CN109174964A - 一种焊接结构用钢板表面花斑的控制方法 - Google Patents

一种焊接结构用钢板表面花斑的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种焊接结构用钢板表面花斑的控制方法，基于焊接结构用钢的成分体系，在生产过程中对钢水冶炼、板坯加热、除鳞、轧钢和冷却工艺进行控制，从而能够在生产过程中获得均匀的氧化铁皮，同时在保证钢板力学性能的基础上，有效控制焊接结构用钢氧化铁皮的厚度，并且避免了氧化铁皮破损；该方法能够使钢板表面氧化铁皮致密均匀，氧化铁皮厚度控制在30μm以内，消除了焊接结构用钢表面抛丸后花斑缺陷和喷漆后的水印色差缺陷。

Description

一种焊接结构用钢板表面花斑的控制方法
技术领域
本发明涉及一种钢板的生产方法，具体涉及一种焊接结构用钢板表面花斑的控制方法。
背景技术
在钢结构制造过程中，焊接是一种十分重要的加工工艺，焊接结构用钢广泛应用于机械制造、造船、汽车制造等行业。焊接结构用钢碳当量要求低，与普通热轧中厚板的成分体系不同，其化学成分不同于普通热轧中厚板高碳高锰高碳当量的设计思路，比普通的热轧中厚板的碳当量更为严格，焊接结构用钢的碳当量比普通同钢级牌号低0.06-0.20％。
近年来，随着我国工业化及城乡建设深入推进，焊接结构用钢的需求量逐年增加，用户在关心钢板性能指标稳定性的同时，也更加注重钢板的表面质量，其中典型的问题就是钢板表面花斑缺陷。钢板表面花斑是由于轧制过程中二次氧化铁皮除鳞不干净，压入钢板基底，钢板喷砂后无法清除，表面呈现凹凸不平的花斑状缺陷，用户需要增加刮腻工序，填补表面高低不平的部分，以保持钢板的平整光滑。
目前关于控制钢板表面花斑措施很多，但都是关于普通低合金热轧中厚板氧化铁皮的控制。中国专利申请号201210550004.8，名称为《一种钢板表面花斑控制工艺》给出了通过降低Si含量0.10％～0.35％、高温轧制的工艺减少花斑的方法。中国专利申请号201410110279.9，名称为《一种钢板表面花斑的控制方法》给出了通过降低Si含量至0.20％以下、除鳞水压、除鳞箱集管设计减少钢板表面花斑的控制方法，此专利仅提出了Si的上限要求，没有最佳的成分设计范围。中国专利申请号210510365103.2，名称为《一种消除热轧钢板表面花斑缺陷的方法》与申请号201610567648.6，名称为《一种消除中厚板花斑缺陷的控制方法》均给出了通过高温加热、高温快轧、轧后冷却三方面工艺减少氧化铁皮厚度与氧化铁皮破碎的控制方法，主要是解决氧化铁皮与基体的界面平直度，降低钢板抛丸的难度问题。然而，焊接结构用钢与普通热轧钢板成分体系不同，上述专利控制花斑的加热、除鳞、高温轧制、冷却等方法均不适合焊接结构用钢表面花斑的消除。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种焊接结构用钢板表面花斑的控制方法，基于焊接结构用钢成分体系，提出了从成分、加热、轧制到轧后工序全面改进，以实现消除花斑缺陷。
技术方案：本发明所述的一种焊接结构用钢板表面花斑的控制方法，包括下述步骤：
(1)冶炼钢水，将钢水中的Si含量控制在重量百分比为0.05～0.15％；并将钢水连铸成板坯；
(2)将板坯送入加热炉内加热，在板坯的加热过程中控制总在炉时间、均热段时间、板坯头尾温差以及出炉温度；总在炉时间＝(板坯厚度/mm)*0.8～1.2min，均热段时间＝(板坯厚度/mm)*0.14～0.30min，其中，板坯厚度的单位均为毫米；板坯头尾温差≤10℃；出炉温度为1140～1170℃；
(3)板坯出炉后经高压水除鳞，除鳞系统压力≥22Mpa；
(4)将除鳞后的板坯轧制成钢板：在板坯粗轧阶段，对于轧制厚度小于12mm的钢板，在任意一个道次对板坯进行高压水除鳞；对于轧制厚度12～16mm的钢板，开轧温度940～1000℃，并在任意两个道次对板坯进行高压水除鳞；对于轧制厚度大于16mm的钢板，开轧温度880～960℃，并在任意三个道次对板坯进行高压水除鳞；粗轧阶段的除鳞系统压力≥22MPa，打击力0.80～1.20N/mm2；
在板坯精轧阶段，对于轧制厚度小于12mm的钢板，在任意一个道次对板坯进行高压水除鳞；对于轧制厚度≥12mm的钢板，终轧温度780～840℃，在末道次以及其他任意一个道次对板坯进行高压水除鳞，末道次的压下率为8～15％；精轧阶段的除鳞系统压力≥22MPa，打击力0.80～1.20N/mm2；
(5)将轧制的钢板送上冷床空冷冷却。
具体的，所述步骤(1)中生产焊接结构用钢板的钢水的其余成分以质量百分比计为C：0.12～0.18％，Mn：1.00～1.50％，Nb：0.020～0.040％，Ti：0.008～0.015％，Cr：0.01～0.018％，Mo：0.003～0.05％，V：0.003～0.004％，Ni：0.004～0.010％，Cu：0.008～0.015％，P≤0.015％，S≤0.010％，余量为Fe和杂质。所述钢水的碳当量CEV≤0.38％。
有益效果：本发明通过在冶炼过程中控制钢水的Si含量在合理范围，降低了过程中硅尖晶石的生成量，保证了钢水的可浇性能；在加热过程中通过优化加热时间、加热温度与板坯温度均匀性，降低了一次氧化铁皮厚度，降低除鳞难度，并保证了微合金元素的固溶量；加热出炉后通过控制除鳞系统压力在22Mpa以上，完全除净氧化铁皮，避免红色氧化铁皮的生成；而在轧制工艺中，采用低温终轧、空冷冷却的技术路线以获得均匀的氧化铁皮，在保证钢板力学性能的基础上，有效控制焊接结构用钢氧化铁皮的厚度，且不经过温矫工序避免了氧化铁皮破损；通过本发明的控制方法，能够使钢板表面氧化铁皮致密均匀，氧化铁皮厚度控制在30μm以内，消除了焊接结构用钢表面抛丸后花斑缺陷和喷漆后的水印色差缺陷。
附图说明
图1是本发明控制方法生产的钢板经抛丸后表面状态示意图；
图2是实施例1焊接结构用10mm厚钢板的氧化铁皮显微结构图；
图3是实施例2焊接结构用16mm厚钢板的氧化铁皮显微结构图；
图4是实施例2焊接结构用25mm厚钢板的氧化铁皮显微结构图；
图5是实施例3焊接结构用6mm厚钢板的氧化铁皮显微结构图；
图6是实施例4焊接结构用12mm厚钢板的氧化铁皮显微结构图；
图7是实施例6焊接结构用50mm厚钢板的氧化铁皮显微结构图。
具体实施方式
一种焊接结构用钢板表面花斑的控制方法，该方法针对6～50mm厚的焊接结构用钢板，在生产过程中对钢水冶炼、加热、除鳞、轧钢和冷却工艺进行控制，具体包括下述步骤：
(1)冶炼钢水，过程中采用加入低碳锰铁的方式，将钢水中的Si含量控制在重量百分比为0.05～0.15％；并将钢水连铸成板坯；而生产焊接结构用钢板的钢水的其余成分以质量百分比计为C：0.12～0.18％，Mn：1.00～1.50％，Nb：0.020～0.040％，Ti：0.008～0.015％，Cr：0.01～0.018％，Mo：0.003～0.05％，V：0.003～0.004％，Ni：0.004～0.010％，Cu：0.008～0.015％，P≤0.015％，S≤0.010％，余量为Fe和杂质。所述钢水的碳当量CEV≤0.38％。碳当量CEV均采用成分中各元素的重量百分比含量计算，公式为CEV＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15。
(2)将板坯送入加热炉内加热，在板坯的加热过程中控制总在炉时间、均热段时间、板坯头尾温差以及出炉温度；总在炉时间＝(板坯厚度/mm)*0.8～1.2min，均热段时间＝(板坯厚度/mm)*0.14～0.30min，其中，板坯厚度的单位均为毫米；板坯头尾温差≤10℃；出炉温度为1140～1170℃；
(3)板坯出炉后经高压水除鳞，除鳞系统压力≥22Mpa；
(4)将除鳞后的板坯轧制成钢板：在板坯粗轧阶段，对于轧制厚度小于12mm的钢板，在任意一个道次对板坯进行高压水除鳞；对于轧制厚度12～16mm的钢板，开轧温度940～1000℃，并在任意两个道次对板坯进行高压水除鳞；对于轧制厚度大于16mm的钢板，开轧温度880～960℃，并在任意三个道次对板坯进行高压水除鳞；粗轧阶段的除鳞系统压力≥22MPa，打击力0.80～1.20N/mm2；
在板坯精轧阶段，对于轧制厚度小于12mm的钢板，在任意一个道次对板坯进行高压水除鳞；对于轧制厚度≥12mm的钢板，终轧温度780～840℃，在末道次以及其他任意一个道次对板坯进行高压水除鳞，末道次的压下率为8～15％；精轧阶段的除鳞系统压力≥22MPa，打击力0.80～1.20N/mm2；
(5)将轧制的钢板送上冷床空冷冷却。通过冷床的空气对流控制其冷却速度。并且钢板不经过温矫工序，避免氧化铁皮被破坏。
进一步的，为了防止除鳞水质对钢板表面质量造成影响，板坯出炉后以及轧钢过程中除鳞所采用的高压水的氯离子含量均在90ppm以内。
如图1所示，采用上述方法生产出的钢板，经抛丸后表面无花斑缺陷。
下面，结合具体实施例对该控制方法进一步详细说明。
实施例1：生产一种10mm厚低温用焊接结构用钢，要求屈服强度345MPa以上，抗拉强度470-630MPa，-40℃纵向冲击功≥34J，碳当量CEV≤0.38％，其应用于外观结构件，对钢板表面要求很高。通过本发明方法生产出满足用户要求的钢板，具体步骤如下：
(1)钢水的成分重量百分比为：C：0.12％，Mn：1.50％，Si：0.12％，Nb：0.025％，Ti：0.010％，P：0.009％，S：0.002％，Cr：0.015％、Mo：0.003％、V：0.003％、Ni：0.007％、Cu：0.013％余量为铁和杂质；CEV：0.38％。连铸板坯厚度为150mm，
(2)将连铸板坯送入加热炉，总在炉时间为135min，均热段时间为25min，板坯头尾温差为4℃，出炉温度1152℃。
(3)板坯出炉后，经高压水除鳞，除鳞系统压力为22.6～23.2MPa，将板坯在加热炉内生成的氧化铁皮完全清除干净。
(4)将除鳞后的板坯轧制成10mm厚钢板，粗轧阶段在第1道次进行高压水除鳞，精轧末道次进行高压水除鳞，除鳞系统压力为22.6～23.4MPa，高压水对连铸板坯打击力为0.84～0.92N/mm2。
(5)轧制后的钢板在冷床上空气中冷却，钢板不经温矫直，避免氧化铁皮被破坏。
其中，步骤(3)和步骤(4)中除鳞高压水中氯离子含量为72～80ppm。
生产的焊接结构用钢板的氧化铁皮的显微结构如图2所示，经测量氧化铁皮为12μm。
实施例2：为某机械制造企业生产一种焊接结构用钢，厚度为16mm和25mm，要求屈服强度355MPa以上，抗拉强度490～610MPa，碳当量CEV≤0.38％，钢板喷丸后不得有花斑，可直接喷漆涂装。通过本发明方法生产处满足用户要求的钢板，具体步骤如下：
(1)钢水的成分重量百分比为：C：0.18％，Mn：1.00％，Si：0.05％，Nb：0.030％，Ti：0.015％，P：0.012％，S：0.010％，Cr：0.018％、Mo：0.003％、V：0.004％、Ni：0.008％、Cu：0.015％，余量为铁和杂质，CEV：0.35％。连铸板坯厚度为220mm。
(2)将连铸板坯送入加热炉，对于轧制16mm厚钢板的板坯，总在炉时间为200min，均热段时间为35min，板坯头尾温差为6℃，出炉温度1150℃；对于轧制25mm厚钢板的板坯，总在炉时间为216min，均热段时间为37min，板坯头尾温差为5℃，出炉温度1162℃。
(3)板坯出炉后，经高压水除鳞，除鳞系统压力为22.4～22.9MPa，将加热炉内生成氧化铁皮完全清除干净。
(4)对除鳞后的板坯进行轧制，16mm厚钢板轧制11道次，开轧温度940℃，粗轧阶段第1与5道次进行高压水除鳞，精轧终轧温度824℃，末道次压下率10％，第9与11道次进行高压水除鳞，除鳞系统压力为22.7～23.3MPa，高压水对连铸板坯打击力为0.87～0.95N/mm2；
25mm厚钢板轧制9道次，二阶段开轧温度960℃，粗轧第1、4、5道次进行高压水除鳞，精轧终轧温度816℃，末道次压下率12％，第7与9道次进行高压水除鳞，除鳞箱系统压力为22.6～22.9MPa，高压水对连铸板坯打击力为0.89～1.10N/mm2
(5)轧制后的钢板在冷床上空气中冷却，钢板不经温矫直。
其中，步骤(3)和步骤(4)中除鳞高压水中氯离子含量为72～85ppm。
生产的焊接结构用16mm钢板的氧化铁皮的显微结构如图3所示，经测量氧化铁皮为16μm。25mm钢板的氧化铁皮的显微结构如图4所示，经测量氧化铁皮为18μm。
实施例3：生产一种6mm厚焊接结构用钢板，按以下步骤进行：
(1)钢水的成分重量百分比为：C：0.15％，Mn：1.20％，Si：0.05％，Nb：0.020％，Ti：0.012％，P：0.014％，S：0.003％，Cr：0.010％、Mo：0.05％、V：0.004％、Ni：0.004％、Cu：0.008％，余量为铁和杂质；CEV：0.36％。连铸板坯厚度为150mm。
(2)将连铸板坯送入加热炉，总在炉时间为120min，均热段时间为21min，板坯头尾温差为3℃，出炉温度1170℃。
(3)板坯出炉后，经高压水除鳞，除鳞系统压力为22.0～22.8MPa，将板坯在加热炉内生成的氧化铁皮完全清除干净。
(4)将除鳞后的板坯轧制成6mm厚钢板，粗轧阶段在第1道次进行高压水除鳞，精轧末道次进行高压水除鳞，除鳞系统压力为22.0～22.4MPa，高压水对连铸板坯打击力为0.80～0.87N/mm2。
(5)轧制后的钢板在冷床上空气中冷却，钢板不经温矫直，避免氧化铁皮被破坏。
其中，步骤(3)和步骤(4)中除鳞高压水中氯离子含量为75～88ppm。
6mm钢板的氧化铁皮的显微结构如图5示，经测量氧化铁皮厚度为17μm，抛丸后钢板表面无花斑缺陷。
实施例4：一种12mm厚焊接结构用钢板表面，生产按以下步骤进行：
(1)钢水的成分重量百分比为：C：0.15％，Mn：1.32％，Si：0.15％，Nb：0.023％，Ti：0.008％，P：0.012％，S：0.010％，Cr：0.011％、Mo：0.003％、V：0.003％、Ni：0.008％、Cu：0.012％，余量为铁和杂质，CEV：0.37％。连铸板坯厚度为150mm，轧制钢板厚度12mm。
(2)将连铸板坯送入加热炉，总在炉时间为180min，均热段时间为45min，板坯头尾温差为10℃，出炉温度1140℃。
(3)板坯出炉后，经高压水除鳞，除鳞系统压力为22.5～23.0MPa，将加热炉内生成氧化铁皮完全清除干净。
(4)对除鳞后的板坯进行轧制，12mm厚钢板轧制11道次，开轧温度1000℃，粗轧阶段第1与3道次进行高压水除鳞，精轧终轧温度840℃，第9与11道次进行高压水除鳞，除鳞系统压力为22.6～23.5MPa，高压水对连铸板坯打击力为1.12～1.20N/mm2，末道次的压下率为15％。
(5)轧制后的钢板在冷床上空气中冷却，钢板不经温矫直。
其中，步骤(3)和步骤(4)中除鳞高压水中氯离子含量为70～84ppm。
12mm钢板的氧化铁皮的显微结构如图6示，经测量氧化铁皮厚度为23μm，抛丸后钢板表面无花斑缺陷。
实施例5：一种50mm厚焊接结构用钢板表面花斑的控制方法，按以下步骤进行：
(1)钢水的成分重量百分比为：C：0.16％，Mn：1.31％，Si：0.07％，Nb：0.040％，Ti：0.012％，P：0.015％，S：0.006％，Cr：0.011％、Mo：0.006％、V：0.004％、Ni：0.010％、Cu：0.010％，余量为铁和杂质，CEV：0.38％。连铸板坯厚度为260mm，轧制钢板厚度50mm。
(2)将连铸板坯送入加热炉，总在炉时间为264min，均热段时间为52min，板坯头尾温差为8℃，出炉温度1132℃。
(3)板坯出炉后，经高压水除鳞，除鳞系统压力为22.5～23.0MPa，将加热炉内生成氧化铁皮完全清除干净。
(4)对除鳞后的板坯进行轧制，50mm厚钢板轧制9道次，开轧温度880℃，粗轧阶段第1、3与5道次进行高压水除鳞，精轧终轧温度780℃，第7与9道次进行高压水除鳞，除鳞系统压力为22.8～23.4MPa，高压水对连铸板坯打击力为1.05～1.18N/mm2，末道次的压下率为8％。
(5)轧制后的钢板在冷床上空气中冷却，钢板不经温矫直。
其中，步骤(3)和步骤(4)中除鳞高压水中氯离子含量为82～90ppm。
50mm钢板的氧化铁皮的显微结构如图7示，经测量氧化铁皮厚度为30μm，抛丸后钢板表面无花斑缺陷。

Claims (5)

1.一种焊接结构用钢板表面花斑的控制方法，其特征在于，包括下述步骤：
(1)冶炼钢水，将钢水中的Si含量控制在重量百分比为0.05～0.15％；并将钢水连铸成板坯；
(2)将板坯送入加热炉内加热，在板坯的加热过程中控制总在炉时间、均热段时间、板坯头尾温差以及出炉温度；总在炉时间＝(板坯厚度/mm)*0.8～1.2min，均热段时间＝(板坯厚度/mm)*0.14～0.30min，其中，板坯厚度的单位均为毫米；板坯头尾温差≤10℃；出炉温度为1140～1170℃；
(3)板坯出炉后经高压水除鳞，除鳞系统压力≥22Mpa；
(4)将除鳞后的板坯轧制成钢板：在板坯粗轧阶段，对于轧制厚度小于12mm的钢板，在任意一个道次对板坯进行高压水除鳞；对于轧制厚度12～16mm的钢板，开轧温度940～1000℃，并在任意两个道次对板坯进行高压水除鳞；对于轧制厚度大于16mm的钢板，开轧温度880～960℃，并在任意三个道次对板坯进行高压水除鳞；粗轧阶段的除鳞系统压力≥22MPa，打击力0.80～1.20N/mm2；
在板坯精轧阶段，对于轧制厚度小于12mm的钢板，在任意一个道次对板坯进行高压水除鳞；对于轧制厚度≥12mm的钢板，终轧温度780～840℃，在末道次以及其他任意一个道次对板坯进行高压水除鳞，末道次的压下率为8～15％；精轧阶段的除鳞系统压力≥22MPa，打击力0.80～1.20N/mm2；
(5)将轧制的钢板送上冷床空冷冷却。
2.根据权利要求1所述的焊接结构用钢板表面花斑的控制方法，其特征在于，所述步骤(1)中钢水的其余成分以质量百分比计为C：0.12～0.18％，Mn：1.00～1.50％，Nb：0.020～0.040％，Ti：0.008～0.015％，Cr：0.01～0.018％，Mo：0.003～0.05％，V：0.003～0.004％，Ni：0.004～0.010％，Cu：0.008～0.015％，P≤0.015％，S≤0.010％，余量为Fe和杂质。
3.根据权利要求2所述的焊接结构用钢板表面花斑的控制方法，其特征在于，所述钢水的碳当量CEV≤0.38％。
4.根据权利要求1所述的焊接结构用钢板表面花斑的控制方法，其特征在于，所述步骤(3)和步骤(4)中除鳞所采用的高压水的氯离子含量均在90ppm以内。
5.根据权利要求1～4任一项所述的焊接结构用钢板表面花斑的控制方法，其特征在于，所述步骤(4)中轧制的钢板的厚度为6～50mm。
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