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CN110465546B - 解决压缩机用酸洗板焊接氧化铁皮起皮脱落的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种解决压缩机用酸洗板焊接氧化铁皮起皮脱落的方法，通过炼钢工艺优化控制板坯化学成分，板坯化学成分按照质量百分比分别为：C 0.045~0.075%、Si≤0.08%、Mn 0.15~0.30%、P≤0.025%、S≤0.010%、Als 0.015~0.050%、Nb≤0.020%、V≤0.020%、Ti≤0.020%、余量为Fe；通过热轧工艺控制酸洗板显微组织，具体热轧工艺包括板坯加热→粗轧→精轧→卷取→热卷成品，其中精轧工序要求终轧温度890~910℃，精轧后以18~25℃/s的冷却速度冷却至680~700℃进行卷取，层流冷却模式采用后段冷却。本发明可以获得酸洗板成品成分、组织及成形性能的良好匹配，实现热影响区氧化铁皮结构的柔性化控制，杜绝起皮脱落现象。

Description

解决压缩机用酸洗板焊接氧化铁皮起皮脱落的方法
技术领域
本发明涉及一种解决压缩机用酸洗板焊接氧化铁皮起皮脱落的方法，属于板材生产控制技术领域。
背景技术
随着社会进步，与人们生活息息相关的冰箱和商用冷柜越来越普及。压缩机作为制冷设备的核心部件，被称为制冷机的“心脏”。压缩机主要由外部壳体和内部压缩机主体组成。作为压缩机壳体用钢，通常采用热轧酸洗板深冲后进行上、下壳组合焊接，其焊接方式为搭接焊，焊接后壳体形貌如图1所示，图1中序号1为焊缝位置；压缩机用热轧酸洗板主要牌号为低碳铝镇静钢SPHC和SPHD，大多数压缩机企业在生产制造过程中更注重其冲压成型性。
某国际知名压缩机制造商发现，众多钢铁企业提供的酸洗板冲压上、下壳搭接焊焊缝背面上壳热影响区出现不同程度的氧化铁皮起皮脱落现象，具体形貌如图2所示，图2中序号2为氧化铁皮脱落位置；在压缩机装机使用过程中焊接氧化铁皮脱落掉入转子、定子之间极易导致电机短路，存在重大安全隐患。
查阅相关论文资料，对于氧化铁皮的研究主要集中在钢材高温热轧及后续冷却过程中氧化铁皮的生长及结构控制；对于焊接质量缺陷研究主要为焊缝组织控制及对力学性能的影响。中国专利“一种热轧线材表面氧化铁皮柔性化控制方法”(专利号：201210538276)和中国专利“热轧带钢表面氧化铁皮柔性化控制方法”(专利号：201010189410)是氧化铁皮控制方面的典型代表，通过调整线材精轧、吐丝温度以及冷却速度和控制热板冷却速度和卷取温度，进而控制FeO的共析反应程度来达到对氧化铁皮厚度及结构的柔性化控制。此类专利主要针对产线生产工艺过程中对氧化铁皮的厚度及结构控制，未发现涉及使用过程特别是焊接工艺中焊缝热影响区氧化铁皮控制的相关论文及专利报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种解决压缩机用酸洗板焊接氧化铁皮起皮脱落的方法，通过炼钢工艺优化酸洗板化学成分，通过热轧工艺优化酸洗板显微组织，以获得成分、组织及成形性能的良好匹配，实现热影响区氧化铁皮结构的柔性化控制，杜绝起皮脱落现象。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
解决压缩机用酸洗板焊接氧化铁皮起皮脱落的方法，通过炼钢工艺优化控制板坯化学成分，板坯化学成分按照质量百分比分别为：C 0.045～0.075％、Si≤0.08％、Mn 0.15～0.30％、P≤0.025％、S≤0.010％、Als 0.015～0.050％、Nb≤0.020％、V≤0.020％、Ti≤0.020％、余量为Fe；
通过热轧工艺控制酸洗板显微组织，具体热轧工艺包括板坯加热→粗轧→精轧→卷取→热卷成品，其中精轧工序要求终轧温度890～910℃，精轧后以18～25℃/s的冷却速度冷却至680～700℃进行卷取，层流冷却模式采用后段冷却。
上述解决压缩机用酸洗板焊接氧化铁皮起皮脱落的方法，所述炼钢工艺采用转炉或电炉进行冶炼、经过LF精炼并连铸成板坯；
所述板坯加热工序，板坯加热后保温20～180min，经过高压水除鳞去除一次氧化铁皮；
所述粗轧工序，R1+R2采用3+3或3+5道次模式，开轧温度为1150～1250℃，终轧温度为1050～1150℃；粗轧板坯精轧前去除二次氧化铁皮；
所述精轧工序，精轧开轧温度1020～1060℃，终轧温度890～910℃，精轧累计压下量为85～95％，精轧轧制速度为5～11m/s。
上述解决压缩机用酸洗板焊接氧化铁皮起皮脱落的方法，热卷卷取后经过自然缓冷，冷却至50℃以下经平整改善板形后进行酸洗去除表面氧化铁皮、涂油和包装。
上述解决压缩机用酸洗板焊接氧化铁皮起皮脱落的方法，所述板坯加热工序，板坯加热至1230～1260℃，保温20～180min，经过高压水除鳞去除一次氧化铁皮、除鳞温度为1150～1250℃，除鳞水压缩≥20MPa；
所述粗轧工序累计压下量80％。
上述解决压缩机用酸洗板焊接氧化铁皮起皮脱落的方法，所述粗轧板坯精轧前需要去除二次氧化铁皮，除鳞温度1000～1150℃，二次除鳞水压≥20MPa。
采用本发明方法获得的压缩机用热轧酸洗板，显微组织为多边形铁素体，晶界处析出明显的黑色碳化物三次渗碳体，局部晶界发现少量珠光体组织；其屈服强度为200～260MPa，抗拉强度为310～360MPa，延伸率可达35～50％之间，完全满足压缩机壳体的深冲要求；同时经过压缩机产线自动气保氩弧焊焊接(正常产线焊机电压为23～26 V、焊机电流为220～250 A)后在壳体内部上壳热影响区未发现氧化铁皮起皮脱落现象。
本发明方法采用的原理：
高温焊接氧化铁皮中内层FeO呈现多孔状态、具有较好塑性，外层Fe3O4脆性较大，焊接后冷却过程中外层Fe3O4与钢基体收缩系数相差较大，导致氧化铁皮外层出现局部“鼓包”或起皮脱落现象。氧化铁皮结构由内部弱氧化形成的FeO和外部富氧使FeO进一步氧化形成的Fe3O4组成。氧化铁皮生长的限制性环节为氧的内扩散和基体铁的外扩散两种传质过程共同控制，外部氧化气氛(压缩机内部空气条件)一定，焊接参数相同，如果基体铁的外扩散受阻不能及时与内扩散氧反应生成FeO，那么一次氧化铁皮中FeO的外层区域形成富氧层，即可发生FeO的进一步氧化，不断形成新的Fe3O4外层，最终导致外层Fe3O4比例增大，上述为产生氧化铁皮起皮脱落的直接原因。
提高C含量有利于改善焊接热影响区高温抗氧化性，主要原因如下：①根据Ellingham提出的氧势图，见图3可知，在焊接瞬时高温氧化条件下，C更容易与空气中的O和初生FeO发生反应生成CO或CO2；②通过控制成分和热轧工艺使得碳化物(或是三次渗碳体)在铁素体基体晶界处大量析出，铁素体晶界处析出的大量碳化物在高温条件下必然消耗一定量的O，削弱了反应界面处铁基体与O的反应，呈现焊接氧化铁皮减薄现象；③由于界面处C对O的消耗，造成氧化铁皮内部呈现弱氧化气氛，有利于FeO的形成，促进氧化铁皮结构中FeO比例增高。
常规压缩机酸洗板一味追求降低C含量，以提高深冲性能。本发明经过大量研究发现，降低C含量在提高深冲性能的同时削弱了高温抗氧化性，使得氧化铁皮增厚及外层Fe3O4比例增大，若压缩机用酸洗板C含量过低(C<0.045wt％)，氧化铁皮生长更为迅速，氧化铁皮更厚，在氧化铁皮生长过程中基体Fe原子跨越氧化层的外扩散受限，同样不利于外层O向内部FeO的长程扩散，导致外层O含量相对富裕，更有利于Fe3O4的形成且比例不断增大，是造成常规压缩机酸洗板氧化铁皮厚且脆性Fe3O4比例较大的根本原因，同时也是常规压缩机酸洗板发生氧化铁皮起皮脱落现象的根本原因。
严格控制压缩机酸洗板C含量在0.045～0.075wt％之间，按照本发明步骤进行热轧，即在终轧温度为890～910℃的奥氏体再结晶区进行热轧，层流冷却采用后段冷却模式有利于晶粒长大，提高成形性能，采用卷取温度680～700℃的高温卷取有利于晶粒粗化和碳化物—三次渗碳体的晶界析出。
本发明的有益效果为：
本发明利用钢轧厂现有设备和工艺条件，既不增加设备投资与生产成本，又有效控制酸洗板显微组织中碳化物—三次渗碳体的析出、改善焊接热影响区氧化铁皮结构，同时可保证压缩机用酸洗板的深冲变形性能，最终解决焊接氧化铁皮起皮脱落问题；本发明为压缩机领域乃至白色家电行业的高质量安全发展，提供了强有力的技术支持。
附图说明
图1为本发明涉及的压缩机焊接壳体实物图；
图2为本发明涉及的焊接壳体内部热影响区氧化铁皮起皮脱落形貌；
图3为Ellingham氧势图；
图4为实施例1抗氧化压缩机酸洗板显微组织形貌；
图5为实施例2抗氧化压缩机酸洗板显微组织形貌；
图6为实施例3抗氧化压缩机酸洗板显微组织形貌；
图7为实施例4抗氧化压缩机酸洗板显微组织形貌；
图8为实施例5抗氧化压缩机酸洗板显微组织形貌；
图9为实施例6抗氧化压缩机酸洗板显微组织形貌；
图10为实施例1抗氧化压缩机酸洗板氧化铁皮形貌；
图11为实施例2抗氧化压缩机酸洗板氧化铁皮形貌；
图12为实施例3抗氧化压缩机酸洗板氧化铁皮形貌；
图13为实施例4抗氧化压缩机酸洗板氧化铁皮形貌；
图14为实施例5抗氧化压缩机酸洗板氧化铁皮形貌；
图15为实施例6抗氧化压缩机酸洗板氧化铁皮形貌；
图16为采用本发明工艺生产的酸洗板焊接热影响区形貌；
图中标记为：焊缝位置1、氧化铁皮脱落位置2。
具体实施方式
以下通过实施例1-6对本发明做进一步说明：
(1)炼钢化学成分
表1实施例主要化学成分(wt％)
Figure BDA0002117390070000051
(2)热轧工艺
表2实施例热轧工艺关键参数
Figure BDA0002117390070000052
其它热轧工艺参数如表3所示。
表3实施例其它热轧工艺参数
Figure BDA0002117390070000053
图4～图9可见，实施例1～实施例6获得的显微组织为多边形铁素体，晶界处析出明显黑色碳化物(即三次渗碳体)，局部晶界发现少量珠光体组织；
表4为实施例1～实施例6所生产的酸洗板的力学性能，表4可以看出，酸洗板屈服强度为200～260MPa，抗拉强度为310～360MPa，延伸率可达35～50％之间，完全满足压缩机壳体深冲要求。
表4实施例力学性能
Figure BDA0002117390070000061
图10-图15显示，经过压缩机自动气保氩弧焊产线焊接生产，实施例1～实施例6获得内层为FeO(占比约95％)、外层Fe3O4(占比约5％)的良好氧化铁皮结构；
图16显示，采用本发明工艺生产的酸洗板焊接效果良好，未发现热影响区氧化铁皮起皮脱落现象。

Claims (4)

1.解决压缩机用酸洗板焊接氧化铁皮起皮脱落的方法，其特征在于：通过炼钢工艺优化控制板坯化学成分，板坯化学成分按照质量百分比分别为：C 0.045~0.075%、Si ≤0.08%、Mn 0.15~0.30%、P ≤0.025%、S ≤0.010%、Als 0.015~0.050%、Nb ≤0.020%、V ≤0.020%、Ti ≤0.020%、余量为Fe；
通过热轧工艺控制酸洗板显微组织，具体热轧工艺包括板坯加热→粗轧→精轧→卷取→热卷成品；所述板坯加热工序，板坯加热后保温20~180min，经过高压水除鳞去除一次氧化铁皮；所述粗轧工序，R1+R2采用3+3或3+5道次模式，开轧温度为1150~1250℃，终轧温度为1050~1150℃；粗轧板坯精轧前去除二次氧化铁皮；所述精轧工序，精轧开轧温度1020~1060℃，终轧温度890~910℃，精轧累计压下量为85~95%，精轧轧制速度为5~11 m/s，精轧后以18~25℃/s的冷却速度冷却至680~700℃进行卷取，层流冷却模式采用后段冷却；
所述酸洗板显微组织为多边形铁素体，晶界处析出明显的黑色碳化物三次渗碳体，局部晶界有少量珠光体组织；屈服强度为200~ 260MPa，抗拉强度为310~360MPa，延伸率35~50％。
2.如权利要求1所述的解决压缩机用酸洗板焊接氧化铁皮起皮脱落的方法，其特征在于：热卷卷取后经过自然缓冷，冷却至50℃以下经平整改善板形后进行酸洗去除表面氧化铁皮、涂油和包装。
3.如权利要求1或2所述的解决压缩机用酸洗板焊接氧化铁皮起皮脱落的方法，其特征在于：所述板坯加热工序，板坯加热至1230~1260℃，除鳞温度为1150~1250℃，除鳞水压≥20MPa；所述粗轧工序累计压下量80%。
4.如权利要求2所述的解决压缩机用酸洗板焊接氧化铁皮起皮脱落的方法，其特征在于：所述粗轧板坯精轧前去除二次氧化铁皮的除鳞温度1000~1150℃，二次除鳞水压≥20MPa。
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Denomination of invention: Method for solving the peeling and detachment of oxide scale during the welding of acid washed plates for compressors

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Pledgee: Bank of China Limited by Share Ltd. Handan branch

Pledgor: HANDAN IRON & STEEL GROUP Co.,Ltd.

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