CN109128691A - 一种高碳高合金钢板用复合铸坯的制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高碳高合金钢板用复合铸坯的制备工艺，包括以下步骤：原料坯准备；原料坯加工，高碳、高合金钢原料坯加工包括坡口加工、减薄加工两种加工方法；预热镶边焊接或堆焊熔敷过渡层，制备组合坯料；对焊接完成的组合坯料切铣、清理，得到待复合坯料；真空处理及焊接待复合坯料，得到复合坯料；复合坯料加热。本发明化解了高碳、高合金钢铸坯直接焊接存在预热和结合面保护的矛盾，分离了真空电子束焊接高碳、高合金钢焊接、预热需同时的要求，大大降低了焊接难度，解决了大厚度高碳、高合金钢板铸坯真空电子束焊接复合制约生产的难题，大大提高了生产效率，降低了大厚度高碳、高合金钢的生产难度。
Description
技术领域
本发明涉及钢板加工技术领域，具体涉及一种高碳高合金钢板用复合铸坯的制备工艺。
背景技术
高碳、高合金类厚钢板需要采用厚铸坯轧制,厚度较大时可采用复合铸坯，为保证复合良好，需保证接合面不被氧化的情况下形成致密的接头。高碳、高合金类钢种的合金及碳含量较高，焊接性并不好。由于复合铸坯质量体积较大，冷速快，拘束应力大，而高碳和高合金类钢种合金及碳含量较高易于淬透，焊后热影响区中易于形成淬硬组织，在拘束应力作用下容易开裂，复合质量不容易保证，焊缝预期要实现的封闭功能由于焊接区的开裂而无法保证,所以真空复合高碳高合金类钢坯必须采取焊前预热及焊后缓冷措施。
电子束焊接复合焊缝不开坡口也不另外添加焊接材料，可以保证和原料坯成分的统一性，减少因成分差异造成的切边，提高轧材的成材率。为了扩大轧制原料坯厚度，提高钢板轧制压缩比，以提高轧制后钢板质量性能，发展了特厚钢板复合制坯工艺技术，目前主要公开的采用低合金钢、同炉号、同成分的原料坯进行焊接复合，焊接复合采用真空电子束焊接。但是对于高碳和高合金钢板用复合铸坯的真空电子束焊接复合，由于高碳和高合金钢板用复合铸坯成分碳及合金总含量大，焊接需要采用预热及后热措施；而在人工真空环境下加热影响真空环境的维持，再者加热和复合焊接在一个工位，生产率低；目前未有采用真空电子束预热焊接复合高碳、高合金类厚钢板组坯的详细报道。
发明内容
为克服所述不足，本发明的目的在于提供一种高碳和高合金钢板用厚铸坯的镶边焊接及边部减薄堆焊熔敷过渡层的复合制备方法，解决了高碳和高合金铸坯电子束焊接时焊接复合和预热占用同一个真空工位的问题，大大提高了生产效率。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高碳高合金钢板用复合铸坯的制备工艺，包括以下步骤：
步骤一、原料坯准备：原料坯采用高碳和高合金复合铸坯的连铸坯，其成分中，磷含量P≤0.015％，硫含量S≤0.005％，氮含量≤50ppm，氢≤1.5ppm；
步骤二、原料坯加工
高碳、高合金钢原料坯加工包括两种加工方法：
2.1、坡口加工：高碳、高合金原料坯的待复合面的四边分别开斜坡口，坡口的斜面与原料坯的侧面夹角为10-30°；
2.2、减薄加工：高碳、高合金钢原料坯待复合面的四周边部宽度50-150mm的区域内，利用机械加工的方式，减薄厚度为40-80mm，形成L型减薄槽；
镶边钢板条准备：若原料坯的加工方法采用2.1坡口加工时，待复合面的四边开斜坡口，则选用镶边钢板条，镶边钢板条设在原料坯的待复合面四周的侧面，镶边钢板条与原料坯的斜坡口相对的侧边开坡口，坡口与待复合面的夹角为10-30°，坡口处钝边高度为0-5mm，割边应垂直、光洁并除净氧化渣；坡口角度高碳、高合金钢角度倾向于尽可能小，镶边钢板条侧坡口可适当大些。高碳、高合金钢坡口角度倾向于尽可能小，镶边钢板条侧坡口可适当大些。准备倒运过程严禁用磁吊；
步骤三、预热镶边焊接或堆焊熔敷过渡层，制备组合坯料
3.1若原料坯采用坡口加工时，预热镶边焊接：
在工作面或者工装上将上述开好坡口的镶边钢板条与开好坡口的高碳和高合金钢原料坯的四边组合，采取措施预热1-3小时待组合好的原料坯整体温度到150-250℃，采用手弧焊点固焊接和打底，焊接方法采用氩弧焊，待点固、打底焊完成后，用埋弧焊填满焊道，并稍凸出待复合面的表面0.5-2mm，焊接过程保持温度150-250℃，焊接完成后的镶边组合坯料立即采取措施缓冷；
3.2若原料坯采用减薄加工时，在减薄位置堆焊熔覆过渡层
采取措施预热1-3小时待组合好的原料坯整体温度到150-250℃，待堆焊熔敷过渡层高度超过原料坯的待复合面0.5-2mm后，焊接完成；
经过上述3.1或3.2步骤后，焊接完成的原料坯温度提升至500-600℃，缓冷时间不少于12-48小时，焊后缓慢冷却至室温，得到组合坯料，冷却后检查表面及焊缝附近区域，不得有裂纹等开放性缺陷，保证焊缝接头部位的气密性；
步骤四、对焊接完成的组合坯料切铣、清理，得到待复合坯料
准备倒运过程严禁用磁吊，按照复合坯工序现行坯料切铣、表面清理规定执行，切铣后的坯料表面全磨，表面清理后、组合前坯料要求原料坯表面确保清洁、干燥、无油污、无锈斑、无氧化铁屑和粉尘、焊缝处无开放性缺陷，组合后的两块原料坯待复合面间隙不大于0.4mm，得到待复合坯料；
步骤五、真空处理及焊接待复合坯料，得到复合坯料
焊接前保证待复合坯料干燥无水污，将待复合坯料的待复合面相对放置，采用真空电子束焊枪在真空值1×10-2Pa以下的真空室內对待复合面进行四周环焊密封，得到复合铸坯料，或者采用焊接后抽真空方法，在结合面处的镶边钢板贴紧处另开坡口，焊接镶边组合坯料前不预热，采用手弧焊、气体保护焊、埋弧焊等焊接方法焊接密闭复合坯接缝，然后抽真空至真空度不高于1×10-2Pa时，可靠封闭抽气口，不得漏气，得到复合铸坯料；
步骤六、复合坯料加热
复合铸坯料利用车底式加热炉进行加热，加热速度注意高碳和高合金钢原料坯的加热速度要求，炉内时间约15～18小时，1280℃保温6小时，然后送轧，按照常规轧制制度进行，并注意轧后缓冷。
具体地，所述镶边钢板条采用低碳钢，低碳钢的成分要求：磷含量P≤0.025％，硫含量S≤0.015％，氮含量≤50ppm，氢≤2ppm；其中低碳钢包括低合金钢、碳素钢等，或者与熔敷堆焊层成分相当的钢材。
具体地，所述镶边钢板条在待复合面处镶边钢板条高度稍高于高碳、高合金钢原料坯。
具体地，若所述原料坯采用减薄加工时，在减薄位置垫一个钢板，再进行堆焊熔覆过渡层，钢板的厚度小于减薄处的厚度，成分与堆焊熔覆过渡层相近，能够提高熔覆的效率。
本发明具有以下有益效果：本发明采用低碳钢、低合金钢及碳素钢镶边焊接和堆焊过渡层的高碳、高合金钢铸坯的复合制备工艺方法，化解了高碳、高合金钢铸坯直接焊接存在预热和结合面保护的矛盾，分离了真空电子束焊接高碳、高合金钢焊接、预热需同时的要求，大大降低了焊接难度，也可其他焊接方法焊接复合高碳、高合金钢铸坯后和抽真空制复合坯的方法，解决了大厚度高碳、高合金钢板铸坯真空电子束焊接复合制约生产的难题，大大提高了生产效率，降低了大厚度高碳、高合金钢的生产难度。
附图说明
图1为实施例一的复合铸坯的结构示意图。
图2为实施例二的复合铸坯的结构示意图。
图中1原料坯，2焊缝，3镶边钢板条，4堆焊熔覆层。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例一
步骤一、原料坯准备
230mm原料坯为高强结构钢A517GrQ高合金钢连铸坯成分C：0.16％，Si：0.20％，Mn：1.21％，P：0.005％，S：0.001％，Mo：0.51％，Nb:0.03％,Cr：1.21％，Ni：1.73％，V：0.042％，Alt：0.021％，N:0.0042％，H:0.00012％，其余为Fe和不可避免的夹杂；
镶边钢板采用普通碳素结构钢Q235B，其具体成分C：0.15％，Si：0.15％，Mn：0.70％，P：0.016％，S：0.006％，N：0.0048％，H：0.00018％，其余为Fe和不可避免的夹杂。
步骤二、原料坯加工
高合金钢原料坯四个边部采用机械开带钝边的斜面坡口，坡口角度30°，开向待复合面；准备镶边钢板条厚度100mm，宽度在80mm，割边垂直、光洁、氧化层彻底去除，在镶边钢板条预定和高合金钢原料坯开坡口的边部贴合的一边，采用机械开带钝边的斜面坡口，坡口角度30°，钝边高度3mm，开口向待复合面，倒运准备过程严禁用磁吊；
步骤三、预热镶边焊接，制备组合坯料
在工作面上将步骤二中开好坡口的镶边钢板条与开好坡口的原料坯的四边对合，用专用电热装置覆盖预热3小时待组合好的原料坯预热整体温度到150-200℃，采用手工氩弧焊点固打底,点固焊接每段长度70-100mm，待点固和打底完成后用熔化极气体保护焊填满，焊丝1.2mm H08Mn2SiA实芯焊丝,焊接电压27～30V，焊接电流控制在240A，焊接速度控制在24～30cm/min，送丝速度6.1m/min,焊接速度300mm/min,待焊道稍凸出表面1.5mm，焊接过程层间温度保持不低于120℃-200℃，组合坯料200-300℃焊后热处理2小时缓冷至室温，在缓冷完成后检查表面及焊缝附近区域，不得有裂纹等开放性缺陷，保证焊缝接头部位的气密性；
步骤四、对焊接完成的组合坯料切铣、清理，得到待复合坯料
准备倒运过程严禁用磁吊，按照复合坯工序现行坯料切铣、表面清理规定执行，切铣后的组合坯料表面全磨，表面清理后、组合前坯料要求连铸坯表面确保清洁、干燥、无油污、无锈斑、无氧化铁屑和粉尘、焊缝处无开放性缺陷，组合后的铸坯间隙0.4mm；
步骤五、真空处理及焊接待复合坯料，得到复合坯料
焊接前保证镶边坯料干燥无水污，采用真空电子束焊枪在真空值1×10-2Pa以下的真空室內对界面进行四周环焊密封；
步骤六、复合坯料加热
复合坯料利用车底式加热炉进行加热，加热速度注意高碳、高合金钢原料坯的加热速度要求，炉内时间约20-24小时以上，1180℃保温6-8小时，然后送轧，按照常规轧制制度进行，并注意轧后堆垛缓冷。
实施例二
步骤一、原料坯准备
230mm原料坯为碳素钢高碳钢连铸坯成分C：0.35％，Si：0.22％，Mn：0.5％，P：0.010％，S：0.002％，Alt：0.025％，N:0.0050％，H:0.00016％，其余为Fe和不可避免的夹杂；
镶边钢板采用普通碳素结构钢Q235B，其具体成分C：0.16％，Si：0.25％，Mn：0.70％，P：0.015％，S：0.008％，N：0.0039％，H：0.00015％，其余为Fe和不可避免的夹杂。
步骤二、原料坯加工
高碳钢原料坯四个边部采用机械开带钝边的斜面坡口，坡口角度30°，开向待复合面；准备镶边钢板条厚度100mm，宽度在75mm，割边垂直、光洁、氧化层彻底去除，在镶边钢板条预定和高碳钢原料坯开坡口的边部贴合的一边，采用机械开带钝边的斜面坡口，坡口角度30°，钝边高度2.5mm，开口向待复合面，倒运准备过程严禁用磁吊；
步骤三、预热镶边焊接，制备组合坯料
在工作面上将步骤二中开好坡口的镶边钢板条与开好坡口的原料坯的四边对合，用专用电热装置覆盖预热3小时待组合好的原料坯整体温度到150-200℃，采用手工氩弧焊点固打底,点固焊接每段长度70-100mm，待点固和打底完成后用埋弧焊填满，4mm焊丝H08MnA,焊接电压36～45V，焊接电流控制在600～680A，焊接速度控制在24～30cm/min，待焊道稍凸出表面1.5mm，焊接过程层间温度保持在150-200℃，组合坯料200-300℃焊后热处理2小时缓冷至室温，在缓冷完成后检查表面及焊缝附近区域，不得有裂纹等开放性缺陷，保证焊缝接头部位的气密性；
步骤四、对焊接完成的组合坯料切铣、清理，得到待复合坯料
准备倒运过程严禁用磁吊，按照复合坯工序现行坯料切铣、表面清理规定执行，切铣后的组合坯料表面全磨，表面清理后、组合前坯料要求连铸坯表面确保清洁、干燥、无油污、无锈斑、无氧化铁屑和粉尘、焊缝处无开放性缺陷，组合后的铸坯间隙0.4mm；
步骤五、真空处理及焊接待复合坯料，得到复合坯料
焊接前保证镶边坯料干燥无水污，采用真空电子束焊枪在真空值1×10-2Pa以下的真空室內对界面进行四周环焊密封；
步骤六、复合坯料加热
复合坯料利用车底式加热炉进行加热，加热速度注意高碳、高合金钢原料坯的加热速度要求，炉内时间约20-24小时以上，1150℃保温6-8小时，然后送轧，按照常规轧制制度进行，并注意轧后及时堆垛缓冷。
本发明不局限于所述实施方式，任何人应得知在本发明的启示下作出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。
本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。
Claims (8)
1.一种高碳高合金钢板用复合铸坯的制备工艺，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、原料坯准备：原料坯采用高碳和高合金复合铸坯的连铸坯，其成分中，磷含量P≤0.015％，硫含量S≤0.005％，氮含量≤50ppm，氢≤1.5ppm；
步骤二、原料坯加工
高碳、高合金钢原料坯加工包括两种加工方法：
2.1、坡口加工：高碳、高合金原料坯的待复合面的四边分别开斜坡口，坡口的斜面与原料坯的侧面夹角为10-30°；
2.2、减薄加工：高碳、高合金钢原料坯待复合面的四周边部宽度50-150mm的区域内，利用机械切割的方式，减薄40-80mm，形成L型减薄槽；
镶边钢板条准备：若原料坯的加工方法采用2.1坡口加工时，待复合面的四边开斜坡口，则选用镶边钢板条，镶边钢板条设在原料坯的待复合面四周的侧面，镶边钢板条与原料坯的斜坡口相对的侧边开坡口，坡口与待复合面的夹角为10-30°，坡口处钝边高度为0-5mm；
步骤三、预热镶边焊接或堆焊熔敷过渡层，制备组合坯料
3.1若原料坯采用坡口加工时，预热镶边焊接：
在工作面或者工装上将上述开好坡口的镶边钢板条与开好坡口的高碳和高合金钢原料坯的四边组合，采取措施预热1-3小时待组合好的原料坯整体温度到150-250℃，采用手弧焊点固焊接和打底，焊接方法采用氩弧焊，待点固、打底焊完成后，用埋弧焊填满焊道，并稍凸出待复合面的表面0.5-2mm，焊接过程保持温度150-250℃，焊接完成后的镶边组合坯料立即采取措施缓冷；
3.2若原料坯采用减薄加工时，在减薄位置进行堆焊熔覆过渡层
采取措施预热1-3小时待组合好的原料坯整体温度到150-250℃，待堆焊熔敷过渡层高度超过原料坯的待复合面0.5-2mm后，焊接完成；
经过上述3.1或3.2步骤后，焊接完成的原料坯温度提升至500-600℃，缓冷时间不少于12-48小时，焊后缓慢冷却至室温，得到组合坯料，冷却后检查表面及焊缝附近区域，不得有裂纹等开放性缺陷，保证焊缝接头部位的气密性；
步骤四、对焊接完成的组合坯料切铣、清理，得到待复合坯料；
步骤五、真空处理及焊接待复合坯料，得到复合坯料
采用真空中焊接工艺焊接前保证待复合坯料干燥无水污，将待复合坯料的待复合面相对放置，进行真空处理及焊接，得到复合铸坯料；
步骤六、复合坯料加热
复合铸坯料利用车底式加热炉进行加热，加热速度注意高碳和高合金钢原料坯的加热速度要求，炉内时间约15～18小时，1280℃保温6小时，然后送轧，按照常规轧制制度进行，并注意轧后缓冷。
2.根据权利要求1所述的一种高碳高合金钢板用复合铸坯的制备工艺，其特征在于：所述镶边钢板条的厚度为50-150mm，宽度为50-150mm，割边应垂直、光洁并除净氧化渣，准备倒运过程严禁用磁吊。
3.根据权利要求1所述的一种高碳高合金钢板用复合铸坯的制备工艺，其特征在于：所述镶边钢板条采用低碳钢，低碳钢的成分要求：磷含量P≤0.025％，硫含量S≤0.015％，氮含量≤50ppm，氢≤2ppm；其中低碳钢包括低合金钢、碳素钢等，或者与熔敷堆焊层成分相当的钢材。
4.根据权利要求1所述的一种高碳高合金钢板用复合铸坯的制备工艺，其特征在于：所述镶边钢板条在待复合面处镶边钢板条高度稍高于高碳、高合金钢原料坯。
5.根据权利要求1所述的一种高碳高合金钢板用复合铸坯的制备工艺，其特征在于：所述步骤四中，对所述组合坯料准备倒运过程严禁用磁吊，按照复合坯工序现行坯料切铣、表面清理规定执行，切铣后的坯料表面全磨，表面清理后、组合前坯料要求原料坯表面确保清洁、干燥、无油污、无锈斑、无氧化铁屑和粉尘、焊缝处无开放性缺陷，组合后的两块原料坯间隙不大于0.4mm，得到待复合坯料。
6.根据权利要求1所述的一种高碳高合金钢板用复合铸坯的制备工艺，其特征在于：所述步骤五中，真空处理及焊接工艺采用真空电子束焊枪在真空值1×10-2Pa以下的真空室內对待复合面进行四周环焊密封。
7.根据权利要求1所述的一种高碳高合金钢板用复合铸坯的制备工艺，其特征在于：所述步骤五中，真空处理及焊接采用焊接后抽真空方法，在结合面处的镶边钢板贴紧处另开坡口，焊接镶边组合坯料前不预热，采用手弧焊、气体保护焊、埋弧焊等焊接方法焊接密闭复合坯接缝，然后抽真空至真空度不高于1×10-2Pa时，可靠封闭抽气口，不得漏气。
8.根据权利要求1所述的一种高碳高合金钢板用复合铸坯的制备工艺，其特征在于：若所述原料坯采用减薄加工时，在减薄位置垫一个钢板，再进行堆焊熔覆过渡层，钢板的厚度小于减薄处的厚度，成分与堆焊熔覆过渡层相近。
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