂线速度200～300m/min，吹氩搅拌3min，取钢样、渣样。返回升温、造渣，白渣操作15min，升温过程禁止大搅拌，氩气流量控制250L/min左右。LF可根据目标成份需要补充Ti等合金。
S1.5 RH炉
到站后和搬出前取样检验氢、氧、氮含量，并进行在线定氢F[H]≤0.5ppm。真空保压(≤100Pa)时间≥12min。破空后静吹氩时间≥10min。RH处理过程中禁止补加含Al合金。
S2:连铸
实行全程保护浇注，开浇头炉过热度应≤40℃。中包取样检验氢、氧、氮，要求用专用取样器取样；保护渣、二冷区冷却制度由炼钢厂确定。连铸目标拉速控制要保持恒拉速。
S3:轧制
将步骤S2得到的连铸坯加热至1150～1200℃，保温180～240min，然后采用两阶段控制轧制，第一阶段的终轧温度不小于1100℃，第二阶段开轧温度不大于850℃，累积压下率不小于50％；轧后钢板采用喷水冷却，终冷温度550～580℃。
本实施例中，通过上述制备方法，对合金元素的合理控制，对脱氧过程的氧含量控制，使得上述可承受400kJ/cm焊接线能量的EH36级厚钢板的化学成分按质量百分数包括：C：0.074％，Si：0.199％，Mn：1.581％，P：0.009％，S：0.002％，Ti：0.012％，N：0.0037％，O：0.0024％，H：0.0001％，Al：0.005％，Ca：0.0008％，V：0.028％，B：0.0007％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。
钢板中0.5～2μm的复合夹杂物中，Ti、Ca的氧硫化物、Mn的硫化物和V的氮化物组成的复合夹杂物(即Ti-Ca-O+MnS+VN复合夹杂物)数量占20％。
经测试，本实施例制备得到的钢板的屈服强度为395MPa，-40℃下的冲击韧性267～336J。在400kJ/cm焊接线能量下，热影响区-40℃冲击韧性202～227J。
本实施例中，步骤S1中，冶炼过程中采用加入废钢存在以下优点：1、降低炼钢成本，废钢的成本要低于铁水成本，多使用废钢可以降低炼钢成本。2、在某些钢厂由于炼钢能力大于炼铁能力，尽量多用废钢少消耗铁水，能够扩大产能。
步骤S1中的合金成份控制指的是合金元素的添加顺序添加时间和添加时机等；夹杂物控制指的是精炼过程氧位的控制，以及两种合金元素加入的中间过程的搅拌时间的控制，通过上述夹杂物的精细化控制，最终钢板中的0.5-2μm的复合夹杂物的含量保持在10％以上。控制钢中复合夹杂物的尺寸在0.5～2μm，其含量控制在10％以上，弥散分布的复合夹杂物可以利用自身阳离子空位吸附基体中的Mn元素来形成溶质贫乏区、促进针状铁素体形核，钉扎奥氏体晶界移动。另一方面复合夹杂物可以与基体形成低能共格界面，实现晶粒尺寸和晶内组织微细化的协同控制，有效提高了HAZ的低温冲击韧性。因此，与现有技术中大线能量焊接用钢相比，本实施例钢板即使在更高的焊接热循环条件下仍具有良好的低温冲击韧性。
需要说明的是，在冶炼和精炼过程中添加的合金元素含量并非最终形成的复合夹杂物中各个元素的含量的决定因素。本实施例通过控制钢水中氧含量，钢包吹气时间，以及两种合金元素加入的中间过程的搅拌时间达到复合夹杂物含量控制的效果。
上述钢板中形成的尺寸在0.5～2μm的复合夹杂物中，内部含有Ti的复合氧化夹杂物包括：内层的Ti2O3为核心结构，外层的Ca的氧硫化物、Mn的硫化物和V的氮化物等。
步骤S3中，控轧控冷过程会影响最终的钢板基体的综合性能。
本实施例中的元素添加顺序、炼钢和精炼过程中的氧位控制、钢包吹气时间以及两种元素添加之间的搅拌时间控制，还有轧制阶段的温度和保温时间，对最终钢板的力学性能产生影响。
此外，本发明在大线能量焊接热影响区域组织性能调控的基础上，对EH36级钢板的成分体系及夹杂物分布进行优化控制，严格控制脱氧过程，实现热影响区域低温韧性与组织结构的优化提升。
本发明仅需在常规EH36级钢板生产工艺流程的基础上，对合金成份及冶炼关键流程进行改进，以达到本发明的目的。与其他现有的大线能量焊接用钢生产工艺相比，本发明的制备方法与现有常规钢板的生产流程相同，不会破坏现有的生产节奏，保证了生产效率，并且显著改善了钢板的大线能量焊接性能。
本发明的钢板制造方法，在冶炼、精炼、轧制各环节进行特殊控制，可获得钢板强韧性和大线能量焊接性能的综合提升。
本实施例得到的钢板在400kJ/cm线能量下的焊接热影响区显微组织如图2所示。
实施例2
本实施例为前述可承受400kJ/cm焊接热输入的EH36级厚钢板的制备方法，包括如下步骤：
S1:冶炼
采用低P、低B优质铁水，铁水中P、B含量越低越好，以生产所能控制的极限为准。最终保证最终样本的P、B含量在设计成份体系的可控范围内。要求P≤0.110％，铁水温度≥1500℃。
S1.1铁水预处理
铁水经预处理脱硫、扒渣。扒渣需裸露出铁水，扒渣等级0级，处理后S≤0.01％。铁水预处理允许采用废钢，但比例不大于10％。
S1.2转炉
保证钢包清洁，不得有残钢、残渣，红罐出钢，使用B类及以上周转罐。转炉氧枪、烟罩密封严密，无漏水点。采用双渣法操作以保障P含量控制目标。
S1.3脱氧：采用弱脱氧方式，出钢加料顺序为：活性石灰—锰系合金-硅系合金。严禁采用Al脱氧。至少对加入的金属锰、硅铁合金进行充分烘烤，其他合金料及石灰、烧结矿、白云石等辅料必须干燥，在料仓待用时间≤24小时。
S1.4 LF炉
炉盖不得有漏水点,检查并清理可能会掉的电极块。加入的造渣材料及脱氧剂必须干燥，在料仓待用时间≤24小时，保证炉渣具有良好的流动性。到站后取样、测温、定氧、测量渣厚。控制钢中F[O]30-50ppm。温度≥1560℃时定氧，取钢样和渣样，吹氩搅拌，喂JAW-1包芯线，喂线速度200～300m/min，吹氩搅拌3min，取钢样、渣样。返回升温、造渣，白渣操作15min，升温过程禁止大搅拌，氩气流量控制250L/min左右。LF可根据目标成份需要补充Ti等合金。
S1.5 RH炉
到站后和搬出前取样检验氢、氧、氮含量，并进行在线定氢F[H]≤0.5ppm。真空保压(≤100Pa)时间≥12min。破空后静吹氩时间≥10min。RH处理过程中禁止补加含Al合金。
S2:连铸
实行全程保护浇注，开浇头炉过热度应≤40℃。中包取样检验氢、氧、氮，要求用专用取样器取样；保护渣、二冷区冷却制度由炼钢厂确定。连铸目标拉速控制要保持恒拉速。
S3:轧制
将步骤S2得到的连铸坯加热至1150～1200℃，保温180～240min，然后采用两阶段控制轧制，第一阶段的终轧温度不小于1100℃，第二阶段开轧温度不大于850℃，累积压下率不小于50％；轧后钢板采用喷水冷却，终冷温度550～580℃。
本实施例中，通过上述制备方法，对合金元素的合理控制，对脱氧过程的氧含量控制，使得上述可承受400kJ/cm焊接线能量的EH36级厚钢板的化学成分按质量百分数包括：C：0.079％，Si：0.199％，Mn：1.546％，P：0.009％，S：0.002％，Ti：0.011％，N：0.0033％，O：0.0050％，H：0.0001％，Al：0.004％，Ca：0.0015％，V：0.02％，B：0.0008％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。
钢板中0.5～2μm的复合夹杂物中，Ti、Ca的氧硫化物、Mn的硫化物和V的氮化物组成的复合夹杂物(即Ti-Ca-O+MnS+VN复合夹杂物)数量占约10％。
经测试，本实施例制备得到的钢板的屈服强度为425MPa，-40℃下的冲击韧性127-159J。在400kJ/cm焊接线能量下，热影响区-40℃冲击韧性78-102J。实施例1与实施例2均采用的相同的化学成份，冶炼工艺和轧制热处理流程，所不同的是冶炼环节对O、N含量的控制以达到控制案例中述及的复合夹杂物的含量，对比两个实施例，其最终含氧量是不同的，这导致在实施例1含Ti有效夹杂物占夹杂物总量的比例中高达20％，而实施例2勉强达到10％，有效夹杂物可诱导更多针状铁素体形核进而有利于低温冲击韧性的改善。
本实施例得到的钢板在400kJ/cm线能量下的焊接热影响区显微组织如图3所示。
对比例1
本对比例提供一种EH36级厚钢板的制备方法，包括如下步骤：
S1:冶炼
采用低P、低B优质铁水，铁水中P、B含量越低越好，以生产所能控制的极限为准。最终保证最终样本的P、B含量在设计成份体系的可控范围内。要求P≤0.110％，铁水温度≥1500℃。
S1.1铁水预处理
铁水经预处理脱硫、扒渣。扒渣需裸露出铁水，扒渣等级0级，处理后S≤0.01％。铁水预处理允许采用废钢，但比例不大于10％。
S1.2转炉
保证钢包清洁，不得有残钢、残渣，红罐出钢，使用B类及以上周转罐。转炉氧枪、烟罩密封严密，无漏水点。采用双渣法操作以保障P含量控制目标。
S1.3脱氧：采用常规Al脱氧方式。至少对加入的金属锰、硅铁合金进行充分烘烤，其他合金料及石灰、烧结矿、白云石等辅料必须干燥，在料仓待用时间≤24小时。
S1.4 LF炉
炉盖不得有漏水点,检查并清理可能会掉的电极块。加入的造渣材料及脱氧剂必须干燥，在料仓待用时间≤24小时，保证炉渣具有良好的流动性。到站后取样、测温、定氧、测量渣厚。温度≥1560℃时测定氧含量但不按实施例1中进行控氧，取钢样和渣样，吹氩搅拌，喂JAW-1包芯线，喂线速度200～300m/min，吹氩搅拌3min，取钢样、渣样。返回升温、造渣，白渣操作15min，升温过程禁止大搅拌，氩气流量控制250L/min左右。
S1.5 RH炉
到站后和搬出前取样检验氢、氧、氮含量，并进行在线定氢F[H]≤0.5ppm。真空保压(≤100Pa)时间≥12min。破空后静吹氩时间≥10min。RH处理过程中可补加含Al合金。
S2:连铸
实行全程保护浇注，开浇头炉过热度应≤40℃。中包取样检验氢、氧、氮，要求用专用取样器取样；保护渣、二冷区冷却制度由炼钢厂确定。连铸目标拉速控制要保持恒拉速。
S3:轧制
将步骤S2得到的连铸坯加热至1150～1200℃，保温180～240min，然后采用两阶段控制轧制，第一阶段的终轧温度不小于1100℃，第二阶段开轧温度不大于850℃，累积压下率不小于50％；轧后钢板采用喷水冷却，终冷温度550～580℃。
本对比例中，通过常规Al脱氧方式制备方法得到的EH36级厚钢板的化学成分按质量百分数包括：C：0.1％，Si：0.189％，Mn：1.539％，P：0.009％，S：0.003％，N：0.0026％，O：0.0037％，H：0.00015％，Al：0.06％，，Ca：0.0007％，V：0.02％，B：0.0007％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。
经测试，本实施例制备得到的钢板的屈服强度为395MPa，-40℃下的冲击韧性206～277J。在400kJ/cm焊接线能量下，热影响区-40℃冲击韧性29-34J。
对比例1得到的钢板在400kJ/cm线能量下的焊接热影响区显微组织如图4所示。
通过图2，图3和图4的对比，可以看出：图2中原奥氏体晶粒组织细小，晶内针状铁素体的含量较大。而图3中尽管存在一定比例的针状铁素体，当相比通过控氧方式获得的实施例1中的显微组织，其针状铁素体的比例较少，且包含较多含量的边界铁素体组织，这显然不利于低温冲击韧性的改善。常规的Al脱氧冶炼工艺下的显微组织(图4)中针状显微组织的比例更是较少，且组织较为粗化。这不利于低温冲击韧性的改善。
因此，本发明通过对合金成分及脱氧过程的精细控制，在钢中形成可作为针状铁素体有效形核核心的Ti的复合氧化氧化物、硫化物和氮化物，在铁素体相变过程中可以更好地促进晶内针状铁素体形成，同时对原奥氏体晶粒尺寸产生一定的钉扎效应，有效改善了焊接热影响区的显微组织，提高钢板热影响区域的低温韧性，弥补了现有生产技术的不足。
本发明为保证钢板的大线能量焊接性能，选用低C含量设计理念，并针对Ti、N、Ca、O等元素进行了适当配比。控制钢中复合夹杂物的尺寸在0.5～2μm，其含量控制在10％以上。弥散分布的复合夹杂物可以利用自身阳离子空位吸附基体中的Mn元素来形成溶质贫乏区、促进针状铁素体形核，钉扎奥氏体晶界移动。另一方面复合夹杂物可以与基体形成低能共格界面，实现晶粒尺寸和晶内组织微细化的协同控制，有效提高了HAZ的低温冲击韧性。因此，与现有技术中大线能量焊接用钢相比，本实施例钢板即使在更高的焊接热循环条件下仍具有良好的低温冲击韧性。
此外，本发明在大线能量焊接热影响区域组织性能调控的基础上，对EH36级钢板的成分体系及夹杂物分布进行优化控制，严格控制脱氧过程，实现热影响区域低温韧性与组织结构的优化提升。本发明仅需在常规EH36级钢板生产工艺流程的基础上，对合金成份及冶炼关键流程进行改进，以达到本发明的目的。与其他现有的大线能量焊接用钢生产工艺相比，本发明的制备方法与现有常规钢板的生产流程相同，不会破坏现有的生产节奏，保证了生产效率，并且显著改善了钢板的大线能量焊接性能。本发明的钢板制造方法，在冶炼、精炼、轧制各环节进行特殊控制，可获得钢板强韧性和大线能量焊接性能的综合提升。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种EH36级钢板，其特征在于，以质量百分比计，其成分包括C：0.07～0.1%，Si：0.15～0.25%，Mn：1.55～1.65%，P≤0.01%，S≤0.003%，Ti：0.012～0.02%，N≤0.005%，O≤0.005%，H≤0.00002%，Al≤0.01%， Ca：0.0002～0.0035%，V≤0.035%，B：0.0005～0.001%，其余为Fe及不可避免的杂质；所述钢板的碳当量Ceq控制在 0.33～0.39；所述钢板的最大焊接线能量为400kJ/cm，所述钢板厚度≥60mm；
所述钢板含有体积分数为0.15%～0.45%、平均尺寸为0.5～2μm的含Ti复合氧化夹杂物；
所述含Ti复合氧化夹杂物内层以Ti2O3为核心结构，外层包括Ca的氧硫化物、Mn的硫化物和V的氮化物；
所述含Ti复合氧化夹杂物中以质量百分比计，包括Ti：1～40%、O：1～40%、Ca：1～40%、Al：1～40%、V：1～40%、Mn：1～40%；
所述EH36级钢的冶炼包括如下步骤：
（1）使用P≤0.110%、温度≥1500℃的铁水或添有废钢的铁水进行脱硫与扒渣的预处理，处理后铁水中S≤0.01%；
（2）使用B类及以上的周转炉使用双渣法进行转炉炼钢得到钢水；
（3）采用弱脱氧方式对钢水脱氧，出钢时依次加入干燥的活性石灰、锰系合金及硅系合金，禁止采用Al脱氧；
（4）LF炉精炼，精炼时加入干燥的造渣材料及脱氧剂，到站后取样、测温、定氧、测量渣厚，温度≥1560℃时定氧，控制钢中F［O］在30-50ppm，精炼时可根据需要补充Ti合金；
（5）RH炉精炼，RH炉精炼中禁止补加含Al合金，在线定氢F［H］≤0.5ppm，真空保压≥12min，破空后静吹氩≥10min；
（6）将冶炼得到EH36级钢连铸成连铸坯，连铸采用全程保护浇注，开浇头炉过热度≤40℃，中包取样检验氢、氧和氮；
（7）EH36级钢板的轧制，将连铸坯加热至1150～1200℃，保温180～240min，然后采用两阶段轧制，第一阶段的终轧温度不小于1100℃，第二阶段开轧温度不大于850℃，累积压下率不小于50%，轧后钢板终冷温度控制在550～580℃。
2.一种权利要求1所述的EH36级钢板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
冶炼得到EH36级钢，其步骤包括
（1）使用P≤0.110%、温度≥1500℃的铁水或添有废钢的铁水进行脱硫与扒渣的预处理，处理后铁水中S≤0.01%；
（2）使用B类及以上的周转炉使用双渣法进行转炉炼钢得到钢水；
（3）采用弱脱氧方式对钢水脱氧，出钢时依次加入干燥的活性石灰、锰系合金及硅系合金，禁止采用Al脱氧；
（4）LF炉精炼，精炼时加入干燥的造渣材料及脱氧剂，到站后取样、测温、定氧、测量渣厚，温度≥1560℃时定氧，控制钢中F［O］在30-50ppm，精炼时可根据需要补充Ti合金；
（5）RH炉精炼，RH炉精炼中禁止补加含Al合金，在线定氢F［H］≤0.5ppm，真空保压≥12min，破空后静吹氩≥10min；
（6）将冶炼得到EH36级钢连铸成连铸坯，连铸采用全程保护浇注，开浇头炉过热度≤40℃，中包取样检验氢、氧和氮；
（7）EH36级钢板的轧制，将连铸坯加热至1150～1200℃，保温180～240min，然后采用两阶段轧制，第一阶段的终轧温度不小于1100℃，第二阶段开轧温度不大于850℃，累积压下率不小于50%，轧后钢板终冷温度控制在550～580℃。
3.根据权利要求2所述的EH36级钢板的制备方法，其特征在于，所述添有废钢的铁水中废钢的添加量不超过10%。
4.根据权利要求2所述的EH36级钢板的制备方法，其特征在于，所述出钢时出钢开始至出钢3/4保持氩气全开流量，出钢3/4后减小氩气流量，加入活性石灰的Ca线喂线速度为100~500m/min，控制炉后钢水氧含量在10～200ppm。
5.根据权利要求2所述的EH36级钢板的制备方法，其特征在于，所述LF炉精炼在取样时，吹氩搅拌3min取样，喂JAW-1包芯线，喂线速度200~300 m/min，在返回升温和造渣时，白渣操作10-20min，升温时氩气流量控制在200-300L/min。
6.根据权利要求2所述的EH36级钢板的制备方法，其特征在于，所述连铸时控制铸坯拉速为恒拉速,液面波动控制在±3mm。
7.根据权利要求2所述的EH36级钢板的制备方法，其特征在于，所述轧后钢板采用喷水冷却，冷却速度控制在15-30℃/s。
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