高洁净度低碳低硅焊丝钢及其制备方法
技术领域
本发明涉及冶金行业电炉生产高纯净度焊丝钢的冶炼生产工艺,具体地指一种高洁净度低碳低硅焊丝钢及其制备方法。
背景技术
钢的焊接性主要取决于它的化学成分。钢中的合金元素常常对钢的焊接性不利,这些元素在焊接热循环的作用下会促进焊缝及热影响区出现各种不利的组织,使焊接接头性能降低,还可导致产生各种缺陷,如热裂纹、冷裂纹、再热裂纹、层状撕裂等。因此,一些不添加合金或少量合金的高端焊丝钢就相继被开发出来,如高洁净度低碳低硅焊丝系列。低碳的生产方法很多,而且工艺已经很成熟;但超低硅的冶炼方法仍然不成熟,导致生产超低硅的钢时,成分命中率较低,造成损失。
Si在焊接过程中主要是用于脱氧,硅与钢中的FeO结合成密度较小的硅酸盐渣,形成焊渣而被除去,使焊缝强度增加,但韧性和塑性有所降低。因此Si对钢有强化作用,同时Si降低焊接性能。硅在拉拔钢材中起固溶强化作用,提高钢中固溶体的强度而恶化钢的塑性和韧性,对冷加工变形硬化率的作用极强,使钢的冷加工困难,故对冷拔性能有很不利的影响,硅含量增加,钢的抗拉强度增加,塑性下降较为显著。
在焊条或焊丝中的C大部分可过渡到熔敷金属中,熔敷金属中含碳量较多时将使塑性、韧性和抗裂性变坏。
所以针对这些问题,高洁净度低碳低硅系列的焊丝钢就被开发出来。由于高洁净度低碳低硅钢系列焊丝钢在生产过程中,对碳和硅含量的控制非常严格,若未得到有效控制就容易导致成分出格改判,造成成分命中率较低;控轧控冷工艺不当,就容易影响焊接质量。
发明内容
本发明所要解决的技术问题就是提供一种高洁净度低碳低硅焊丝钢及其制备方法,通过EAF-EBT-LF-CC-CR-CF工艺,在保证钢水高洁净度的同时,严格控制钢中碳和硅的增长量,保证终点成分;通过控制连铸工艺提高连铸质量;通过控制轧制工艺来降低钢的强硬度,从而减轻钢丝冷加工的加工硬化问题。
为解决上述技术问题,本发明提供的一种高洁净度低碳低硅焊丝钢,其特征在于:该焊丝钢的化学成分按重量百分比为:C:0.002~0.10%,Si:0.005~0.04%,Mn:0.35~0.60%,P:0.001~0.006%,S:0.001~0.003%,As:0.001~0.007%,Al:0.001~0.015%,Sn:0.005~0.015%,N:0.005~0.01%,Ti:0.05~0.20%,O:0.0005~0.002%,余量为铁。
进一步地,所述焊丝钢的化学成分按重量百分比为:C:0.01~0.05%,Si:0.01~0.03%,Mn:0.35~0.50%,P:0.002~0.004%,S:0.001~0.003%,As:0.003~0.006%,Al:0.005~0.015%,Sn:0.001~0.015%,N:0.005~0.01%,Ti:0.05~0.15%,O:0.001~0.002%,余量为铁。
再进一步地,所述焊丝钢的化学成分按重量百分比为:C:0.025%,Si:0.02%,Mn:0.35%,P:0.003%,S:0.002%,As:0.004%,Al:0.01%,Sn:0.01%,N:0.008%,Ti:0.1%,O:0.002%,余量为铁。
本发明还提供了一种高洁净度低碳低硅焊丝钢的制备方法,包括以下步骤:
1)初炼电炉出钢终点成分控制要求:C≤0.05%,P≤0.003%,N≤0.0060%;出钢时加入0.6~1.2kg/吨的铝锭、6~15kg/吨的活性石灰,出钢过程严禁下渣;
2)钢水进入LF精炼炉后进行测温,送电3~5min后,加入1~1.8m/吨的铝线;
3)进入LF精炼炉后加入第一批渣料:在温度1500~1550℃条件下加热7~14min;
4)向LF精炼炉内加入第二批渣料:精炼炉渣层厚度保持在100~110mm;
5)待渣变白后,LF炉进行合金微调,先加入6~8.5kg/吨的Mn和2~3.5kg/吨的Ti,再加入2~4kg/吨的活性石灰,0.6~1.5kg/吨的萤石粉;
6)成分调整好后软吹氩气,在氩气强度为400~600NL/min条件下,工作时间3~5min后,加入2~6mm/吨的Ca线,再在氩气强度为400~600NL/min的条件下工作3~5min,使钢水成分、温度均匀,防止吊包过程中钢液裸露造成吸氮,最后加入粉状1~2kg/吨的覆盖剂;
7)连铸采用电磁搅拌,电磁搅拌电流为300~400A,频率为6~7Hz;拉坯速度为1.6~1.8m/min,连铸时使用纤维密封圈防止钢液吸气导致钢水洁净度降低;
8)采用分阶段加热技术对连铸方坯进行加热,第一阶段:0~500℃,加热速度为10℃/min;第二阶段:500~1060℃,加热速度为:15~20℃/min,第三阶段:1060~1120℃保温,保温时间:45min。轧制的开轧温度控制在920~1020℃,精轧温度控制在870~910℃;吐丝温度控制在870~900℃,轧后采用堆冷的方式,最后得到高洁净度低碳低硅焊丝钢。
作为优选方案,所述出钢时终点成分控制要求:C≤0.05%,P≤0.003%,N≤0.0060%。
作为优选方案,所述步骤3)中,第一批渣料为:2.4~4.5kg/吨的活性石灰,0.6~1.5kg/吨的萤石,0.5~0.9kg/吨的电石。
作为优选方案,所述步骤4)中,第二批渣料为:3~5kg/吨的活性石灰,0.4~0.8kg/吨的萤石,0.4~0.8kg/吨的电石。
作为优选方案,所述步骤6)中,覆盖剂化学成分按重量百分比为:SiO2≤0.2%,MgO:30~50%,Fe2O3≤5%,C≤4%,CaO:25~40%,Al2O3:20~30%,H2O≤0.5%,余量为不可避免的杂质。
本发明的有益效果在于:
1、本发明生产成本低,节约能源;
2、本发明提供的工艺线路简单,可操作性强,易于控制;
3、钢的洁净度高,非金属夹杂物检验结果为:A类≤0.5级,B类≤1.0级,C类≤0级,D类0级;P:≤0.005%,S:≤0.003%。
4、本发明用(Ti+Al)同时脱氧,将Si含量控制在0.004%以下。
具体实施方式
为了更好地解释本发明,以下结合具体实施例进一步阐明本发明的主要内容,但本发明的内容不仅仅局限于以下实施例。
实施例1:
高洁净度低碳低硅焊丝钢,该化学成分按重量百分比:C:0.002%,Si:0.04%,Mn:0.35%,P:0.006%,S:0.001%,As:0.007%,Al:0.015%,Sn:0.005%,N:0.01%,Ti:0.05%,O:0.002%,余量为铁。
1)初炼炉装炉量70t,初炼炉出钢终点成分:C:0.05%,P:0.003%,N:0.0058%;出钢时加入铝锭60kg、活性石灰500kg,出钢过程严禁下渣。
2)钢水进入精炼炉后进行测温,送电5min后,喂铝线100m。
3)进入LF精炼炉后依次加去第一批渣料:活性石灰300kg,再加萤石粉70kg,最后加电石50kg;在温度为1500℃条件下加热约10min。
4)再加入第二批渣料:活性石灰300kg,再加萤石粉60kg,电石60kg;精炼炉渣层厚度保持在110mm。
5)待渣变白后,LF炉进行合金微调,加入500kgMn和200kgTi,再加入活性石灰200kg,萤石粉80kg。
6)成分调整好后软吹氩气,在氩气强度为400NL/min条件下,工作时间为3min后,加入150mm的Ca线,再在氩气强度为400NL/min条件下工作3min使钢水成分、温度均匀,防止吊包过程中钢液裸露造成吸氮,最后加入粉状100kg/吨覆盖剂,其中,覆盖剂化学成分按重量百分比为:SiO2≤0.2%,MgO:30~50%,Fe2O3≤5%,C≤4%,CaO:25~40%,Al2O3:20~30%,H2O≤0.5%,余量为不可避免的杂质;
7)连铸过程,为了保证钢水的均匀性,减少C、S偏析程度,连铸采用电磁搅拌和弱冷制度,电磁搅拌电流为400A,频率为6HZ;拉坯速度为1.6m/min。连铸时使用纤维密封圈防止钢液吸气导致钢水洁净度降低。
8)为了进一步降低焊丝钢盘条表面强硬度,且保证用户冷加工工艺的顺利执行,采用分阶段加热技术对连铸方坯进行加热,第一阶段:0~500℃,加热速度为10℃/min;第二阶段:500~1060℃,加热速度为:15℃/min,第三阶段:1060℃保温,保温时间:45min。轧制的开轧温度控制在920℃,精轧温度控制在870℃;吐丝温度控制在870℃。轧后采用堆冷的冷却方式,最后得到焊丝钢。
实施例2
一种高洁净度低碳低硅焊丝钢,该化学成分按重量百分比:C:0.10%,Si:0.005%,Mn:0.60%,P:0.001%,S:0.003%,As:0.001%,Al:0.001%,Sn:0.015%,N:0.005%,Ti:0.20%,O:0.0005%,余量为铁。
1)初炼炉装炉量72t,初炼炉出钢终点成分控制要求:C:0.04%,P:0.003%,N:0.0055%;出钢时加入铝锭60kg、活性石灰500kg,出钢过程严禁下渣。
2)钢水进入精炼炉后进行测温,送电5min后,喂铝线100m。
3)进入LF精炼炉后依次加去第一批渣料:活性石灰300kg,再加萤石粉72kg,最后加电石58kg;在温度为1550℃条件下加热约10min.
4)再加入第二批渣料:活性石灰300kg,再加萤石粉53kg,电石60kg;精炼炉渣层厚度保持在110mm左右。
5)待渣变白后,LF炉进行合金微调,加入500kgMn和200kgTi,再加入活性石灰200kg,萤石粉70kg。
6)成分调整好后软吹氩气,在氩气强度为480NL/min条件下,工作时间为4min后,加入160mm的Ca线,再在氩气强度为480NL/min条件下工作3min使钢水成分、温度均匀,防止吊包过程中钢液裸露造成吸氮,最后加入粉状130kg/吨覆盖剂其中,覆盖剂化学成分按重量百分比为:SiO2≤0.2%,MgO:30~50%,Fe2O3≤5%,C≤4%,CaO:25~40%,Al2O3:20~30%,H2O≤0.5%,余量为不可避免的杂质;
7)连铸过程,为了保证钢水的均匀性,减少C、S偏析程度,连铸采用电磁搅拌和弱冷制度,电磁搅拌电流为380A,频率为6HZ;拉坯速度为1.6m/min。连铸时使用纤维密封圈防止钢液吸气导致钢水洁净度降低。
8)为了进一步降低焊丝钢盘条表面强硬度,且保证用户冷加工工艺的顺利执行,采用分阶段加热技术对连铸方坯进行加热,第一阶段:0~500℃,加热速度为10℃/min;第二阶段:500~1060℃,加热速度为:15~20℃/min,第三阶段:1080℃保温,保温时间:45min。轧制的开轧温度控制在940℃,精轧温度控制在880℃;吐丝温度控制在875℃。轧后采用堆冷的冷却方式,最后得到焊丝钢。
实施例3
高洁净度低碳低硅焊丝钢的化学成分按重量百分比:C:0.05%,Si:0.01%,Mn:0.35%,P:0.002%,S:0.001~0.003%,As:0.003%,Al:0.005%,Sn:0.001%,N:0.01%,Ti:0.05%,O:0.001%,余量为铁。
1)初炼炉装炉量76t,初炼炉出钢终点成分控制要求:C:0.03%,P:0.003%,N:0.0051%;出钢时加入铝锭65kg、活性石灰500kg,出钢过程严禁下渣。
2)钢水进入精炼炉后进行测温,送电4min后,喂铝线100m。
3)进入LF精炼炉后依次加去第一批渣料:活性石灰300kg,再加萤石粉74g,最后加电石56g;在温度为1520℃条件下加热约10min。
4)后再加入第二批渣料:活性石灰300kg,再加萤石粉56kg,电石56g;精炼炉渣层厚度保持在110mm左右。
5)待渣变白后,LF炉进行合金微调,加入500kgMn和200kgTi,再加入活性石灰200kg,萤石粉80kg。
6)成分调整好后软吹氩气,在氩气强度为600NL/min条件下,工作时间为5min后,加入170mm的Ca线,再在氩气强度为600NL/min条件下工作3min使钢水成分、温度均匀,防止吊包过程中钢液裸露造成吸氮,最后加入粉状100kg/吨覆盖剂其中,覆盖剂化学成分按重量百分比为:SiO2≤0.2%,MgO:30~50%,Fe2O3≤5%,C≤4%,CaO:25~40%,Al2O3:20~30%,H2O≤0.5%,余量为不可避免的杂质;
7)连铸过程,为了保证钢水的均匀性,减少C、S偏析程度,连铸采用电磁搅拌和弱冷制度,电磁搅拌电流为360频率为6HZ;拉坯速度为1.7m/min。连铸时使用纤维密封圈防止钢液吸气导致钢水洁净度降低。
8)为了进一步降低焊丝钢盘条表面强硬度,且保证用户冷加工工艺的顺利执行,采用分阶段加热技术对连铸方坯进行加热,第一阶段:0~500℃,加热速度为10℃/min;第二阶段:500~1060℃,加热速度为:15~20℃/min,第三阶段:1090℃保温,保温时间:45min。轧制的开轧温度控制在960℃,精轧温度控制在890℃;吐丝温度控制在880℃。轧后采用堆冷的冷却方式,最后得到焊丝钢。
实施例4
高洁净度低碳低硅焊丝钢的化学成分按重量百分比:C:0.02%,Si:0.03%,Mn:0.50%,P:0.004%,S:0.002%,As:0.006%,Al:0.01%,Sn:0.008%,N:0.008%,Ti:0.15%,O:0.002%,余量为铁。
1)初炼炉装炉量78t,初炼炉出钢终点成分控制要求:C:0.03%,P:0.004%,N:0.0049%;出钢时加入铝锭67kg、活性石灰500kg,出钢过程严禁下渣。
2)钢水进入精炼炉后进行测温,送电5min后,喂铝线100m。
3)进入LF精炼炉后依次加去第一批渣料:活性石灰300kg,再加萤石粉78kg,最后加电石58kg;在温度为1530℃条件下加热约10min。
4)加入第二批渣料:活性石灰300kg,再加萤石粉52kg,电石52Kg;精炼炉渣层厚度保持在110mm。
5)待渣变白后,LF炉进行合金微调,加入500kgMn和200kgTi,再加入活性石灰200kg,萤石粉80kg。
6)成分调整好后软吹氩气,在氩气强度为600NL/min条件下,工作时间为5min后,加入170mm的Ca线,再在氩气强度为600NL/min条件下工作3min使钢水成分、温度均匀,防止吊包过程中钢液裸露造成吸氮,最后加入粉状100kg/吨覆盖剂其中,覆盖剂化学成分按重量百分比为:SiO2≤0.2%,MgO:30~50%,Fe2O3≤5%,C≤4%,CaO:25~40%,Al2O3:20~30%,H2O≤0.5%,余量为不可避免的杂质;
7)连铸过程,为了保证钢水的均匀性,减少C、S偏析程度,连铸采用电磁搅拌和弱冷制度,电磁搅拌电流为300A,频率为7HZ;拉坯速度为1.8m/min。连铸时使用纤维密封圈防止钢液吸气导致钢水洁净度降低。
8)为了进一步降低焊丝钢盘条表面强硬度,且保证用户冷加工工艺的顺利执行,采用分阶段加热技术对连铸方坯进行加热,第一阶段:0~500℃,加热速度为10℃/min;第二阶段:500~1060℃,加热速度为:15~20℃/min,第三阶段:1100℃保温,保温时间:45min。轧制的开轧温度控制在980℃,精轧温度控制在900℃;吐丝温度控制在890℃。轧后采用堆冷的冷却方式,最后得到焊丝钢。
实施例5
高洁净度低碳低硅焊丝钢的化学成分按重量百分比:C:0.025%,Si:0.02%,Mn:0.35%,P:0.003%,S:0.002%,As:0.004%,Al:0.01%,Sn:0.01%,N:0.008%,Ti:0.1%,O:0.002%,余量为铁。
1)初炼炉装炉量80t,初炼炉出钢终点成分控制要求:C:0.02%,P:0.003%,N:0.0046%;出钢时加入铝锭70kg、活性石灰500kg,出钢过程严禁下渣。
2)钢水进入精炼炉后进行测温,送电5min后,喂铝线100m。
3)进入LF精炼炉后依次加去第一批渣料:活性石灰300kg,再加萤石粉80kg,最后加电石50kg;在温度为1540℃条件下加热约10min。
4)加入第二批渣料:活性石灰300kg,再加萤石粉50kg,电石50kg;精炼炉渣层厚度保持在110mm。
5)待渣变白后,LF炉进行合金微调,加入500kgMn和200kgTi,再加入活性石灰200kg,萤石粉80kg。
6)成分调整好后软吹氩气,在氩气强度为550NL/min条件下,工作时间为5min后,加入170mm的Ca线,再在氩气强度为550NL/min条件下工作3min使钢水成分、温度均匀,防止吊包过程中钢液裸露造成吸氮,最后加入粉状150kg/吨覆盖剂其中,覆盖剂化学成分按重量百分比为:SiO2≤0.2%,MgO:30~50%,Fe2O3≤5%,C≤4%,CaO:25~40%,Al2O3:20~30%,H2O≤0.5%,余量为不可避免的杂质;
7)连铸过程,为了保证钢水的均匀性,减少C、S偏析程度,连铸采用电磁搅拌和弱冷制度,电磁搅拌电流为400A,频率为7HZ;拉坯速度为1.8m/min。连铸时使用纤维密封圈防止钢液吸气导致钢水洁净度降低。
8)为了进一步降低焊丝钢盘条表面强硬度,且保证用户冷加工工艺的顺利执行,采用分阶段加热技术对连铸方坯进行加热,第一阶段:0~500℃,加热速度为10℃/min;第二阶段:500~1060℃,加热速度为:15~20℃/min,第三阶段:1120℃保温,保温时间:45min。轧制的开轧温度控制在1020℃,精轧温度控制在910℃;吐丝温度控制在900℃。轧后采用堆冷的冷却方式,最后得到焊丝钢。实施例6
焊丝钢的化学成分按重量百分比:C:0.06%,Si:0.024%,Mn:0.50%,P:0.004%,S:0.018%,Al:0.011%,N:0.081%,Ti:0.12%,O:0.0016%。
制备方法同上。
实施例7
高洁净度低碳低硅焊丝钢的化学成分按重量百分比:C:0.06%,Si:0.017%,Mn:0.48%,P:0.004%,S:0.0015%,Al:0.013%,N:0.0079%,Ti:0.09%,O:0.0014%。
制备方法同上。
实施例8
高洁净度低碳低硅焊丝钢的化学成分按重量百分比:C:0.08%,Si:0.007%,Mn:0.42%,P:0.003%,S:0.0018%,Al:0.010%,N:0.078%,Ti:0.14%,O:0.0014%。
制备方法同上。
实施例9
高洁净度低碳低硅焊丝钢的化学成分按重量百分比:C:0.76%,Si:0.009%,Mn:0.44%,P:0.004%,S:0.0019%,Al:0.013%,N:0.0089%,Ti:0.16%,O:0.0015%。
制备方法同上。
实施例10
高洁净度低碳低硅焊丝钢的化学成分按重量百分比:C:0.090%,Si:0.007%,Mn:0.46%,P:0.0033%,S:0.0022%,Al:0.009%,N:0.0091%,Ti:0.14%,O:0.0011%。
制备方法同上。
对实施例5批量试制成品焊丝钢的试制结果如下:
化学成分主要元素检测结果如表1,非金属夹杂物检验结果为:A类≤0.5级,B类≤1.0级,C类≤0级,D类0级。钢中O≤15ppm,N≤80ppm。
表1 批量试制成品化学成分范围情况(wt%)
N=41 |
C |
Mn |
Si |
P |
S |
Max |
0.090 |
0.50 |
0.024 |
0.004 |
0.0024 |
Min |
0.06 |
0.42 |
0.007 |
0.002 |
0.0015 |
Avg |
0.082 |
0.46 |
0.011 |
0.0024 |
0.0019 |
标准偏差 |
0.003285 |
0.02332 |
0.005318 |
0.0006166 |
0.0003683 |