CN110539065A - 一种高碳当量特厚复合坯真空电子束组坯焊接工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高碳当量特厚复合坯真空电子束组坯焊接工艺，高碳当量特厚复合坯的碳当量≥0.5％，成品钢板厚度为150～450mm；复合坯真空电子束组坯焊接工艺包括：1)复合坯料选择；2)复合坯料加工；3)复合坯预热；4)表面二次清理；5)保温及均匀化；6)复合坯焊接：7)焊后入炉加热；本发明针对高碳当量特厚复合坯焊接过程中易出现焊接微裂纹的技术难题，结合炼钢厂现场生产工艺流程，提供了一种高碳当量特厚复合坯真空电子束组坯焊接工艺，能够有效避免焊接微裂纹的产生，实现了高碳当量特厚复合板的低成本稳定生产。

Description

一种高碳当量特厚复合坯真空电子束组坯焊接工艺

技术领域

本发明涉及金属复合板生产技术领域，尤其涉及一种高碳当量特厚复合坯真空电子束组坯焊接工艺。

背景技术

模具钢具有非常大的淬硬倾向，金相组织中具有高碳马氏体，对冷裂纹的形成非常敏感。同时，在焊接热影响区内形成的马氏体组织，导致金属材料性能硬而脆，接头的塑性和韧性大大下降。因此，模具钢的焊接性能极差，在焊接时容易出现热裂纹和冷裂纹。

真空复合轧制技术是一种生产特厚钢板的新型方法，相对于传统的铸锭，大大改善了轧后产品的内部组织及性能，解决了因连铸坯厚度限制和压下比制约导致的生产特厚钢板厚度受限的问题，且轧制坯料广泛，利于大批量生产，可以大大提高成材率。

目前，国内一些钢厂通过真空复合轧制技术已经能制造出高质量的普通低碳钢(如Q235)和低强度级别的合金钢(如Q345)特厚钢板。然而在利用真空复合技术生产如1.2311等具有较高碳含量及合金含量的特厚钢板过程中，由于待焊接结合缝高的裂纹敏感性，极易发生待焊接结合缝开裂甚至引起基坯开裂，无法进行后续的轧制复合，最终导致高碳当量特厚板的成品率极低。

公开号为CN102896466A的中国专利公开了“一种150-400mm厚塑料模具用钢板的生产方法”，以连铸板坯为原料，经气体保护焊、埋弧焊和真空电子束组合焊接工艺或全真空电子束焊接形成大厚度坯料，然后经加热、轧制、缓冷、热处理工序，生产的塑料模具用钢板超声波探伤合格率达98％以上，硬度分布均匀，具有优良加工性、耐磨性和抛光性，适于各类塑料模具制造。但是其所述的气体保护焊工艺极易产生表面氧化，影响焊接效果，不仅需要对表面进行处理，还要额外对两块甚至多块坯料进行坡口加工，对于单块10～20吨的钢坯来说，无论是吊运、对齐、加工都是十分困难的。其采用三种焊接组合的方式，工艺复杂，操作困难，且对于同时进行气保焊、埋弧焊、真空复合焊的三条边，由于反复焊接，积累焊接应力、组织应力、热应力等更大，极易开裂。

公开号为CN101590596A的中国专利公开了“一种累积叠轧焊工艺制造特厚板坯的方法”，是将同种材料同样尺寸的连铸坯叠合在一起，四周缝隙在真空下焊接封闭，而后经加热、锻造、轧制等工序制得厚度最大到200mm的特厚板。但其工艺复杂，厚度规格也不能满足对特厚钢板需求。

公开号为CN102240894A的中国专利公开了“一种特厚钢板的复合制造方法”，采用“高温氢气还原+热轧”方法生产特厚钢板，因其高温氢气还原工序操作复杂，具有一定危险性，降低了工艺过程的可操作性，并且会增加特厚钢板的制造成本。

公开号为CN103692166A的中国专利公开了“一种特厚合金钢板的制备方法”，提供了一种特厚合金钢板的制备方法：将两块长宽尺寸相匹配的合金钢连铸板坯进行表面处理，然后进行组坯、焊接，获得特厚合金钢板坯料，但其需要两把焊枪，并配备专用组坯设备，增加了开发成本。公开号为CN103028897A的中国专利公开了“一种冷裂纹敏感性高的特厚钢板生产方法”，其同样需要双电子束枪布置方式用于铸坯预热，来解决合金钢焊接裂纹敏感性问题。

公开号为CN 105252237A的中国专利公开了“一种CrMnNiMo系特厚模具复合坯的生产方法”，试图采用对称点焊法固定复合坯来防止焊接开裂，并不能从根本上解决中碳高合金模具钢种内应力、热应力引起的焊接开裂问题，实际效果不佳。

据了解，厚规格高碳当量钢的焊接在国内外均是有待攻克的技术课题，解决这一真空复合焊接轧制过程的技术难题意义重大。

发明内容

本发明针对高碳当量特厚复合坯焊接过程中易出现焊接微裂纹的技术难题，结合炼钢厂现场生产工艺流程，提供了一种高碳当量特厚复合坯真空电子束组坯焊接工艺，能够有效避免焊接微裂纹的产生，实现了高碳当量特厚复合板的低成本稳定生产。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种高碳当量特厚复合坯真空电子束组坯焊接工艺，所述高碳当量特厚复合坯的碳当量≥0.5％，成品钢板厚度为150～450mm；复合坯真空电子束组坯焊接工艺包括如下步骤：

1)复合坯料选择；选取长度差、宽度差均不大于10mm的连铸坯作为待复合坯料，连铸坯下线后堆垛缓冷，堆垛温度≥500℃，堆垛时间不小于48h；

2)复合坯料加工；对连铸坯待复合表面及四个侧面进行铣磨加工，去除氧化层和锈蚀层，铣磨加工后连铸坯对角线尺寸偏差≤5mm，板面平直度≤1mm/m，组坯间隙≤0.5mm；表面粗糙度Ra≤12.5μm；

3)复合坯预热；将加工完成的连铸坯组坯后运至刚下线的连铸坯垛内进行烘烤预热，自下至上放置顺序依次为：红坯-复合坯-红坯；烘烤2～4h，保证板坯预热后的中心温度在300～400℃；

4)表面二次清理；复合坯预热达到要求温度后，将组成复合坯的连铸坯分别吊运至对中机，对复合面以及侧面进行二次打磨，打磨后吹扫；

5)保温及均匀化；对连铸坯表面覆盖石棉进行保温；重新组坯，组坯后观察待焊接结合缝，根据待焊接结合缝变形程度制定缓冷时间，待焊接结合缝变形量＞2mm，缓冷2～3h；待焊接结合缝变形量＝1～2mm，缓冷1～2h；待焊接结合缝变形量≤1mm，无需缓冷；

6)复合坯焊接；对复合坯进行真空电子束点焊操作；采取先点焊再连续焊的方式；点焊操作的焊接电流100～200mA，焊速8～12mm/s；连续焊接电流300～500mA，焊速5～8mm/s，聚焦电流500～530mA；采用对称性焊接顺序焊接；

7)焊后入炉加热：焊接后将复合坯放在真空室内缓冷，待应力充分释放后取出，吊运至室式炉进行加热后轧制。

所述步骤1)中连铸坯铣削面最后一道铣削加工时的吃刀深度≤2mm，铣削速度≤100mm/min。

所述步骤3)中位于上层的红坯及位于下层的红坯均为多块。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)本发明实现了高碳当量特厚复合板坯的连续稳定生产；在真空复合连续焊接过程中有效控制了待焊接结合缝过大、焊接过程焊肉开裂、待焊接结合缝扩张等一系列问题；

2)本发明所述工艺可操作性强，生产成本较低，在保证成材率、钢板探伤合格率及性能合格率的前提条件下，实现采用连铸坯复合生产150-400mm特厚高碳当量钢板。

具体实施方式

本发明所述一种高碳当量特厚复合坯真空电子束组坯焊接工艺，所述高碳当量特厚复合坯的碳当量≥0.5％，成品钢板厚度为150～450mm；高碳当量特厚复合坯真空电子束组坯焊接工艺包括如下步骤：

1)复合坯料选择；选取长度差、宽度差均不大于10mm的连铸坯作为待复合坯料，连铸坯下线后堆垛缓冷，堆垛温度≥500℃，堆垛时间不小于48h；

2)复合坯料加工；对连铸坯待复合表面及四个侧面进行铣磨加工，去除氧化层和锈蚀层，铣磨加工后连铸坯对角线尺寸偏差≤5mm，板面平直度≤1mm/m，组坯间隙≤0.5mm；表面粗糙度Ra≤12.5μm；

3)复合坯预热；将加工完成的连铸坯组坯后运至刚下线的连铸坯垛内进行烘烤预热，自下至上放置顺序依次为：红坯-复合坯-红坯；烘烤2～4h，保证板坯预热后的中心温度在300～400℃；

4)表面二次清理；复合坯预热达到要求温度后，将组成复合坯的连铸坯分别吊运至对中机，对复合面以及侧面进行二次打磨，打磨后吹扫；

5)保温及均匀化；对连铸坯表面覆盖石棉进行保温；重新组坯，组坯后观察待焊接结合缝，根据待焊接结合缝变形程度制定缓冷时间，待焊接结合缝变形量＞2mm，缓冷2～3h；待焊接结合缝变形量＝1～2mm，缓冷1h；待焊接结合缝变形量≤1mm，无需缓冷；

6)复合坯焊接；对复合坯进行真空电子束点焊操作；采取先点焊再连续焊的方式；点焊操作的焊接电流100～200mA，焊速8～12mm/s；连续焊接电流300～500mA，焊速5～8mm/s，聚焦电流500～530mA；采用对称性焊接顺序焊接；

7)焊后入炉加热：焊接后将复合坯放在真空室内缓冷，待应力充分释放后取出，吊运至室式炉进行加热后轧制。

所述步骤1)中连铸坯铣削面最后一道铣削加工时的吃刀深度≤2mm，铣削速度≤100mm/min。

所述步骤3)中位于上层的红坯及位于下层的红坯均为多块。

以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。下述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。

【实施例1】

本实施例中，高碳当量特厚复合坯的材质为1.2311，复合坯尺寸为600mm(厚)×2000mm(宽)×4200mm(长)，成品板的厚度为300mm；组坯焊接工艺如下：

1、表面加工；严控坯料表面加工质量，铣削面最后一遍铣削加工的吃刀深度为2mm，铣削速度为100mm/min，有效保证铣削后的接合面质量。

2、板坯预热；将组好的复合坯运至刚下线的连铸坯垛内进行烘烤预热，下部垫放4块红坯后，放复合坯，复合坯的上部再压4块红坯；烘烤3小时，板坯预热后的中心温度为350℃。

3、表面二次清理；复合坯预热后，将坯料通过过跨车吊运至对中机，对复合面以及侧面进行二次打磨，打磨后吹扫，确保表面无氧化物、油污、灰尘等。

4、保温及均匀化；对连铸坯表面覆盖石棉进行保温；重新组坯，组坯后观察待焊接结合缝，根据待焊接结合缝变形程度制定缓冷时间，待焊接结合缝变形量＞2mm，缓冷2～3h；待焊接结合缝变形量＝1～2mm，缓冷1h；待焊接结合缝变形量≤1mm，无需缓冷。

5、复合坯焊接；对复合坯进行真空电子束点焊操作。采取先点焊再连续焊的方式，点焊操作的焊接电流150mA，焊速8mm/s。连续焊接电流500mA，焊速5mm/s，聚焦电流530mA。采用对称性焊接顺序焊接。

6、焊后入炉加热：焊接后将复合坯放在真空室内缓冷，待应力充分释放后取出，吊运至室式炉进行加热后轧制到成品厚度300mm。

【实施例2】

本实施例中，高碳当量特厚复合坯的材质为AGMJ50：复合坯的厚度600mm×2200mm×3800mm，成品板的厚度为350mm。组坯焊接工艺如下：

1、表面加工；铣削面最后一遍铣削加工的吃刀深度1mm，铣削速度70mm/min。

2、板坯预热；将组好的复合坯运至刚下线的连铸坯垛内进行烘烤预热，下部垫放4块红坯，然后放复合坯，复合坯的上部再压3块红坯；烘烤4小时，复合坯预热后的中心温度为320℃。

3、表面二次清理；复合坯预热后，将组成复合坯的连铸料分别通过过跨车吊运至对中机，对复合面以及侧面进行二次打磨，打磨后吹扫，确保表面无氧化物、油污、灰尘等。

4、保温及均匀化；对连铸坯表面覆盖石棉进行保温；重新组坯，组坯后观察待焊接结合缝，根据待焊接结合缝变形程度制定缓冷时间，待焊接结合缝变形量＞2mm，缓冷2～3h；待焊接结合缝变形量＝1～2mm，缓冷1h；待焊接结合缝变形量≤1mm，无需缓冷。

5、复合坯焊接；点焊的焊接电流150mA，焊速10mm/s。窄边5点，宽边6点，点焊顺序，对称焊接，连续焊接的焊接电流350mA，焊速6mm/s，聚焦电流520mA。焊接顺序，对称焊接。

6、焊后入炉加热；焊接后将复合坯放在真空室内缓冷，待应力充分释放后取出，吊运至室式炉进行加热后轧制到成品厚度400mm。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种高碳当量特厚复合坯真空电子束组坯焊接工艺，其特征在于，所述高碳当量特厚复合坯的碳当量≥0.5％，成品钢板厚度为150～450mm；复合坯真空电子束组坯焊接工艺包括如下步骤：

1)复合坯料选择：选取长度差、宽度差均不大于10mm的连铸坯作为待复合坯料，连铸坯下线后堆垛缓冷，堆垛温度≥500℃，堆垛时间不小于48h；

2)复合坯料加工：对连铸坯待复合表面及四个侧面进行铣磨加工，去除氧化层和锈蚀层，铣磨加工后连铸坯对角线尺寸偏差≤5mm，板面平直度≤1mm/m，组坯间隙≤0.5mm；表面粗糙度Ra≤12.5μm；

3)复合坯预热：将加工完成的连铸坯组坯后运至刚下线的连铸坯垛内进行烘烤预热，自下至上放置顺序依次为：红坯-复合坯-红坯；烘烤2～4h，保证板坯预热后的中心温度在300～400℃；

4)表面二次清理；复合坯预热达到要求温度后，将组成复合坯的连铸坯分别吊运至对中机，对复合面以及侧面进行二次打磨，打磨后吹扫；

5)保温及均匀化；对连铸坯表面覆盖石棉进行保温；重新组坯，组坯后观察待焊接结合缝，根据待焊接结合缝变形程度制定缓冷时间，待焊接结合缝变形量＞2mm，缓冷2～3h；待焊接结合缝变形量＝1～2mm，缓冷1～2h；待焊接结合缝变形量≤1mm，无需缓冷；

6)复合坯焊接：对复合坯进行真空电子束点焊操作；采取先点焊再连续焊的方式；点焊操作的焊接电流100～200mA，焊速8～12mm/s；连续焊接电流300～500mA，焊速5～8mm/s，聚焦电流500～530mA；采用对称性焊接顺序焊接；

7)焊后入炉加热：焊接后将复合坯放在真空室内缓冷，待应力充分释放后取出，吊运至室式炉进行加热后轧制。

2.根据权利要求1所述的一种高碳当量特厚复合坯真空电子束组坯焊接工艺，其特征在于，所述步骤1)中连铸坯铣削面最后一道铣削加工时的吃刀深度≤2mm，铣削速度≤100mm/min。

3.根据权利要求1所述的一种高碳当量特厚复合坯真空电子束组坯焊接工艺，其特征在于，所述步骤3)中位于上层的红坯及位于下层的红坯均为多块。