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CN119506706A - 一种高强钢气保焊丝用盘条及生产方法 - Google Patents

一种高强钢气保焊丝用盘条及生产方法 Download PDF

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CN119506706A
CN119506706A CN202411622408.2A CN202411622408A CN119506706A CN 119506706 A CN119506706 A CN 119506706A CN 202411622408 A CN202411622408 A CN 202411622408A CN 119506706 A CN119506706 A CN 119506706A
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wire
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slag
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蒋艳菊
牟立君
吴东明
赫英利
刘真海
张宏亮
韩福春
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Bengang Steel Plates Co Ltd
Benxi Beiying Iron and Steel Group Co Ltd
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Bengang Steel Plates Co Ltd
Benxi Beiying Iron and Steel Group Co Ltd
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Abstract

本发明涉及一种高强钢气保焊丝用盘条及生产方法，按重量百分比计包括以下化学成分：C：0.060％～0.090％，Si：0.52％～0.65％，Mn：1.62％～1.73％，P≤0.014％，S≤0.009％，Ti：0.060％～0.090％；Ni：0.50％～0.60％，Mo：0.30％～0.40％，Ca≤0.010％，N≤0.0060％，Alt≤0.010％。优点是：采用转炉+LF精炼+小方坯连铸+加热炉加热+控轧控冷轧制+保温通道生产气体保护焊丝用盘条。盘条的抗拉强度743～789MPa、伸长率22％～25.5％，满足了盘条的力学性能，拉拔性能及焊缝质量。

Description

一种高强钢气保焊丝用盘条及生产方法
技术领域
本发明属于焊接材料领域，涉及一种高强钢气保焊丝用盘条及生产方法。
背景技术
随着钢铁材料的进步和强度级别的提高，对相应的高强度焊接材料的要求也逐渐提高。别气体保护焊丝用盘条ER50-G5属于新钢种、新工艺、新技术的高端优质产品，可广泛用于船舶、工程机械、锅炉及压力容器、起重运输设备、管线、重载车辆等。国内需求量为2～3万吨，占气体保护实心焊丝需求量2.0％左右。
ER50-G5因其合金加入量很高，抗拉强度较高。制丝要先对盘条进行再结晶退火处理，并且盘条中高成本合金元素Ti、Mo、Ni含量偏高，在小方坯连铸设备生产条件下，为了保证Ti元素回收率加入一定量的铝，钢水中生成大量的Al2O3，MgO-Al2O3等高熔点夹杂物，使钢水变得黏稠，容易在水口处蓄积形成水口“结瘤”，造成连铸坯和盘条表面质量差，成材率低。
发明内容
本发明的目的是提供一种高强钢气保焊丝用盘条及生产方法，满足盘条的力学性能，又能提高拉拔性能及焊缝质量。通过提高Mn、Mo含量以提高抗拉强度，添加适量Ni元素以提高焊缝韧性，降低P、S含量，以稳定焊缝力学性能和改善焊缝的抗裂性能。
为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种高强钢气保焊丝用盘条，按重量百分比计包括以下化学成分：
C：0.060％～0.090％，Si：0.52％～0.65％，Mn：1.62％～1.73％，P≤0.014％，S≤0.009％，Ti：0.060％～0.090％；Ni：0.50％～0.60％，Mo：0.30％～0.40％，Ca≤0.010％，N≤0.0060％，Alt≤0.010％。
所述的盘条的抗拉强度743～789MPa、伸长率22％～25.5％、断面收缩率64％～70％、非金属夹杂物：A+C≤1.5；B+D≤1.5。
所述的盘条的金相组织为：铁素体+珠光体，铁素体体积百分比为85％～90％，珠光体体积百分比为10％～15％。
下面就本发明对成分的选择原因和作用机理进行如下陈述：
C：是最主要的强化元素，但会强烈的恶化塑韧性和焊接性。研究表明，在Mn含量较高的情况下，钢的断面收缩率和延伸率降低，钢的冷加工性能变差，对拉拔不利。为了得到良好的冷拔性能，严格控制低的C含量，C含量控制在0.060wt％～0.090wt％。
Si：硅具有很强的固溶强化作用，同时大大提高加工硬化率，Si含量过高导致冷拔时形变抗力加大，有降低塑韧性倾向，同时Si氧化形成夹杂将对焊缝造成严重危害。所以Si含量控制在0.52wt％～0.65wt％。
Mn：具有固溶强化、细晶强化作用，能提高钢的强度。Si含量过高，会使相变温度大大降低，易出现贝氏体组织，损害钢的韧性，考虑钢基础强度Mn含量控制1.62wt％～1.73wt％。
P/S：磷、硫在钢中是有害元素，磷溶于铁素体，虽然能提高钢的强度和硬度，最大的害处是偏析严重，增加回火脆性，显著降低钢的塑性和韧性，致使钢在冷加工时容易脆裂，也即所谓“冷脆”现象；硫降低钢的塑性，增加钢的脆性，恶化钢的质量。其中P≤0.014％，S≤0.009％。
Ti：焊接时Ti可与N和O结合形成TiN、TiO质点作为晶核，在焊接加热过程中阻止奥氏体晶粒的长大而细化焊缝奥氏体晶粒，同时又可在焊接冷却过程中作为相变核心，形成晶内形核的针状铁素体，使焊缝的韧性提高。但若Ti过量，形成大量的TiC和TiN质点，将使韧性降低。Ti含量0.060％～0.090％
Ni：有助于提高焊缝金属的韧性，降低韧脆转变温度。Ni：0.50％～0.60％
Mo：焊缝中含有一定量的Mo元素有利于提高焊缝中针状铁素体的含量，减少先共析铁素体，并有细化铁素体晶粒的作用，提高焊缝的强韧性。Mo：0.30％～0.40％
Ca：控制Ca含量，防止焊接时飞溅。
N：控制N含量，减少与Ti形成氮化物量，保证拉拔顺畅。因此N≤0.0060％。
一种高强钢气保焊丝用盘条的生产方法，包括以下工艺路径：
高炉铁水→铁水预处理→转炉冶炼→钢包底吹氩→LF炉精炼→连铸→钢坯缓冷→步进式加热炉加热→轧制工艺→吐丝→检查→集卷→保温通道缓冷；
1)转炉冶炼：
铁水+精料废钢为原料，原料中铁水含量88wt％～90wt％；镍板5.8～6.2kg/t、钼铁6.2～6.8kg/t随精料废钢加入，氧气顶底复吹，出钢温度1650～1680℃，出钢终点C重量百分比为0.040％～0.050％；
转炉双渣冶炼，一次倒炉P≤0.008wt％，严禁下渣；
吨钢辅料加入量：活性石灰48～52kg/t，白云石18～20kg/t，澳矿17.5～19.5kg/t；辅料不集中加入，分二批或三批加入；
钢包合金化：出钢1/4～1/3时加入石灰、预脱氧剂及铁合金进行脱氧合金化，吹氩时间≥5min；吨钢合金加入目标量：低碳锰铁20kg/t；
2)钢包底吹氩：静吹氩时间≥8min，处理前温度1585～1600℃，处理后温度1570～1590℃，静吹氩后喂纯钙包芯线1～1.2kg/t，喂线速度2～3m/s；
3)LF炉精炼：LF精炼时间60～80min，全分析温度1560～1600℃；
吨钢辅料加入量：活性石灰7.1～7.5kg/t，萤石0.55～0.60kg/t，电石渣0.45～0.50kg/t，中碳锰铁2.4～2.6kg/t，低钙硅铁8.5～9.0kg/t，硅铁粉0.66kg/t，钛铁FeTi702.8～3.0kg/t，软吹时间≥12min，喂钙线80m～100m；
4)连铸：结晶器电磁搅拌电流220～260A，频率4～6Hz，正反转；末端电磁搅拌电流230～270A，频率4～8Hz，连续旋转；连铸浇钢坐钢包平台温度1595～1605℃，中包温度1555～1565℃，过热度保持在25～35℃，拉速2.2～2.4m/min；全过程保护浇铸，结晶器保护渣使用方坯低碳钢保护渣；
5)加热炉加热：预热段860～900℃，加热段1080～1120℃，均热段1120～1160℃，加热时间1.5～2.5h；
6)轧制工艺：
粗轧温度：990～1030℃；精轧入口温度：860～900℃；吐丝温度860～900℃；风冷辊道速度：头部辊道0.12～0.15m/s；保温罩为全关状态；
7)保温通道缓冷：保温通道缓冷温度60～100℃。
所述的LF炉精炼过程中进行白渣操作，在保证渣流动性的条件下，控制渣碱度和渣中的氧势。
步骤1)中所述的辅料的加入时间为冶炼前期开吹到冶炼终点前5min。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明采用“转炉+LF精炼+小方坯连铸+加热炉加热+控轧控冷轧制+保温通道”的生产工艺生产气体保护焊丝用盘条。成分设计上提高了Mn、Mo含量以提高抗拉强度，通过添加适量Ni元素提高焊缝韧性，降低P、S含量以稳定焊缝力学性能和改善焊缝的抗裂性能。盘条的抗拉强度743～789MPa、伸长率22％～25.5％、断面收缩率64％～70％、非金属夹杂物：A+C≤1.5；B+D≤1.5，满足了盘条的力学性能，又能满足拉拔性能及焊缝质量。
附图说明
图1是高强钢气保焊丝用盘条的金相组织图。
具体实施方式
下面对本发明进行详细地描述，但是应该指出本发明的实施不限于以下的实施方式。
高强钢气保焊丝用盘条化学成分(按重量百分比计)：
C：0.060％～0.090％，Si：0.52％～0.65％，Mn：1.62％～1.73％，P≤0.014％，S≤0.009％，Ti：0.060％～0.090％；Ni：0.50％～0.60％，Mo：0.30％～0.40％，Ca≤0.010％，N≤0.0060％，Alt≤0.010％。
见图1，盘条的金相组织为：铁素体+珠光体，铁素体体积百分比为85％～90％，珠光体体积百分比为10％～15％。盘条外径为φ5.5～φ6.5mm。
为了保证高强钢气保焊丝用盘条(ER50-G5)质量，通过钢水过热度、拉坯速度、连铸结晶器电磁搅拌和末端电磁搅拌等有效措施控制碳中心偏析、铸坯中心疏松或缩孔等缺陷。具体生产方法包括以下工艺路径：
高炉铁水→铁水预处理(脱S、扒渣)→120t转炉(顶底复吹)→钢包底吹氩→LF炉精炼→150×150mm方坯连铸(结晶器电磁搅拌及凝固末端电磁搅拌)→钢坯缓冷→步进式加热炉加热→轧制工艺→吐丝→检查→集卷→保温通道缓冷→取样、检验、判定→包装、交库。
1、转炉冶炼：
铁水+废钢：，铁水含量88wt％～90wt％，废钢为精料废钢，禁止使用渣钢，占10wt％～12wt％；镍板5.9～6.1kg/t、钼铁6.4～6.6kg/t随精料废钢加入；氧气顶底复吹，出钢温度1650～1680℃，出钢终点C含量为0.040％～0.050％；
转炉双渣冶炼，目标一次倒炉P≤0.008％，严禁下渣。
吨钢辅料加入量：活性石灰48～52kg/t，白云石18～20kg/t，澳矿17.5～19.5kg/t。辅料加入时间为冶炼前期开吹到冶炼终点前5min结束，辅料不集中加入，分二批或三批加入，防止集中加入反应激烈造成喷溅。
钢包合金化：出钢1/4～1/3时加入石灰(起到造渣作用)、预脱氧剂及铁合金进行脱氧合金化，吹氩时间≥5min；吨钢合金加入目标量：低碳锰铁20kg/t。
2、钢包底吹氩：静吹氩时间≥8min，处理前温度1585～1600℃，处理后温度1570℃～1590℃，静吹氩后喂纯钙包芯线1～1.2kg/t，喂线速度2～3m/s；
3、LF炉精炼：要求白渣操作，在保证渣流动性的条件下，控制渣碱度和渣中的氧势；对钢水时时检测，进行微调合金，保证钢水成分达到标准要求；LF精炼时间60～80min，全分析温度1560～1600℃，全分析温度为LF炉精炼整个过程检测的温度。
吨钢辅料加入量：活性石灰7.1～7.5kg/t，萤石0.55～0.60kg/t，电石渣0.45～0.50kg/t，中碳锰铁2.4～2.6kg/t，低钙硅铁8.5～9.0kg/t，硅铁粉0.66kg/t，钛铁FeTi702.8～3.0kg/t，并对钢水时时检测，进行微调合金，保证钢水成分达到标准要求，软吹时间≥12min，喂钙线80m～100m。
4、连铸：结晶器电磁搅拌电流220～260A，频率4～6Hz，正反转；末端电磁搅拌电流230～270A，频率4～8Hz，连续旋转；连铸浇钢坐钢包平台温度1595～1605℃，中包温度1555～1565℃，过热度保持25～35℃，拉速2.2～2.4m/min。全过程保护浇铸，结晶器保护渣使用方坯低碳钢保护渣；铸坯切割采用自动加人工相结合的方式。
5、加热炉加热：预热段860～900℃，加热段1080～1120℃，均热段1120～1160℃，加热时间1.5～2.5h(预热段25～42min，加热段40～65min+均热段25～42min)；加热炉选用步进式加热炉。
6、轧制工艺：
粗轧温度：990～1030℃；精轧入口温度：840～880℃；吐丝温度860～900℃；风冷辊道速度：头部辊道0.12～0.15m/s；风冷辊道上面的保温罩为全关状态，起到保温作用，有利于组织转变。
7、保温通道：保温通道保证温度60～100℃，保温通道有效利用，保证组织应力及内应力的有效释放，以此亦保证了产品的性能和通条性能差的要求。
8、成品检验及成品理化指标
⑴化学成分检验结果(单位：wt％)：
⑵铸坯低倍缺陷检验结果(级)：
⑶力学性能(5种成分分多次轧制)
实施例 抗拉强度(MPa) 伸长率(％) 断面收缩率(％)
1 768 25.5 66
1 754 22 69
1 755 25 64
1 758 24.5 68
2 758 22 68
2 786 23 68
3 763 22.5 70
3 753 22 66
3 765 23.5 66
3 743 22.5 66
4 746 22 68
4 764 22 64
5 772 22.5 68
5 780 24 64
5 778 24 66
5 789 23 66
⑷显微组织和非金属夹杂物：
本发明采用“转炉+LF精炼+小方坯连铸+加热炉加热+控轧控冷轧制+保温通道”的生产工艺生产气体保护焊丝用盘条。成分设计上提高了Mn、Mo含量以提高抗拉强度，通过添加适量Ni元素提高焊缝韧性，降低P、S含量以稳定焊缝力学性能和改善焊缝的抗裂性能。盘条的抗拉强度743～789MPa、伸长率22％～25.5％、断面收缩率64％～70％、非金属夹杂物：A+C≤1.5；B+D≤1.5，满足了盘条的力学性能，又能满足拉拔性能及焊缝质量。

Claims (6)

1.一种高强钢气保焊丝用盘条，其特征在于，按重量百分比计包括以下化学成分：
C：0.060％～0.090％，Si：0.52％～0.65％，Mn：1.62％～1.73％，P≤0.014％，S≤0.009％，Ti：0.060％～0.090％；Ni：0.50％～0.60％，Mo：0.30％～0.40％，Ca≤0.010％，N≤0.0060％，Alt≤0.010％。
2.根据权利要求1所述的一种高强钢气保焊丝用盘条，其特征在于，所述的盘条的抗拉强度743～789MPa、伸长率22％～25.5％、断面收缩率64％～70％、非金属夹杂物：A+C≤1.5；B+D≤1.5。
3.根据权利要求1所述的一种高强钢气保焊丝用盘条，其特征在于，所述的盘条的金相组织为：铁素体+珠光体，铁素体体积百分比为85％～90％，珠光体体积百分比为10％～15％。
4.一种如权利要求1-3任意一项所述的高强钢气保焊丝用盘条的生产方法，其特征在于，包括以下工艺路径：
高炉铁水→铁水预处理→转炉冶炼→钢包底吹氩→LF炉精炼→连铸→钢坯缓冷→步进式加热炉加热→轧制工艺→吐丝→检查→集卷→保温通道缓冷；
1)转炉冶炼：
铁水+精料废钢为原料，原料中铁水含量88wt％～90wt％；镍板5.8～6.2kg/t、钼铁6.2～6.8kg/t随精料废钢加入，氧气顶底复吹，出钢温度1650～1680℃，出钢终点C重量百分比为0.040％～0.050％；
转炉双渣冶炼，一次倒炉P≤0.008wt％，严禁下渣；
吨钢辅料加入量：活性石灰48～52kg/t，白云石18～20kg/t，澳矿17.5～19.5kg/t；辅料不集中加入，分二批或三批加入；
钢包合金化：出钢1/4～1/3时加入石灰、预脱氧剂及铁合金进行脱氧合金化，吹氩时间≥5min；吨钢合金加入目标量：低碳锰铁20kg/t；
2)钢包底吹氩：静吹氩时间≥8min，处理前温度1585～1600℃，处理后温度1570～1590℃，静吹氩后喂纯钙包芯线1～1.2kg/t，喂线速度2～3m/s；
3)LF炉精炼：LF精炼时间60～80min，全分析温度1560～1600℃；
吨钢辅料加入量：活性石灰7.1～7.5kg/t，萤石0.55～0.60kg/t，电石渣0.45～0.50kg/t，中碳锰铁2.4～2.6kg/t，低钙硅铁8.5～9.0kg/t，硅铁粉0.66kg/t，钛铁FeTi702.8～3.0kg/t，软吹时间≥12min，喂钙线80m～100m；
4)连铸：结晶器电磁搅拌电流220～260A，频率4～6Hz，正反转；末端电磁搅拌电流230～270A，频率4～8Hz，连续旋转；连铸浇钢坐钢包平台温度1595～1605℃，中包温度1555～1565℃，过热度保持在25～35℃，拉速2.2～2.4m/min；全过程保护浇铸，结晶器保护渣使用方坯低碳钢保护渣；
5)加热炉加热：预热段860～900℃，加热段1080～1120℃，均热段1120～1160℃，加热时间1.5～2.5h；
6)轧制工艺：
粗轧温度：990～1030℃；精轧入口温度：860～900℃；吐丝温度860～900℃；风冷辊道速度：头部辊道0.12～0.15m/s；保温罩为全关状态；
7)保温通道缓冷：保温通道缓冷温度60～100℃。
5.根据权利要求4所述的一种高强钢气保焊丝用盘条的生产方法，其特征在于，所述的LF炉精炼过程中进行白渣操作，在保证渣流动性的条件下，控制渣碱度和渣中的氧势。
6.根据权利要求4所述的一种高强钢气保焊丝用盘条的生产方法，其特征在于，步骤1)中所述的辅料的加入时间为冶炼前期开吹到冶炼终点前5min。
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