CN103045946A

CN103045946A - 一种高钛合金焊丝用钢及其制备方法

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Publication number: CN103045946A
Application number: CN2012105599049A
Authority: CN
Inventors: 李桂荣; 王宏明; 黄梓汐; 马卓南
Original assignee: Jiangsu University
Current assignee: Jiangsu University
Priority date: 2012-12-21
Filing date: 2012-12-21
Publication date: 2013-04-17
Anticipated expiration: 2032-12-21
Also published as: CN103045946B

Abstract

本发明属于钢铁材料领域，特别涉及到一种高钛合金焊丝用钢材料，其特征在于钢的化学成分按照重量百分比计算：0.06%≤C≤0.08%，0.60%≤Si≤0.80%，1.45%≤Mn≤1.55%，0.15%≤Ti≤0.18%，0.010%≤RE≤0.020%，0.010%≤S≤0.020%，P≤0.020%，Al≤0.10%，Cu≤0.10%，余量为Fe；本发明中的稀土RE是指Sc、Ce和Er中的一种或两种以上按任意质量比组成的混合物。本发明的高钛合金焊丝用钢与现有技术生产的高钛合金焊丝钢的主要区别在于含有RE组分，可以抑制合金焊丝在连铸过程中的氧化，克服因钛氧化进入保护渣导致保护渣变性而引发的连铸质量问题，并且，焊接时RE元素能控制和减少钛氧化，并具有细化熔滴，稳定电流，提高焊缝质量的作用。

Description

一种高钛合金焊丝用钢及其制备方法

技术领域

本发明属于钢铁材料领域，特别涉及到一种高钛合金焊丝用钢材料及其制备方法。

背景技术

高钛合金焊丝是目前气体保护焊的主要材料，这类钢一般要求Ti的控制范围为0.10%- 0.25% 内，目前这类钢种主要存在两个问题：一是高钛合金焊丝钢在连铸时钛容易氧化进入保护渣引起保护渣性能恶化，导致连铸坯质量问题；二是焊接时合金元素在CO₂气氛下也存在氧化，如果合金量不足，脱氧不充分，将导致焊缝中产生气孔，特别是熔滴不均匀导致焊接电流波动大，因此，高钛合金焊丝钢中钛合金元素要准确控制在适宜的范围内，这需要在钢的连铸过程和焊接过程中控制钛元素的氧化；连铸过程控制钛元素的氧化主要是通过连铸保护浇铸实现的，但存在连铸保护渣性能有待进一步优化的问题没有解决；控制焊接过程合金元素氧化的问题，主要是通过气体保护焊接，但目前多采用CO₂气氛保护，仍存在合金元素被CO₂氧化的问题；因此，目前需要从高钛合金焊丝材料本身出发，开发一种能控制连铸机焊接过程合金元素钛氧化的新材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种高钛合金焊丝用钢新材料，在现有高钛合金钢的基础上增加能控制钢在连铸和焊接过程中合金元素氧化的组分，减少和控制钛元素的氧化，从而解决高钛合金焊丝钢在连铸和焊接时因钛元素氧化而导致的各种问题。

本发明的目的是通过下列技术方案来实现的：

一种高钛合金焊丝用钢，其特征在于钢的化学成分按照重量百分比计算：0.06%≤C≤ 0.08%，0.60%≤Si≤0.80%，1.45%≤Mn≤1.55%，0.15%≤Ti≤0.18%，0.010%≤RE≤0.020%，0.010%≤S≤0.020%，P≤0.020%，Al≤0.10%，Cu≤0.10%，余量为Fe；本发明中的稀土RE是指Sc、Ce和Er中的一种或两种以上按任意质量比组成的混合物。

本发明的高钛合金焊丝用钢的冶炼制备方法采用转炉或电炉炼钢，钢中碳含量在

0.06%-0.08%范围，温度在1630-1680℃出钢，出钢过程中在钢包内加入锰铁、硅铁预脱氧和硅、锰合金化，调整硅、锰成分满足0.60%≤Si≤0.80%，1.45%≤Mn≤1.55%后，加入铝铁深脱氧，脱氧剂加入量为控制钢中铝含量≤0.10%；然后进入精炼工序，精炼炉中加入铝硅钙（ASC）复合脱氧剂进行白渣精炼，然后进行真空处理，真空脱气时间为10-20min，真空度为1毫巴，破真空后进入二次精炼工序，精炼温度为1580-1630℃，钢液先进行钙线处理，充分脱氧，然后加入钛铁调整钛含量，然后加入稀土铁合金调整稀土含量，当成分符合目标成分后，进行最后软吹氩处理，软吹氩的时间为15-30min，温度在1570-1590℃范围时吊包后到连铸工序进行连铸获得铸坯，铸坯经轧制制成焊丝或焊条。

本发明与现有的高钛合金焊丝用钢相比，主要区别是增加了稀土RE组分，所采用的RE主要是Sc、Ce和Er中的一种或两种或三种的任意组合物，稀土元素RE的含量范围在0.010%-0.020%范围内；在冶炼工艺方面，与现有技术高钛合金焊丝用钢冶炼的主要区别在于需要增加一个稀土元素的合金化过程，稀土元素合金化需要在钢液彻底脱氧后进行，可以与Ti合金化同时进行，合金化完成后正常吹氩到浇铸温度后进行浇铸。

本发明中加入RE（Sc、Ce、Er）能控制高钛合金焊丝钢在连铸和焊接时Ti氧化的理论根据是，钢中含有0.01%以上的稀土元素（Ce、Sc、Er）能在含钛0.18%以下的钛元素氧化前而优先氧化，即当含钛量低于0.18%时，稀土元素含量达到0.01%时，稀土元素控制了Ti元素的氧化，因此钢中稀土元素的加入量为0.010%-0.020%，当钢中钛元素含量取上限时，稀土元素的含量也应当取上限，同理，当钢种钛元素的含量取下限时，钢中稀土元素的含量也可以取下限。

与现有技术相比较，采用本发明的优点如下：本发明的高钛合金焊丝用钢与现有技术生产的高钛合金焊丝钢的主要区别在于含有RE组分，可以抑制合金焊丝在连铸过程中的氧化，克服因钛氧化进入保护渣导致保护渣变性而引发的连铸质量问题，并且，焊接时RE元素能控制和减少钛氧化，并具有细化熔滴，稳定电流，提高焊缝质量的作用，解决了目前高钛合金焊丝钢在连铸和焊接时存在的问题。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步的阐述；实施例仅用于说明本发明，而不是以任何方式来限制本发明。

实施实例1

高钛合金焊丝用钢的化学成分为（重量百分比）：C 0.07%，Si 0.70%，Mn 1.50%，Ti 0.16%，RE 0.016%，S 0.010%， Al 0.08%，P 0.020%，Cu 0.10%，本实施例中的稀土RE是指Sc、Ce和Er按质量比1：1：2混合而成的混合物。

本实施例的高钛合金焊丝用钢的冶炼工序如下：采用电弧炉冶炼，装入铁水和废钢，废钢装入量为50%，采用吹氧和加入矿石氧化造渣脱磷、脱碳，碳成分合格后于1650℃出钢，出钢过程中加入锰铁、硅铁预脱氧和硅、锰合金化，调整硅、锰成分满足Si 0.70%，Mn 1.50%后，加入铝铁深脱氧，铝铁的加入量为控制铝含量为0.08%；然后进入精炼工序，精炼炉中加入铝硅钙（ASC）复合脱氧剂进行白渣精炼，然后进行真空处理，真空脱气时间为15min，真空度为1毫巴，破真空后进入二次精炼工序，精炼温度为1605℃，钢液先进行钙线处理，充分脱氧，加入钛铁调整钛含量，然后加入稀土铁合金调整稀土含量，当所有成分符合目标成分后，进行最后软吹氩处理，软吹氩的时间为20min，温度在1585℃后吊包后到连铸工序，在一机六流的150方坯铸机上进行连铸，连铸拉坯速度为2.8min/min，铸坯经轧制制成焊丝，焊条。

本发明的高钛合金焊丝用钢的冶炼实践及焊接使用实践证明：高钛合金钢在大包内取样分析和在钢坯内取样分析，Ti含量基本不变（前者为0.158-0.162%，后者为0.158-0.161%），连铸过程中保护渣使用量正常，没有结壳、结鱼等变性现象，连铸坯表面无积渣、渣坑等质量问题，证明在连铸过程中Ti的氧化被控制，合金焊丝在使用时熔滴细小，电流波动小，焊层无气孔，证明合金焊丝焊接时无钛氧化现象。

实施实例2

高钛合金焊丝用钢的化学成分为（重量百分比）：C 0.07%，Si 0.70%，Mn 1.50%，Ti 0.18%，RE 0.020%，S 0.010%， Al 0.10%，P 0.010%，Cu 0.10%，本实施例中的稀土RE是指Sc、Ce按质量比1：1混合而成的混合物。

冶炼工序如下：采用电弧炉冶炼，装入铁水和废钢，废钢装入量为50%，采用吹氧和加入矿石氧化造渣脱磷、脱碳，碳成分合格后于1650℃出钢，出钢过程中加入锰铁、硅铁预脱氧和硅、锰合金化，调整硅、锰成分满足Si 0.70%，Mn 1.50%后，加入铝铁深脱氧，铝铁的加入量为控制铝含量为0.10%；然后进入精炼工序，精炼炉中加入铝硅钙（ASC）复合脱氧剂进行白渣精炼，然后进行真空处理，真空脱气时间为15min，真空度为1毫巴，破真空后进入二次精炼工序，精炼温度为1605℃，钢液先进行钙线处理，充分脱氧，加入钛铁调整钛含量，然后加入稀土铁合金调整稀土含量，当所有元素含量符合目标成分后，进行最后软吹氩处理，软吹氩的时间为20min，温度在1585℃后吊包后到连铸工序，在一机六流的120方坯铸机上进行连铸，连铸拉坯速度为3.5min/min，铸坯经轧制制成焊丝，焊条。

本发明的高钛合金焊丝用钢的冶炼实践及焊接使用实践证明：高钛合金钢在大包内取样分析和在钢坯内取样分析，Ti含量基本不变（前者为0.177-0.182%，后者为0.176-0.181%），连铸过程中保护渣使用量正常，没有结壳、结鱼等变性现象，连铸坯表面无积渣、渣坑等质量问题，证明在连铸过程中Ti的氧化被控制，合金焊丝在使用时熔滴细小，电流波动小，焊层无气孔，证明合金焊丝焊接时无钛氧化现象。

实施实例3

高钛合金焊丝用钢的化学成分为（重量百分比）：C 0.06%，Si 0.70%，Mn 1.50%，Ti 0.15%，RE 0.020%，S 0.010%， Al 0.10%，P 0.008%，Cu 0.07%，本实施例中的稀土RE是指Sc、Er按质量比1：6混合而成的混合物。

冶炼工序如下：采用电弧炉冶炼，装入铁水和废钢，废钢装入量为50%，采用吹氧和加入矿石氧化造渣脱磷、脱碳，碳成分合格后于1650℃出钢，出钢过程中加入锰铁、硅铁预脱氧和硅、锰合金化，调整硅、锰成分满足Si 0.70%，Mn 1.50%后，加入铝铁深脱氧，铝铁的加入量为控制铝含量为0.10%；然后进入精炼工序，精炼炉中加入铝硅钙（ASC）复合脱氧剂进行白渣精炼，然后进行真空处理，真空脱气时间为15min，真空度为1毫巴，破真空后进入二次精炼工序，精炼温度为1605℃，钢液先进行钙线处理，充分脱氧，加入钛铁调整钛含量，然后加入稀土铁合金调整稀土含量，当所有元素成分符合目标成分后，进行最后软吹氩处理，软吹氩的时间为20min，温度在1585℃后吊包后到连铸工序，在一机六流的120方坯铸机上进行连铸，连铸拉坯速度为3.5min/min，铸坯经轧制制成焊丝，焊条。

本发明的高钛合金焊丝用钢的冶炼实践及焊接使用实践证明：高钛合金钢在大包内取样分析和在钢坯内取样分析，Ti含量基本不变（前者为0.147-0.152%，后者为0.146-0.151%），连铸过程中保护渣使用量正常，没有结壳、结鱼等变性现象，连铸坯表面无积渣、渣坑等质量问题，证明在连铸过程中Ti的氧化被控制，合金焊丝在使用时熔滴细小，电流波动小，焊层无气孔，证明合金焊丝焊接时无钛氧化现象。

Claims

1.一种高钛合金焊丝用钢，其特征在于：所述钢的化学成分按照重量百分比计算：0.06%≤C≤ 0.08%，0.60%≤Si≤0.80%，1.45%≤Mn≤1.55%，0.15%≤Ti≤0.18%，0.010%≤RE≤0.020%，0.010%≤S≤0.020%，P≤0.020%，Al≤0.10%，Cu≤0.10%，余量为Fe。

2.如权利要求1所述的一种高钛合金焊丝用钢，其特征在于：所述稀土RE是指Sc、Ce和Er中的一种或两种以上按任意质量比组成的混合物。

3.如权利要求1所述的一种高钛合金焊丝用钢的冶炼制备方法，其特征在于：采用转炉或电炉炼钢，钢中碳含量在0.06%-0.08%范围，温度在1630-1680℃出钢，出钢过程中在钢包内加入锰铁、硅铁预脱氧和硅、锰合金化，调整硅、锰成分满足0.60%≤Si≤0.80%，1.45%≤Mn≤1.55%后，加入铝铁深脱氧，脱氧剂加入量为控制钢中铝含量≤0.10%；然后进入精炼工序，精炼炉中加入铝硅钙（ASC）复合脱氧剂进行白渣精炼，然后进行真空处理，真空脱气时间为10-20min，真空度为1毫巴，破真空后进入二次精炼工序，精炼温度为1580-1630℃，钢液先进行钙线处理，充分脱氧，然后加入钛铁调整钛含量，然后加入稀土铁合金调整稀土含量，当成分符合目标成分后，进行最后软吹氩处理，软吹氩的时间为15-30min，温度在1570-1590℃范围时吊包后到连铸工序进行连铸获得铸坯，铸坯经轧制制成焊丝或焊条。