CN108393614B - 一种高品质焊丝钢盘条及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种高品质焊丝钢盘条及其生产方法,C：0.05～0.07％，Si：0.85～0.95％，Mn：1.45～1.65％，P≤0.015％，S≤0.010％，Al≤0.010％，Ca：0.0001～0.0004％，N≤0.0040％，O≤0.0030％。其余为铁及不可避免的杂质。生产出的盘条中钙含量不大于0.0004％，在焊接过程中，金属飞溅率不超过1.0％，而对于采用普通工艺生产的焊丝钢盘条加工成焊丝后，金属飞溅率在3.2％左右，显著降低了焊接过程的飞溅率。有利于降低焊接成本，保证送丝顺畅，电弧燃烧稳定，很好地实现了气体保护焊接作用。

Description

一种高品质焊丝钢盘条及其生产方法

技术领域

本发明属于焊丝钢领域，特别涉及到一种高品质焊丝钢盘条及其生产方法。

背景技术

强度在500MPa级的低合金CO₂气体保护焊丝用盘条，经拉拔、镀铜等一系列工艺处理后，可以加工成实心焊丝，广泛应用于船舶、管线、工程机械、集装箱、石油化工、高层建筑、桥梁、超起重运输设备、电站、锅炉及压力容器等各个领域。采用CO₂气体保护焊丝进行焊接可以满足焊接生产向优质高效，低成本方向发展，但在焊接时会产生较多的金属飞溅，有一部分焊丝熔化金属飞向熔池之外，不仅降低焊丝的熔解系数，增加焊接成本，而且飞溅金属会粘在导电嘴端面和喷嘴内壁，引起送丝不畅，使电弧燃烧不稳定，降低气体保护作用，必要时需停止焊接，进行喷嘴清理，因此，减少飞溅是CO₂气体保护焊推广应用的关键。

中国专利公布号CN 1044198818 A公开一种ER70S-6热轧盘条及其制备方法，通过对工艺步骤采用非钙合金材料对钢水进行脱氧处理，避免了钢中钙含量的增加，进而避免了焊接过程中的飞溅。该专利想到要控制钢中的钙含量，但没有采取相应的有效措施，该专利也没有对钙含量进行限制。主要存在以下几方面：1、该ER70S-6热轧盘条的制备方法，制备工艺步骤中的钢水采用无碳覆盖剂进行覆盖，所述的无碳碱性覆盖剂为氧化钙、二氧化硅、三氧化二铝的混合物，其中三氧化二铝的含量为10-15％，氧化钙与二氧化硅的含量比为2-2.5。渣中氧化钙与二氧化硅可形成CaO·2SiO₂，当碱度(CaO/SiO₂)超过2时，会形成游离氧化钙，游离氧化钙在钢液中形成钙离子留在钢液中；2、该专利在转炉出钢过程中加入合成渣，所述的合成渣为石灰与萤石按照重量比为(7-8)：(2-3)进行混合的混合物。并且在精炼炉内继续使用合成渣，合成渣中含有萤石，使用萤石作为化渣剂，可以使较稠的炉渣变稀，以增加炉渣的流动性，使之易于脱硫、脱磷，但氟化钙在高温下分解，必然产生大量的钙离子，也会进一步污染钢液；3、经过LF精炼得到的合格钢水，直接上机进行保护浇铸，没有对钢中的夹杂物进行有效地去除，钢中的夹杂物大多数是含有钙元素的复合夹杂物，不减少夹杂物的数量，就不能有效降低钢中的钙含量。要将钢中的钙含量控制到0.0004％以下的水平，难度极大，按上述专利的工艺生产ER70S-6热轧盘条的钙含量将会达到0.0020％，因此难以有效降低焊接过程中的飞溅。

发明内容

针对上述缺陷，本发明所要解决的技术问题提供一种高品质的焊丝钢盘条及其生产方法，使生产出的盘条中钙含量明显降低，盘条中的夹杂物明显减少，从而可以显著降低焊接时的飞溅现象，有利于焊接过程中的环保。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的：

一种高品质焊丝钢盘条，其特征在于：化学成分按质量百分比为：C：0.05～0.07％，Si：0.85～0.95％，Mn：1.45～1.65％，P≤0.015％，S≤0.010％，Al≤0.010％，Ca≤0.0004％，N≤0.0040％，O≤0.0030％。其余为铁及不可避免的杂质。

该发明钢成分的范围设定理由如下：

焊丝钢中含有适量的碳，主要是保证焊缝金属具有一定的淬透性，同时在焊接过程中起到控制熔池氧势的作用，另外，一定的碳含量还有助于改善熔滴过渡特性和电弧稳定性。但过高的碳含量会使焊缝金属淬硬性增加，塑性下降，裂纹敏感性增加，需要钢中的碳含量控制在0.05～0.07％。

硅元素在气保焊丝钢中是主要的脱氧及强化元素，当焊丝钢中硅含量低时，脱氧不完全，焊缝中氧含量过高，会使焊缝金属硬化，飞溅增加，影响焊接工艺性能，因此，硅含量控制在0.85～0.95％。

锰在焊丝钢中可以与硅起到复合脱氧的作用，当锰含量低时，在熔滴和熔池反应阶段脱氧不充分，造成氧含量偏高，同时焊缝的强度偏低。焊丝中锰含量过高时，锰会形成偏析，使焊缝的塑性和冲击韧性下降，因此，锰含量控制在1.45～1.65％。

磷硫元素对焊缝金属低温韧性有不利影响，在不造成其它影响的情况下，应尽量降低，要求盘条中P≤0.015％，S≤0.010％。

钢中的铝属于强脱氧剂，极易氧化，在焊接过程中，铝与氧反应生成Al₂O₃夹杂，对焊缝的性能影响非常大，因此，要求盘条中的铝含量≤0.010％。

盘条在加工成焊丝后，进行焊接作业时，钢中的钙会造成飞溅现象，含量越高，飞溅越严重，因此，控制钢中的钙含量0.0001～0.0004％。

盘条中氮、氧含量过高时会影响其拉拔效果，降低盘条的抗拉强度，因此，盘条中的N≤0.0040％，O≤0.0030％。

一种高品质焊丝钢盘条的生产方法，包括铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、连铸、连轧和线材轧制；

(1)铁水预处理：控制铁水中的硫含量，需要对铁水进行脱硫扒渣处理，保证铁水中的硫质量百分含量≤0.0020％。

(2)转炉冶炼：在转炉冶炼过程中采用铁水加废钢的方式，冶炼到终点，温度控制在1670—1690℃，同时磷、硫含量满足成分设计要求后，进行出钢，出钢后期采用加挡渣镖的方式进行挡渣出钢，出钢过程中加入硅铁、金属锰等进行合金化，要求各合金中的钙含量≤0.020％，出钢盖罐石灰加入量不超过2公斤/吨钢，石灰的成分为CaO≥91％，SiO₂≤1.2％，活性度＞300ml，其余为不可避免的杂质。

(3)LF精炼：钢包到达LF精炼位后，先接通钢包底吹氩气，对钢水进行底吹氩，破开钢液表面的渣壳，下电极进行通电加热，并加入石灰和铝钒土进行造渣，石灰的成分为CaO≥91％，SiO₂≤1.2％，活性度＞300ml，其余为不可避免的杂质。铝钒土的成分为Al₂O₃≥90％，SiO₂≤5％，Fe₂O₃≤0.5％，其余为不可避免的杂质。精炼采用埋弧操作，控制精炼时炉渣的碱度在1.2-1.8之间，避免渣中钙离子含量过高，在精炼过程中，进行底吹氩气搅拌，流量在200-400NL/min，促进钢中的夹杂物上浮排出钢液，同时避免钢水发生翻腾现象，精炼时间在60-70min，精炼温度控制在1550-1600℃，在精炼结束后，采用弱吹氩搅拌处理，流量在70-100NL/min，时间在8-12min，进一步降低钢中的夹杂物。

(4)连铸：采用大方坯进行连铸，钢坯断面尺寸280×380mm，中包钢水过热度≤20℃，结晶器采用电磁搅拌，电流强度为400-500A，频率为3-4Hz，通过控制过热度和电磁搅拌，有利于改善铸坯内部质量，降低铸坯中夹杂物和偏析程度。

(5)连轧和线材轧制：连铸方坯采用连轧和线材轧制工艺，生产出直径5.5-7.5mm的焊丝钢盘条。连轧均热温度控制在1150-1250℃，终轧温度不低于900℃；线材轧制均热温度1100-1200℃，盘条吐丝温度750-850℃。

通过本发明提供的一种高品质焊丝钢盘条及其生产方法，生产出的盘条中钙含量不大于0.0004％，很好地解决了焊接过程的飞溅现象，低钙含量的盘条加工成焊丝，在焊接过程中，金属飞溅率不超过1.0％，而对于采用普通工艺生产的焊丝钢盘条加工成焊丝后，金属飞溅率在3.2％左右，显著降低了焊接过程的飞溅率。有利于降低焊接成本，保证送丝顺畅，电弧燃烧稳定，很好地实现了气体保护焊接作用。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步说明：

以轧制直径φ5.5mm盘条为例，经拉拔加工成Φ1.0mm的焊丝，在进行焊接试验时，保持焊接区域清洁，采用相同的焊接电流及电弧电压，相同的焊枪角度、焊丝伸出长度及送丝速度等条件下，进行焊接飞溅率的对比试验。

对本发明作进一步说明。本发明实施例根据技术方案的组分配比，进行铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、连铸、连轧和线材轧制，然后加工成焊丝。本发明实施例和对比例的冶炼成分见表1，实施例和对比例所用石灰及铝钒土成分见表2，实施例和对比例的主要工艺参数及金属飞溅率见表3。

表1本发明的实施例和对比例的冶炼成分wt％

示例	C	Si	Mn	P	S	Al	Ca	N	O
										实施例1	0.06	0.89	1.47	0.010	0.008	0.008	0.0003	0.0036	0.0026
实施例2	0.05	0.93	1.64	0.013	0.010	0.006	0.0001	0.0031	0.0029
										实施例3	0.07	0.86	1.56	0.009	0.012	0.007	0.0002	0.0035	0.0025
对比例	0.06	0.91	1.54	0.010	0.009	0.006	0.0019	0.0037	0.0046

表2实施例和对比例所用石灰及铝钒土成分

表3实施例和对比例的主要工艺参数

示例	实施例1	实施例2	实施例3	对比例
					铁水硫含量，％	0.0010	0.0013	0.0015	0.0012
硅铁中钙含量，％	0.013	0.008	0.010	0.009
					金属锰中钙含量，％	0.0005	0.0009	0.0012	0.0010
盖罐石灰，公斤/吨钢	1.7	1.9	1.5	1.6
					底吹氩气流量，NL/min	320	230	390	310
精炼渣碱度	1.5	1.3	1.8	2.4
					精炼时间，min	61	69	63	66
精炼温度，℃	1570	1555	1587	1574
					弱吹氩搅拌流量，NL/min	96	72	84	/
弱吹氩时间，min	8	12	11	/
					钢水过热度，℃	18	20	17	18
电流强度为，A	410	480	460	450
					频率，Hz	3.0	4.0	3.5	3.5
连轧均热温度，℃	1169	1243	1205	1211
					终轧温度，℃	904	913	917	910
线材均热温度，℃	1189	1135	1157	1160
					吐丝温度，℃	830	762	802	810
金属飞溅率，％	0.05	0.08	0.06	3.1

从表3可见，本发明实施例气保焊丝的金属飞溅率明显下降，有利于降低焊接成本，保证送丝顺畅，电弧燃烧稳定，很好地实现了气体保护焊接作用。

Claims (4)

1.一种高品质焊丝钢盘条，其特征在于：化学成分按质量百分比为：C：0.05-0.06％，Si：0.89-0.93％，Mn：1.47-1.64％，P≤0.013％，S≤0.010％，Al：0.006-0.008％，Ca：0.0001-0.0003％，N≤0.0036％，O≤0.0029％；其余为铁及不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的一种高品质焊丝钢盘条，其特征在于：化学成分按质量百分比为：C：0.05％，Si：0.93％，Mn：1.64％，P：0.013％，S：0.010％，Al：0.006％，Ca：0.0001％，N：0.0031％，O：0.0029％；其余为铁及不可避免的杂质。

3.根据权利要求1所述的一种高品质焊丝钢盘条，其特征在于：化学成分按质量百分比为：C：0.06％，Si：0.89％，Mn：1.47％，P：0.01％，S：0.008％，Al：0.008％，Ca：0.0003％，N：0.0036％，O：0.0026％；其余为铁及不可避免的杂质。

4.一种根据权利要求1或2或3所述高品质焊丝钢盘条的生产方法，其特征在于包括铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、连铸、连轧和线材轧制，具体步骤如下：

(1)铁水预处理：对铁水进行脱硫扒渣处理，控制铁水中的硫质量百分含量≤0.0020％；

(2)转炉冶炼：在转炉冶炼过程中采用铁水加废钢的方式，冶炼到终点，温度控制在1670—1690℃，同时磷、硫含量满足成分设计要求后，进行出钢，出钢后期采用加挡渣镖的方式进行挡渣出钢，出钢过程中进行合金化，要求各合金中的钙质量百分含量≤0.020％；出钢盖罐石灰加入量不超过2公斤/吨钢；石灰的成分按质量百分比为CaO≥91％，SiO₂≤1.2％，活性度＞300ml，其余为不可避免的杂质；

(3)LF精炼：钢包到达LF精炼位后，先接通钢包底吹氩气，对钢水进行底吹氩，破开钢液表面的渣壳，下电极进行通电加热，并加入石灰和铝钒土进行造渣，石灰的成分按质量百分比为CaO≥91％，SiO₂≤1.2％，活性度＞300ml，其余为不可避免的杂质；铝钒土的成分按质量百分比为Al₂O₃≥90％，SiO₂≤5％，Fe₂O₃≤0.5％，其余为不可避免的杂质；精炼采用埋弧操作，控制精炼时炉渣的碱度在1.2-1.8之间，避免渣中钙离子含量过高，在精炼过程中，进行底吹氩气搅拌，流量在200-400NL/min，促进钢中的夹杂物上浮排出钢液，同时避免钢水发生翻腾现象，精炼时间在60-70min，精炼温度控制在1550-1600℃，在精炼结束后，采用弱吹氩搅拌处理，流量在70-100NL/min，时间在8-12min，进一步降低钢中的夹杂物；

(4)连铸：采用大方坯进行连铸，中包钢水过热度≤20℃，结晶器采用电磁搅拌，电流强度为400-500A，频率为3-4Hz；

(5)连轧和线材轧制：连铸方坯采用连轧和线材轧制工艺，生产出直径5.5-7.5mm的焊丝钢盘条；连轧均热温度控制在1150-1250℃，终轧温度不低于900℃；线材轧制均热温度1100-1200℃，盘条吐丝温度750-850℃。