一种焊接性能优良的海洋结构用钢及其生产方法

1.本发明属于钢铁生产技术领域，特别涉及一种焊接性能优良的海洋结构用钢及其生产方法。


背景技术：

2.近些年，随着我国对海洋资源的进一步开发与利用，海洋工程设施的建设快速发展，对高品质海洋结构用钢的需求也大幅度增加。海洋结构用钢除了要求高强度、高韧性外，还有着对耐蚀性、焊接性的特殊要求。特别是焊接性能方面，对于船舶、海洋平台等这类大型海洋结构的建造，钢材焊接的工作量极大，因此在工程施工中通常倾向于采用高效率焊接工艺，以缩短制造工期。但焊接部位往往是整个钢结构中性能最薄弱的部位，并且受到焊接方法、焊接线能量的显著影响，因此对海洋结构用钢的焊接性能提出了更高的要求。
3.公开号为cn109321847a的发明专利公开一种可大线能量焊接eh420级海洋工程用厚钢板及其制备方法，其特点是通过对生产环节的控制，使钢中形成细微弥散的al-mg-ti-ca-mn-o-s夹杂物粒子，促进晶内铁素体形核，提高焊接热影响区韧性。但该方案中夹杂物粒子复杂，对夹杂物的控制要求严格。
4.公开号为cn110863150a的发明专利公开一种大线能量焊接用eh36海洋工程用钢板及其制备方法，其特点是通过zr-ti脱氧，使得在冶炼过程中形成大量细小弥散分布的高熔点复合氧化物夹杂，其能在钢板焊接热影响区诱发针状铁素体形核，进而细化晶粒。该方案仅对脱氧工艺和氧化物分布提出要求，没有明确钢中氮化物的影响。
5.公开号为cn105296855a的发明专利公开了一种可大线能量焊接的海洋平台用钢板及制备方法，其特点是通过控制v、ti、n三种元素的配比，尽可能多的形成钛、钒的氮化物的析出物粒子，从而有效提高钢的焊接性能。但是该方案没有对各种氮化物的分布特征进行优化控制，无法稳定可靠的提高不同焊接条件下的性能。
6.公开号为cn104451389a的发明专利公开了一种100mm厚抗大线能量焊接e36海洋工程用钢板，其特点是在钢中形成大量细小弥散分布的含钛氧化物或含钛氮化物的复合夹杂物，以钉扎奥氏体晶粒并细化晶内组织，提高热影响区韧性。由于钛的氧化物和氮化物的析出特性和作用效果不同，对焊接性能的影响也将产生差异。
7.公开号为cn104419871a的发明专利公开了一种耐海洋环境腐蚀性能优良的焊接结构用钢及其制造方法，其特点是通过在钢中添加微量钛，使钛、氮形成氮化钛，阻止晶粒的长大，改善母材和焊接热影响区的韧性。但是对氮化钛的分布特征没有进行优化控制，并且单独靠氮化钛还无法满足各种焊接工艺下的性能要求。
8.根据现有技术可知，通过在钢中引入特殊氧化物类型的夹杂物，可细化热影响区晶粒，提高焊接性能，但该技术生产工艺复杂，控制难度较大，对工艺控制与生产设备都有很高要求，并且大量的氧化物夹杂容易对钢材质量产生负面影响。引入氮化物型夹杂物或析出相是改善焊接性能的另一个手段。但现有技术中所采用的氮化物种类单一，且不能对多种关键氮化物析出相的含量、尺寸等特征进行合理优化控制，难以实现钢材各种不同焊
接条件下性能的显著提高。


技术实现要素：

9.针对现有技术的不足，本发明是提供了一种海洋结构用钢及其制备方法，该方法针对目前海洋结构用钢成分和生产过程进行优化，在目前已有生产技术下，通过调整合金成分与冶炼工艺，对多种氮化物的数目与形态进行控制，消除在焊接热循环过程中产生的晶界铁素体，上贝氏体等粗大组织，提高海洋结构用钢的焊接性能。本发明克服了现有技术中工艺复杂、实施难度较大的缺陷，解决了海洋结构用钢焊后性能下降的问题，并且满足不同的焊接条件下性能需求，在减少复杂生产工艺的同时，还使其获得优良的耐蚀性能等海洋环境下综合服役性能。
10.为实现上述目的，本发明采取如下技术方案：本发明的一种焊接性能优良的海洋结构用钢，其包括的化学成分按质量分数包括：c：0.04～0.16%，si：0.05～0.75%，mn：0.75～1.95%，p：0.002～0.02%，s：0.001～0.01%，al：0.005～0.09%，nb：0.01～0.06%，ti：0.005～0.05%，b：0.0005～0.005%，n：0.004～0.012%，余量为fe和残余元素；所述钢材中含有的氮化物的含量为0.7～3.8mg/cm3；钢中的所有的氮化物中，氮化钛占40～70wt%、氮化铌占10～30wt%、氮化硼占5～20wt%、氮化铝占0.5～7.5wt%；在氮化钛、氮化硼、氮化铌、氮化铝构成的单相或复相氮化物中，尺寸在12～200nm的氮化物按颗粒数量占20～80%；钢中尺寸≥0.5μm的氮化物的数量≤50个/mm2。
11.所述的焊接性能优良的海洋结构用钢，其化学成分按质量分数还包括：cr：0.1～0.5%，mo：0.1～0.5%，ni：0.1～0.5%，cu：0.1～0.5%，v：0.01～0.06%中的一种或几种。
12.所述的焊接性能优良的海洋结构用钢，钢材中含有zr、mg、ca、re中的一种或几种元素的氧化物的含量为0.1～1.0mg/cm3；按照颗粒数量统计，所述氧化物与氮化物结合的几率为5～50%。
13.所述焊接性能优良的海洋结构用钢的焊接部位在-40℃的裂纹尖端张开位移值（ctod）＞0.5mm，冲击韧性（kv2）＞47j。
14.本发明的一种焊接性能优良的海洋结构用钢的生产方法，包括以下工艺步骤：步骤1、制线：将铌、钛、硼的合金进行增氮处理，得到增氮合金，将所述增氮合金破碎成粒径＜3mm的粉末，利用钢带包裹，制成合金包芯线；所述合金包芯线的芯料重量为200～500g/m，外径为9～16mm，钢带厚度0.3～0.6mm；所述合金包芯线的芯料化学成分按质量分数包括：nb：15～40%、ti：10～35%、b：1～10%、n：5～20%、fe：1～50%、si：1～50%、mn：1～50%和残余元素；将所述合金包芯线安装至精炼站的喂线机上；步骤2、炼钢：将铁水和/或废钢利用转炉或电炉熔炼成钢水，并出钢至钢包，熔炼和出钢过程底吹氩气；钢包运送至精炼站精炼，调整钢水成分和温度；精炼过程采用的气体为氩气，并防
止钢水在空气中吸氮；在钢水的溶解氧达到＜0.002wt%、溶解氮达到＜0.004wt%后，喂入所述合金包芯线；调整钢水合金成分满足焊接性能优良的海洋结构用钢化学成分要求，出站；钢水进行全保护浇铸，得到铸坯；步骤3、轧制：铸坯直接送入轧机轧制，或者铸坯热装或冷装入加热炉加热；铸坯加热温度1150～1300℃，加热时间30～300min；加热后的铸坯送入轧机轧制；轧机初轧温度1100～1250℃，终轧温度780～1100℃；轧制后的钢材冷却至室温；得到焊接性能优良的海洋结构用钢。
15.所述的步骤1中，还可选择铌、钛、硼中的一种或两种的合金进行增氮处理，并制成包芯线，应用于所述步骤2中。
16.所述的步骤2中，钢水的精炼方法可以为lf、rh、vd中的一种或几种或者其他钢水精炼手段。
17.所述的步骤2中，合金包芯线的喂入速度为100～200m/min。
18.所述的步骤2中，在喂入合金包芯线的同时或之后，向钢水中加入zr、mg、ca、re中的一种或几种元素的合金，并且软吹氩气≥3min。
19.所述的步骤3中，轧制后的钢材进行在线控制冷却或离线热处理。
20.本发明技术方案的技术原理和设计思想是：现有改善海洋结构用钢焊接性的技术主要是通过引入夹杂物，实现热影响区的晶粒细化，进而改善其韧性。但引入氧化物型夹杂物存在工艺复杂，设备控制技术要求高的问题，这也限制了其在实际的工业生产中的大规模应用。引入氮化物型夹杂物，工艺相对较为简单，易于实施，但现有的技术中所利用的氮化物种类单一，并且不能定量控制，难以满足各种不同焊接条件的需要。针对这一问题，本发明通过对合金成分和冶炼过程中的改进，在钢中引入氮化钛、氮化硼、氮化铌、氮化铝构成的单相或复相氮化物，并对各析出相的比例进行控制，使其在焊接热循环过程中钉扎奥氏体晶界并诱导铁素体形核，达到细化晶粒的目的，实现海洋结构用钢焊接性能的提高，同时还提高了抗疲劳性能、耐腐蚀性能等海洋环境下的综合服役性能。
21.本发明通过碳、硅、锰等较廉价合金元素的组合保证钢材的基本强度；利用铬、钼、镍、铜、钒等合金元素的组合可进一步提高钢材的强度，并保证钢材的基本耐蚀性能；钛、铌、硼、铝的单相或复相氮化物起到钉扎奥氏体晶粒和促进铁素体形核的作用，使海洋结构用钢的焊接性能得到提高；为了使氮化物的钉扎细化效果得到最大程度发挥，通过大量实验研究，明确了各氮化物的有效类型、最佳尺寸和数量范围及其控制方法。锆、镁、钙、稀土等元素的添加起到一定的强化与耐蚀作用，使材料的综合性能进一步提高。为稳定获得所述的目标氮化物物分布，需按照本发明方案所述制备方法进行生产，通过对关键工艺和参数的严格控制，达到本发明的目的。
22.本发明的优点及有益效果：1、本发明通过新型成分体系设计与关键生产环节的控制，在钢中形成特殊分布状态的氮化物，与现有海洋结构用钢中所使用的简单氮化物不同，本发明中的复相氮化物具
有更强的钉扎细化能力，可显著细化热影响区组织，提高海洋结构用钢的焊接性能。
23.2、本发明的技术方案简单易行，可满足海洋工程建设对焊接性能优良的海洋结构用钢的迫切需要，有利于技术的推广应用实施。
附图说明
24.图1为本发明实施例2中焊接性能优良的海洋结构用钢的焊接部位光学显微组织照片。由图1可以看出，焊接部位的显微组织得到显著细化，保证了优良的焊接性能。
25.具体实施方式
26.下面通过实施例详细介绍本发明方案的具体实施方式，但本发明的保护范围不局限于实施例。
27.实施例1本实施例中，焊接性能优良的海洋结构用钢，其化学成分按质量分数包括：c：0.05%，si：0.07%，mn：1.8%，p：0.005%，s：0.002%，al：0.01%，nb：0.02%，ti：0.02%，b：0.0015%，n：0.006%，余量为fe和残余元素；钢材中含有的氮化物的含量为1.3mg/cm3；钢中的所有的氮化物中，氮化钛占70wt%、氮化铌占17wt%、氮化硼占8wt%、氮化铝占3wt%；在氮化钛、氮化硼、氮化铌、氮化铝构成的单相或复相氮化物中，尺寸在12～200nm的氮化物按颗粒数量占70%；钢中尺寸≥0.5μm的氮化物的数量12个/mm2。
28.上述钢材制备方法包括以下工艺步骤：将铌、钛、硼的合金进行增氮处理，得到增氮合金，将所述增氮合金破碎成粒径＜3mm的粉末，利用钢带包裹，制成合金包芯线，并将所述合金包芯线安装至精炼站的喂线机上；所述合金包芯线的芯料重量为300g/m，外径为12mm，钢带厚度0.4mm；所芯料化学成分按质量分数包括：nb：16%、ti：34%、b：7%、n：5%、fe：12%、si：8%、mn：10%和残余元素。
29.将铁水和废钢利用电炉熔炼成钢水，并出钢至钢包，熔炼和出钢过程底吹氩气；钢包运送至lf精炼站精炼，调整钢水成分和温度；精炼过程采用的气体为氩气，并防止钢水在空气中吸氮；在钢水的溶解氧达到0.001wt%、溶解氮达到0.003wt%后，喂入所述合金包芯线，合金包芯线的喂入速度为100m/min；调整钢水合金成分满足焊接性能优良的海洋结构用钢化学成分要求，出站；钢水进行全保护浇铸，得到铸坯；铸坯热装入加热炉加热；铸坯加热温度1300℃，加热时间150min；加热后的铸坯送入h型钢轧机轧制；轧机初轧温度1250℃，终轧温度1100℃；轧制后的钢材冷却至室温，得到焊接性能优良的海洋结构用h型钢。
30.所述h型钢进行co2气保焊，焊接线能量23kj/cm，焊接部位在-40℃的裂纹尖端张开位移值（ctod）为1.5mm，冲击韧性（kv2）为230j。
31.实施例2本实施例中，焊接性能优良的海洋结构用钢板，其化学成分按质量分数包括：c：0.07%，si：0.1%，mn：1.7%，p：0.004%，s：0.001%，al：0.015%，nb：0.015%，ti：0.03%，b：0.0025%，n：0.006%，mo：0.3%，ni：0.2%，余量为fe和残余元素；钢材中含有的氮化物的含量为1.5mg/cm3；钢中的所有的氮化物中，氮化钛占70wt%、氮化铌占15wt%、氮化硼占10wt%、氮
化铝占1wt%；在氮化钛、氮化硼、氮化铌、氮化铝构成的单相或复相氮化物中，尺寸在12～200nm的氮化物按颗粒数量占65%；钢中尺寸≥0.5μm的氮化物的数量为6个/mm2。钢材中含有zr、mg元素的氧化物的含量为0.4mg/cm3；按照颗粒数量统计，所述氧化物与氮化物结合的几率为50%。
32.上述钢材制备方法包括以下工艺步骤：将铌、钛、硼的合金进行增氮处理，得到增氮合金，将所述增氮合金破碎成粒径＜3mm的粉末，利用钢带包裹，制成合金包芯线，并将所述合金包芯线安装至精炼站的喂线机上；所述合金包芯线的芯料重量为350g/m，外径为14mm，钢带厚度0.5mm；所芯料化学成分按质量分数包括：nb：15%、ti：15%、b：3%、n：5%、fe：50%、si：1%、mn：1%和残余元素。
33.将铁水利用转炉熔炼成钢水，并出钢至钢包，熔炼和出钢过程底吹氩气；钢包运送至精炼站进行lf-vd精炼，调整钢水成分和温度；精炼过程采用的气体为氩气，并防止钢水在空气中吸氮；在钢水的溶解氧达到0.0008wt%、溶解氮达到0.0027wt%后，喂入所述合金包芯线，合金包芯线的喂入速度为100m/min，同时向钢水中加入zr、mg合金，并且软吹氩气3min；调整钢水合金成分满足焊接性能优良的海洋结构用钢化学成分要求，出站；钢水进行全保护浇铸，得到铸坯；铸坯直接送入厚板轧机轧制，终轧温度800℃，钢板厚度50mm；轧制后的钢板进行控制冷却，控制冷却终冷温度为620℃，然后在冷却自然冷却至室温，得到焊接性能优良的海洋结构用钢板。
34.所述钢板进行气电立焊，焊接线能量420kj/cm，焊接部位在-40℃的裂纹尖端张开位移值（ctod）为2.7mm，冲击韧性（kv2）为186j。
35.实施例3本实施例中，焊接性能优良的海洋结构用钢，其化学成分按质量分数包括：c：0.1%，si：0.2%，mn：1.5%，p：0.005%，s：0.003%，al：0.015%，nb：0.04%，ti：0.015%，b：0.0035%，n：0.009%，cr：0.3%，cu：0.2%，余量为fe和残余元素；钢材中含有的氮化物的含量为2.8mg/cm3；钢中的所有的氮化物中，氮化钛占55wt%、氮化铌占23wt%、氮化硼占12wt%、氮化铝占8wt%；在氮化钛、氮化硼、氮化铌、氮化铝构成的单相或复相氮化物中，尺寸在12～200nm的氮化物按颗粒数量占60%；钢中尺寸≥0.5μm的氮化物的数量为18个/mm2。钢材中含有ca元素的氧化物的含量为1mg/cm3；按照颗粒数量统计，所述氧化物与氮化物结合的几率为45%。
36.上述钢材制备方法包括以下工艺步骤：将铌、钛、硼的合金进行增氮处理，得到增氮合金，将所述增氮合金破碎成粒径＜3mm的粉末，利用钢带包裹，制成合金包芯线，并将所述合金包芯线安装至精炼站的喂线机上；所述合金包芯线的芯料重量为300g/m，外径为12mm，钢带厚度0.4mm；所芯料化学成分按质量分数包括：nb：40%、ti：16%、b：9%、n：20%、fe：3%、si：6%、mn：5%和残余元素。
37.将铁水利用转炉熔炼成钢水，并出钢至钢包，熔炼和出钢过程底吹氩气；钢包运送至精炼站进行lf-rh精炼，调整钢水成分和温度；精炼过程采用的气体为氩气，并防止钢水在空气中吸氮；在钢水的溶解氧达到0.0005wt%、溶解氮达到0.0038wt%后，喂入所述合金包芯线，合金包芯线的喂入速度为150m/min，同时向钢水中加入ca合金，并且软吹氩气4min；调整钢水合金成分满足焊接性能优良的海洋结构用钢化学成分要求，出站；钢水进行全保
护浇铸，得到铸坯；铸坯冷装入加热炉加热；铸坯加热温度1300℃，加热时间200min；加热后的铸坯送入钢管轧制机组进行轧制；圆管坯穿孔温度1270℃，连轧管机初轧温度1220℃，终轧温度1050℃，定径温度980℃；轧制后的钢管冷却至室温，然后进行920℃正火热处理，得到焊接性能优良的海洋结构用钢管。
38.所述钢管进行手弧焊，焊接部位在-40℃的裂纹尖端张开位移值（ctod）为3.1mm，冲击韧性（kv2）为150j。
39.实施例4本实施例中，焊接性能优良的海洋结构用钢，其化学成分按质量分数包括：c：0.15%，si：0.05%，mn：0.8%，p：0.002%，s：0.001%，al：0.005%，nb：0.01%，ti：0.03%，b：0.0015%，n：0.004%，cr：0.2%，余量为fe和残余元素；钢材中含有的氮化物的含量为0.8mg/cm3；钢中的所有的氮化物中，氮化钛占65wt%、氮化铌占15wt%、氮化硼占15wt%、氮化铝占2wt%；在氮化钛、氮化硼、氮化铌、氮化铝构成的单相或复相氮化物中，尺寸在12～200nm的氮化物按颗粒数量占55%；钢中尺寸≥0.5μm的氮化物的数量为32/mm2。钢材中含有稀土ce元素的氧化物的含量为0.8mg/cm3；按照颗粒数量统计，所述氧化物与氮化物结合的几率为45%。
40.上述钢材制备方法包括以下工艺步骤：将铌、钛、硼的合金进行增氮处理，得到增氮合金，将所述增氮合金破碎成粒径＜3mm的粉末，利用钢带包裹，制成合金包芯线，并将所述合金包芯线安装至精炼站的喂线机上。所述合金包芯线的芯料重量为450g/m，外径为14mm，钢带厚度0.6mm；所芯料化学成分按质量分数包括：nb：15%、ti：10%、b：3%、n：7%、fe：60%、si：2%、mn：1%和残余元素。
41.将铁水和废钢利用电炉熔炼成钢水，并出钢至钢包，熔炼和出钢过程底吹氩气；钢包运送至精炼站进行lf精炼，调整钢水成分和温度；精炼过程采用的气体为氩气，并防止钢水在空气中吸氮；在钢水的溶解氧达到0.001wt%、溶解氮达到0.002wt%后，喂入所述合金包芯线，合金包芯线的喂入速度为180m/min，之后向钢水中加入ce合金，并且软吹氩气15min；调整钢水合金成分满足焊接性能优良的海洋结构用钢化学成分要求，出站；钢水进行全保护浇铸，得到铸坯；铸坯热装入加热炉加热；铸坯加热温度1200℃，加热时间45min；加热后的铸坯送入钢板轧机轧制；轧机初轧温度1100℃，终轧温度800℃；轧制后的钢材冷却至室温，得到焊接性能优良的海洋结构用钢板。
42.所述钢板进行双面埋弧焊，焊接部位在-40℃的裂纹尖端张开位移值（ctod）为2.8mm，冲击韧性（kv2）为245j。
43.实施例5本实施例中，焊接性能优良的海洋结构用钢，其化学成分按质量分数包括：c：0.05%，si：0.05%，mn：1.6%，p：0.002%，s：0.001%，al：0.01%，nb：0.01%，ti：0.02%，b：0.0025%，n：0.004%，cr：0.4%，mo：0.2%，ni：0.4%，cu：0.1%，余量为fe和残余元素；钢材中含有的氮化物的含量为0.8mg/cm3；钢中的所有的氮化物中，氮化钛占48wt%、氮化铌占25wt%、氮化硼占20wt%、氮化铝占4wt%；在氮化钛、氮化硼、氮化铌、氮化铝构成的单相或复相氮化物中，尺寸在12～200nm的氮化物按颗粒数量占75%；钢中尺寸≥0.5μm的氮化物的数量24
个/mm2。钢材中含有mg元素的氧化物的含量为0.1mg/cm3；按照颗粒数量统计，所述氧化物与氮化物结合的几率为20%。
44.上述钢材制备方法包括以下工艺步骤：将铌、钛、硼的合金进行增氮处理，得到增氮合金，将所述增氮合金破碎成粒径＜3mm的粉末，利用钢带包裹，制成合金包芯线，并将所述合金包芯线安装至精炼站的喂线机上。所述合金包芯线的芯料重量为450g/m，外径为14mm，钢带厚度0.6mm；所芯料化学成分按质量分数包括：nb：30%、ti：10%、b：5%、n：20%、fe：2%、si：30%、mn：2%和残余元素。
45.将铁水和废钢利用电炉熔炼成钢水，并出钢至钢包，熔炼和出钢过程底吹氩气；钢包运送至精炼站进行lf-vd精炼，调整钢水成分和温度；精炼过程采用的气体为氩气，并防止钢水在空气中吸氮；在钢水的溶解氧达到0.0005wt%、溶解氮达到0.003wt%后，喂入所述合金包芯线，合金包芯线的喂入速度为160m/min，之后向钢水中加入mg合金，并且软吹氩气10min；调整钢水合金成分满足焊接性能优良的海洋结构用钢化学成分要求，出站；钢水进行全保护浇铸，得到铸坯；铸坯冷装入加热炉加热；铸坯加热温度1250℃，加热时间210min；加热后的铸坯送入钢板轧机轧制；轧机初轧温度1150℃，终轧温度850℃；轧制后的钢材冷却至室温，得到焊接性能优良的海洋结构用钢板。
46.所述钢板进行fcb法焊接，焊接部位在-40℃的裂纹尖端张开位移值（ctod）为1.8mm，冲击韧性（kv2）为280j。
47.对比例1本对比例中，一种海洋结构用钢，其化学成分按质量分数包括：c：0.06%，si：0.08%，mn：1.8%，p：0.004%，s：0.002%，al：0.01%，nb：0.02%，ti：0.02%，b：0.0017%，n：0.006%，cr：0.3%，ni：0.1%，余量为fe和残余元素。
48.上述钢材制备方法包括以下工艺步骤：将铁水和废钢利用转炉熔炼成钢水，并出钢至钢包；钢包运送至精炼站进行lf精炼，调整钢水成分和温度；精炼过程分别单独加入各种元素的铁合金；调整钢水元素含量达到所述化学成分后，出站；钢水进行全保护浇铸，得到铸坯；铸坯热装入加热炉加热；铸坯加热温度1200℃，加热时间150min；加热后的铸坯送入钢板轧机轧制；轧机初轧温度1150℃，终轧温度800℃；轧制后的钢板冷却至室温，得到所述海洋结构用钢。
49.所述对比钢进行气电立焊，焊接线能量为200kj/cm，焊接部位在-40℃的裂纹尖端张开位移值（ctod）为0.2mm，冲击韧性（kv2）为35j。
50.该对比例没有氮化物的优化控制，不具备优良的焊接性能，不用应用于海洋结构的关键部位。
51.对比例2本对比例中，一种海洋结构用钢，其化学成分按质量分数包括：c：0.06%，si：0.15%，mn：1.6%，p：0.005%，s：0.005%，al：0.025%，nb：0.015%，ti：0.03%，b：0.0025%，n：0.015%，mo：0.3%，ni：0.3%，余量为fe和残余元素；钢材中含有的氮化物的含量为5mg/cm3；钢中的所有的氮化物中，氮化钛占95wt%；钢中尺寸≥0.5μm的氮化物的数量为120个/mm2。
52.上述钢材制备方法包括以下工艺步骤：将铁水利用转炉熔炼成钢水，并出钢至钢包，熔炼和出钢过程底吹氮气；钢包运送至精炼站进行lf-vd精炼，调整钢水成分和温度；精
炼过程采用的气体为氮气，并且单独加入各元素铁合金调整成分；钢水达到所述化学成分后，出站；钢水进行全保护浇铸，得到铸坯；铸坯直接送入钢板轧机轧制，终轧温度800℃；轧制后的钢材冷却至室温，得到海洋结构用钢板。
53.所述钢板进行埋弧焊，焊接部位在-40℃的裂纹尖端张开位移值（ctod）为0.12mm，冲击韧性（kv2）为23j。
54.该对比例没有进行合金成分和氮化物的优化控制，焊接性能难以满足需要。

技术特征：
1.一种焊接性能优良的海洋结构用钢，其特征在于，所述钢材的化学成分按质量分数包括：c：0.04～0.16%，si：0.05～0.75%，mn：0.75～1.95%，p：0.002～0.02%，s：0.001～0.01%，al：0.005～0.09%，nb：0.01～0.06%，ti：0.005～0.05%，b：0.0005～0.005%，n：0.004～0.012%，余量为fe和残余元素；所述钢材中含有的氮化物的含量为0.7～3.8mg/cm3；钢中的所有的氮化物中，氮化钛占40～70wt%、氮化铌占10～30wt%、氮化硼占5～20wt%、氮化铝占0.5～7.5wt%；在氮化钛、氮化硼、氮化铌、氮化铝构成的单相或复相氮化物中，尺寸在12～200nm的氮化物按颗粒数量占20～80%；钢中尺寸≥0.5μm的氮化物的数量≤50个/mm2。2.如权利要求1所述的一种焊接性能优良的海洋结构用钢，其特征在于，所述钢材的化学成分按质量分数还包括：cr：0.1～0.5%，mo：0.1～0.5%，ni：0.1～0.5%，cu：0.1～0.5%，v：0.01～0.06%中的一种或几种。3.如权利要求1或2所述的一种焊接性能优良的海洋结构用钢，其特征在于，所述钢材中含有zr、mg、ca、re中的一种或几种元素的氧化物的含量为0.1～1.0mg/cm3；按照颗粒数量统计，所述氧化物与氮化物结合的几率为5～50%。4.如权利要求1～3所述的一种焊接性能优良的海洋结构用钢，其特征在于，所述钢材的焊接部位在-40℃的裂纹尖端张开位移值（ctod）＞0.5mm，冲击韧性（kv2）＞47j。5.一种焊接性能优良的海洋结构用钢的生产方法，其特征在于，包括以下工艺步骤：步骤1、制线：将铌、钛、硼的合金进行增氮处理，得到增氮合金，将所述增氮合金破碎成粒径＜3mm的粉末，利用钢带包裹，制成合金包芯线；所述合金包芯线的芯料重量为200～500g/m，外径为9～16mm，钢带厚度0.3～0.6mm；所述合金包芯线的芯料化学成分按质量分数包括：nb：15～40%、ti：10～35%、b：1～10%、n：5～20%、fe：1～50%、si：1～50%、mn：1～50%和残余元素；将所述合金包芯线安装至精炼站的喂线机上；步骤2、炼钢：将铁水和/或废钢利用转炉或电炉熔炼成钢水，并出钢至钢包，熔炼和出钢过程底吹氩气；钢包运送至精炼站精炼，调整钢水成分和温度；精炼过程采用的气体为氩气，并防止钢水在空气中吸氮；在钢水的溶解氧达到＜0.002wt%、溶解氮达到＜0.004wt%后，喂入所述合金包芯线；调整钢水合金成分满足焊接性能优良的海洋结构用钢化学成分要求，出站；钢水进行全保护浇铸，得到铸坯；步骤3、轧制：铸坯直接送入轧机轧制，或者铸坯热装或冷装入加热炉加热；铸坯加热温度1150～1300℃，加热时间30～300min；加热后的铸坯送入轧机轧制；轧机初轧温度1100～1250℃，终轧温度780～1100℃；轧制后的钢材冷却至室温；得到焊接性能优良的海洋结构用钢。6.如权利要求5所述的一种焊接性能优良的海洋结构用钢的生产方法，其特征在于，所
述的步骤1中，选择铌、钛、硼中的一种或两种的合金进行增氮处理，并制成包芯线，应用于所述步骤2中。7.如权利要求5所述的一种焊接性能优良的海洋结构用钢的生产方法，其特征在于，所述的步骤2中，钢水的精炼方法为lf、rh、vd中的一种或几种。8.如权利要求5所述的一种焊接性能优良的海洋结构用钢的生产方法，其特征在于，所述的步骤2中，合金包芯线的喂入速度为100～200m/min。9.如权利要求5所述的一种焊接性能优良的海洋结构用钢的生产方法，其特征在于，所述的步骤2中，在喂入合金包芯线的同时或之后，向钢水中加入zr、mg、ca、re中的一种或几种元素的合金，并且软吹氩气≥3min。10.如权利要求5所述的一种焊接性能优良的海洋结构用钢的生产方法，其特征在于，所述的步骤3中，轧制后的钢材进行在线控制冷却或离线热处理。

技术总结
一种焊接性能优良的海洋结构用钢及其生产方法，属于钢铁生产技术领域。该海洋结构用钢的化学成分按质量分数包括：C：0.04～0.16%，Si：0.05～0.75%，Mn：0.75～1.95%，P：0.002～0.02%，S：0.001～0.01%，Al：0.005～0.09%，Nb：0.01～0.06%，Ti：0.005～0.05%，B：0.0005～0.005%，N：0.004～0.012%，余量为Fe和残余元素。钛、铌、硼、铝的单相或复相氮化物起到钉扎奥氏体晶粒和促进铁素体形核的作用，使海洋结构用钢的焊接性能得到提高。并针对目前海洋结构用钢成分和生产过程进行优化，通过调整合金成分与冶炼工艺，对多种氮化物的数目与形态进行控制，消除在焊接热循环过程中产生的晶界铁素体，上贝氏体等粗大组织，进一步提高海洋结构用钢的焊接性能。构用钢的焊接性能。


技术研发人员：王超 郝俊杰 袁国 康健 李振垒 王国栋
受保护的技术使用者：东北大学
技术研发日：2021.12.08
技术公布日：2022/3/8