CN104213023A - 一种低碳高强焊丝钢及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低碳高强焊丝钢，所述低碳高强焊丝钢中Ti和B的重量比例为8～12∶1，本发明还公开了一种低碳高强焊丝钢的生产方法，该方法包括电炉或转炉冶炼、LF炉精炼，及吹Ar、吊包几个步骤。采用本发明生产的焊丝钢，焊后钢板韧性明显提高，与现有的焊丝钢相比，冲击功Akv2：0℃提高了41～172J；-10℃提高了22～142J；-20℃提高了21～96J；-30℃提高了28～88J，而且无需改造任何生产设备、无需对现有生产工艺作重大调整，具有工艺线路简单，可操作性强，易于控制，成本低等特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种低碳高强焊丝钢及其生产方法。
背景技术
钢的焊接性是一个很复杂的工艺性能，因为它既与焊接裂纹的敏感性有关，又与服役条件和试验温度下所要求的韧性有密切联系。CO2气体保护焊和管线埋弧焊等镀铜焊丝都是一种高效、节能、节材的焊接材料，焊锋成型美观，适用于低碳钢和低合金钢的焊接。其含碳量都较低，大多都在0.1％以下，同时含有Si、Mn、S、P、Cr、Mo、Ti、V、B、Al、N等合金元素。其中Ti-B系列焊丝钢也属于其中一种，但是Ti和B元素的范围及适当的配比对焊接性能有明显的影响。
钛是一种强烈的脱氧元素，也能和氮化合成TiN而起固氮作用，提高焊缝金属抗氮气孔的能力。在焊接性方面，含Ti合金钢的主要优点是可以制止焊接HAZ晶粒的粗化，从而有益于HAZ显微组织中更多的多边形铁素体的生成，既可提高韧性，又有利于降低冷裂纹敏感性。在大线能量条件下，钛对HAZ显微组织的主要影响在于控制奥氏体的晶粒尺寸，这就为多边形铁素体的成核提供了条件，从而替代了主要为侧板条铁素体的情形。
HAZ显微组织(和韧性)的最佳含硼量明显地取决于奥氏体晶粒尺寸。含硼量在1lppm的水平上，这与在靠近熔合线附近，甚至在大线能量条件下的晶粒粗化区中，抑制生成先共析铁素体所需的含硼量相比已经是偏多了。其次，为了使韧性值保持适当，特别是在晶粒粗化区，对于低碳微合金钢，含硼量应不超过10～l5ppm(指全部含硼量)。
在焊接时焊材中的B能向HAZ扩散，扩散的B可与母材中因高温分解出的N结合，增加晶内的铁素体晶核，从而降低了钢中的游离N。焊接后冷却速度较小时，B的扩散距离将增加，因此对厚件的焊接更为有效。B含量也要适中，过高或过低都对熔敷金属的韧性不利。焊丝钢中的Ti、B加入量应适当配合，用B来抑制先共析铁素体，使之在较低温度下发生奥氏体向铁素体相变，用Ti来得到大量的相变核心，使相变温度降低，得到以AF为主的组织，从而改善了熔敷金属的韧性。Ti和B在焊缝组织中含量适当，可以使焊缝组织得到细化才有利于韧性的提高。
传统生产的Ti-B焊丝钢时，基本没有控制过Ti-B含量比例，只是按化学成分标准要求范围控制就可以了，以致焊接过程中出现焊后钢板韧性有较大的波动，表现为焊材质量不稳定。如传统生产的Ti∶B比范围从(4∶1)到(27∶1)，范围非常宽，导致焊后钢板的韧性值(Akv2)波动较大，如0℃：65～314J(平均值124J)；-10℃：53～281J(平均值131J)；-20℃：47～236J(平均值117J)；-30℃：34～191J(平均值91J)。
发明内容
本发明的目的是提供一种低碳高强焊丝钢及其生产方法，以提高焊后钢板的韧性。
上述目的是通过以下技术方案实现的：
一种低碳高强焊丝钢，所述低碳高强焊丝钢中Ti和B的重量比例为8～12∶1。
一种低碳高强焊丝钢的生产方法，包括电炉或转炉冶炼、LF炉精炼，及吹Ar、吊包几个步骤，其中：在进行LF炉精炼时，先造渣，再对C、Si、Mn、P、S、Mo元素的含量进行微调，使各元素的重量含量为：C：≤0.08％，Si：≤0.20％，Mn：1.50～1.70％，P：≤0.012％，S：≤0.003％，Mo：0.3～0.4％，最后添加钛铁合金和B铁使钢水中Ti和B的重量比例为8～12∶1。
优选地，所述钛铁合金按3.4～3.9Kg/吨钢水的添加量添加，添加了钛铁合金后先加热8～15min；再按0.32～0.39Kg/吨钢水的添加量加入B铁。设定加热时间，保证钛铁合金能完全熔化，但如果加热时间过长，钢中的Ti元素与Si、Al元素发生相互反应，使得Ti含量的收得率减少。
优选地，电炉或转炉冶炼时，出钢温度T＝1620～1640℃；出钢1/3时加入铝锭0.8～1Kg/t、活性石灰6～9kg/t。设定出钢温度的控制范围，主要是为了防止出钢温度过高，导致回磷，保证不了最终的P含量；设定铝锭的加入量，主要是减轻精炼炉内脱S时间，防止精炼时间过长造成钢水吸气过多；设定活性石灰的加入量，主要是因为初炼炉钢水经过了深度脱P和脱C，钢水过氧化比较严重，加入一定量的活性石灰能比较好的保护钢水不吸气，减轻N的摄入，保证钢水纯净度。
本发明的有益效果是：
采用本发明生产的焊丝钢，焊后钢板韧性明显提高，与现有的焊丝钢相比，冲击功Akv2：0℃提高了41～172J；-10℃提高了22～142J；-20℃提高了21～96J；-30℃提高了28～88J，另外焊接热影响区范围缩小，焊缝及热影响区内晶粒细化程度比较明显，而且无需改造任何生产设备、无需对现有生产工艺作重大调整，具有工艺线路简单，可操作性强，易于控制，成本低等特点。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明进行详细地说明。
实施例1
一种低碳高强焊丝钢的生产方法，包括以下步骤：
1)电炉(或转炉)冶炼：出钢温度：T＝1630℃；出钢1/3时加入铝锭0.9Kg/t、活性石灰7kg/t，出钢过程严禁下渣。
2)钢水进入精炼炉前，向钢水中加入金属锰14kg/t和钼铁0.56kg/t；
3)精炼炉分3批加入石灰等原材料进行造渣；
4)待渣变白后，对C、Si、Mn、P、S、Mo元素的含量进行微调，使各元素的重量含量为：C：≤0.08％，Si：≤0.2％，Mn：1.5～1.7％，P：≤0.012％，S：≤0.003％，Mo：0.3～0.4％，待所有成分调整完毕后，再加入常规的钛铁合金(钛含量在30％左右)3.5Kg/t，再加热9min。
5)最后加入常规的B铁(B含量在20％左右)0.32Kg/t。
6)成分调整好后软吹Ar 5min以上，吹Ar强度以渣面微微波动为佳，使钢水成分、温度均匀，吊包过程加入粉状覆盖剂覆盖整个钢液面。
焊丝钢中C、Si、Mn、P、S、Mo、Ti、B元素的含量：C：0.06％，Si：0.13％，Mn：1.52％，P：0.009％，S：0.001％，Mo：0.33％，Ti：0.056％，B：0.0066％。
焊后钢板韧性(均为平均值)值见表1：
表1
实施例2
一种低碳高强焊丝钢的生产方法，包括以下步骤：
1)电炉(或转炉)冶炼：出钢温度：T＝1620℃；出钢1/3时加入铝锭0.8Kg/t、活性石灰9kg/t，出钢过程严禁下渣。
2)钢水进入精炼炉前，向钢水中加入金属锰和钼铁；
3)精炼炉分3批加入石灰等原材料进行造渣；
4)待渣变白后，对C、Si、Mn、P、S、Mo元素的含量进行微调，使各元素的重量含量为：C：≤0.08％，Si：≤0.20％，Mn：1.5～1.7％，P：≤0.012％，S：≤0.003％，Mo：0.3～0.4％，待所有成分调整完毕后，再加入钛铁合金3.7Kg/t，再加热10min。
5)最后加入B铁0.39Kg/t。
6)成分调整好后软吹Ar 5min以上，吹Ar强度以渣面微微波动为佳，使钢水成分、温度均匀，吊包过程加入粉状覆盖剂覆盖整个钢液面。
焊丝钢中C、Si、Mn、P、S、Mo、Ti、B元素的含量：C：0.07％，Si：0.16％，Mn：1.57％，P：0.008％，S：0.001％，Mo：0.35％，Ti：0.051％，B：0.0054％。
焊后钢板韧性(均为平均值)见表2：
表2
实施例3
一种低碳高强焊丝钢的生产方法，包括以下步骤：
1)电炉(或转炉)冶炼：出钢温度：T＝1640℃；出钢1/3时加入铝锭1.0Kg/t、活性石灰6kg/t，出钢过程严禁下渣。
2)钢水进入精炼炉前，向钢水中加入金属锰和钼铁；
3)精炼炉分3批加入石灰等原材料进行造渣；
4)待渣变白后，对C、Si、Mn、P、S、Mo元素的含量进行微调，使各元素的重量含量为：C：≤0.08％，Si：≤0.20％，Mn：1.50～1.70％，P：≤0.012％，S：≤0.003％，Mo：0.3～0.4％，待所有成分调整完毕后，再加入钛铁合金3.4Kg/t，再加热10min。
5)最后加入B铁0.37Kg/t。
6)成分调整好后软吹Ar 5min以上，吹Ar强度以渣面微微波动为佳，使钢水成分、温度均匀，吊包过程加入粉状覆盖剂覆盖整个钢液面。
焊丝钢中C、Si、Mn、P、S、Mo、Ti、B元素的含量：C：0.064％，Si：0.15％，Mn：1.53％，P：0.01％，S：0.002％，Mo：0.31％，Ti：0.068％，B：0.0067％。
焊后钢板韧性(均为平均值)见表3：
表3
实施例4
一种低碳高强焊丝钢的生产方法，包括以下步骤：
1)电炉(或转炉)冶炼：出钢温度：T＝1630℃；出钢1/3时加入铝锭1Kg/t、活性石灰7kg/t，出钢过程严禁下渣。
2)钢水进入精炼炉前，向钢水中加入金属锰和钼铁；
3)精炼炉分3批加入石灰等原材料进行造渣；
4)待渣变白后，对C、Si、Mn、P、S、Mo元素的含量进行微调，使各元素的重量含量为：C：≤0.08％，Si：≤0.2％，Mn：1.5～1.7％，P：≤0.012％，S：≤0.003％，Mo：0.3～0.4％，待所有成分调整完毕后，再加入钛铁合金3.9Kg/t，再加热12min。
5)最后加入B铁0.32Kg/t。
6)成分调整好后软吹Ar 5min以上，吹Ar强度以渣面微微波动为佳，使钢水成分、温度均匀，吊包过程加入粉状覆盖剂覆盖整个钢液面。
焊丝钢中C、Si、Mn、P、S、Mo、Ti、B元素的含量：C：0.075％，Si：0.14％，Mn：1.64％，P：0.011％，S：0.002％，Mo：0.37％，Ti：0.052％，B：0.0046％。
焊后钢板韧性(均为平均值)见表4：
表4
实施例5
一种低碳高强焊丝钢的生产方法，包括以下步骤：
1)电炉(或转炉)冶炼：出钢温度：T＝1620℃；出钢1/3时加入铝锭0.85Kg/t、活性石灰8kg/t，出钢过程严禁下渣。
2)钢水进入精炼炉前，向钢水中加入金属锰和钼铁；
3)精炼炉分3批加入石灰等原材料进行造渣；
4)待渣变白后，对C、Si、Mn、P、S、Mo元素的含量进行微调，使各元素的重量含量为：C：≤0.08％，Si：≤0.2％，Mn：1.5～1.7％，P：≤0.012％，S：≤0.003％，Mo：0.3～0.4％，待所有成分调整完毕后，再加入钛铁合金3.4Kg/t，再加热11min。
5)最后加入B铁0.35Kg/t。
6)成分调整好后软吹Ar 5min以上，吹Ar强度以渣面微微波动为佳，使钢水成分、温度均匀，吊包过程加入粉状覆盖剂覆盖整个钢液面。
焊丝钢中C、Si、Mn、P、S、Mo、Ti、B元素的含量：C：0.068％，Si：0.17％，Mn：1.61％，P：0.01％，S：0.001％，Mo：0.35％，Ti：0.058％，B：0.0047％。
焊后钢板韧性(均为平均值)见表5：
表5
将发明方法及原生产方法冶炼的钢与16mm厚的钢板X70钢(化学成分为：C：0.1％，Si：0.25％，Mn：1.36％，P：0.012％，S：0.003％等；力学性能见表6)进行焊接，可以看出发明方法较对应原生产方法有效提高了较多的焊接融敷金属韧性，见表7：
表6：X70钢力学性能
表7：原操作方法与发明方法的焊后钢板韧性值对比
Claims (4)
1.一种低碳高强焊丝钢，其特征在于所述低碳高强焊丝钢中Ti和B的重量比例为8～12∶1。
2.一种低碳高强焊丝钢的生产方法，包括电炉或转炉冶炼、LF炉精炼，及吹Ar、吊包几个步骤，其特征在于：在进行LF炉精炼时，先造渣，再对C、Si、Mn、P、S、Mo元素的含量进行微调，使各元素的重量含量为：C：≤0.08％，Si：≤0.2％，Mn：1.5～1.7％，P：≤0.012％，S：≤0.003％，Mo：0.3～0.4％，最后添加钛铁合金和B铁使钢水中Ti和B的重量比例为8～12∶1。
3.如权利要求2所述的低碳高强焊丝钢的生产方法，其特征在于：所述钛铁合金按3.4～3.9Kg/吨钢水的添加量添加，添加了钛铁合金后先加热8～15min；再按0.32～0.39Kg/吨钢水的添加量加入B铁。
4.如权利要求2所述的低碳高强焊丝钢的生产方法，其特征在于：电炉或转炉冶炼时，出钢温度T＝1620～1640℃；出钢1/3时加入铝锭0.8～1Kg/吨、活性石灰6～9kg/吨。
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- 2014-09-04 CN CN201410448245.0A patent/CN104213023A/zh active Pending
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