一种焊丝用盘条生产中内部缺陷的控制方法
技术领域
本发明属于焊接材料技术领域,特别涉及一种焊丝用盘条生产中内部缺陷的控制方法。
背景技术
P91焊丝是P91钢的配套气保焊丝,相当于国标GB/T 8110-2008的标准型号ER62-B9,及美标AWS A5.28:2005的标准型号ER90S-B9;能在多种保护气体氛围下获得优良的力学性能和工艺性能。主要应用于超超临界火电机组中过热器、再过热器、主蒸汽管道等部位的焊接,使用温度超过600℃。
目前国内P91管市场保有量约15万吨/年,其焊丝用量约为P91管用量的2%,国内需求量约3000吨/年。该P91焊丝目前主要依赖进口,如日本神户制钢、英国曼彻特、德国蒂森等,进口P91成品焊丝国内售价在140元/公斤左右,尚未发现国内成功开发案例。
P91焊丝属于高合金含量钢种,合金含量超过10%。P91焊丝用钢在冶炼生产过程中,由于合金及碳化物易发生析出,降低了焊丝用钢即焊丝用盘条钢的材料塑性,使焊丝用盘条钢内部及表面易产生裂纹、折叠、疏松等缺陷。而在生产过程中控制焊丝用盘条钢的内部缺陷难度很大。
因此,控制P91焊丝盘条中的裂纹及其它内部缺陷是一项艰巨的技术工作。
发明内容
本发明根据P91焊丝盘条生产过程中易产生裂纹及其它内部缺陷问题,提供了一种焊丝用盘条生产中内部缺陷的控制方法。本方法通过模铸钢锭热送、初轧方坯退火、成品盘条避风堆冷及麻布片或耐火保温棉覆盖保温工艺,减少了盘条生产过程中热应力裂纹的产生。通过初轧中间坯切头切尾,方坯矫直、精整修磨、探伤等工艺手段,降低了盘条生产过程容易出现裂纹和其它缺陷的机率。根据本发明的方法所生产的P91焊丝盘条,表面裂纹控制较好,无偏析、缩孔等缺陷,完全符合焊丝用盘条的质量要求。
本发明一方面提供了一种焊丝用盘条生产中内部缺陷的控制方法,包括以下步骤:模铸,轧坯,盘条轧制,成品退火;其中:所述模铸包括铸锭和钢锭热送;所述轧坯包括钢锭加热,开坯初轧,缓冷及退火,精整;所述盘条轧制包括对坯料进行加热,开轧和精轧,减径和定径,盘条避风堆冷和完全覆盖保温;所述成品退火包括对盘条成品进行的退火处理。
进一步的,所述模铸步骤中,铁水温度为1562-1567℃,锭身浇铸时间6-9min,帽口浇铸时间4-10min,拔模时间3-5h,采用热送处理方式;浇注结束后按1.4-1.6kg/t加入发热剂,按0.9-1.1Kg/t加入碳化稻壳;自开始脱模时起2小时内将钢锭装入保温罩内。该步骤所采用的浇铸温度和时间,所采用的热送处理方式以及钢锭在脱模2小时内装入保温罩内的工艺,为钢锭下一步初轧开坯工序减少裂纹及其它缺陷的发生创造了良好的生产条件。
进一步的,所述初轧开坯过程步骤中,将钢锭热送并及时入炉,时间控制≤45min;加热温度及时间为:780±10℃,保温2-3h,以80-135℃/h的加热速度进行4-6h的加热,最后在1260±10℃保温15-20h;
开坯过程中对中间坯进行头部和尾部冒口的切除;切头长度255-265mm,尾部冒口切除长度1245-1255mm;
所述缓冷是对初轧方坯进行冷却和收集,所述初轧方坯的收集温度≥500℃,方坯在预热200℃±10℃的缓冷坑中进行缓冷,缓冷时间48-60h,出坑温度≤200℃;
所述退火是对所述初轧方坯进行冷装退火;所述冷装退火是初轧方坯在缓冷48-60h后入炉,以小于60℃/h的加热速度将初轧方坯加热至780±10℃,保温10-13h,然后以小于40℃/h的冷却速度降至400℃,出炉空冷;
所述退火还可以是热装退火,所述热装退火是将所述初轧方坯收集温度≥500℃时热送入炉,以小于100℃/h的加热速度将所述初轧方坯加热至780±10℃,保温10-13h,然后以小于40℃/h的冷却速度降至400℃,出炉空冷。
进一步的,所述坯料表面精整修磨步骤中,对坯料进行矫直、修磨,以满足坯料弯曲度≤10mm/m,总弯曲度小于全长0.5%的要求:坯料表面修磨深度在0.7-1.0mm。
上述轧坯工序所包括的铸锭加热,开坯初轧,缓冷及退火以及精整步骤,采用了科学的加热和保温时间以及有效的冷却速度;同时在初轧过程中,将具有缺陷的初轧方坯头部和尾部冒口进行切除,并在预热200℃左右的缓冷坑中进行缓冷,最后经保温10h以上的冷装退火或热装退火,和对初轧方坯坯料表面的精整修磨,基本消除了坯料表面的裂纹及其它缺陷,提高了焊丝用盘条钢成品的生产质量。
进一步的,所述轧制盘条过程控制步骤中,方坯采用步进式加热炉进行三段温度加热,三段温度加热控制范围为:一段加热800-900℃,二段加热1080-1160℃,三段加热1170-1230℃,空燃比控制在0.55-0.65;
热轧开轧温度1080-1120℃,进精轧温度895-925℃,进减定径温度835-865℃,吐丝温度865-895℃;轧制后盘条避风堆冷,并用麻布片或耐火保温棉完全覆盖保温;
轧制过程中的辊道速度控制可设定为:入口段,一段至九段设定为0.12m/s,十段0.15m/s,十一段0.18m/s,出口段0.20m/s,成品速度控制在70-75m/s。
进一步的,所述成品退火热处理步骤中,退火温度780±20℃,升温时间4-6h,保温时间6-7h,600±10℃出炉空冷。
在盘条轧制和成品退火过程中,通过三段式温度加热和精轧,合理的辊道速度控制,以及对成品盘条所进行的创新性避风堆冷并用麻布片或耐火保温棉完全覆盖保温的新的技术手段,同时又通过成品盘条退火工艺的实施,保障了成品盘条裂纹的降低和其它缺陷的发生,并且使成品盘条的质量得到维持和持续。使采用本发明的焊丝用盘条钢生产出的焊丝质量更加优良。
本发明的另一方面提供了根据上述方法制备得到的焊丝用盘条。
进一步的,所述焊丝用盘条裂纹深度小于0.03mm,无偏析,抗拉强度范围599-650MPa,屈服强度范围371-401MPa,断面收缩率大于75%,断后伸长率大于24%。
本发明通过模铸钢锭热送、初轧方坯退火、成品盘条避风堆冷及麻布片或耐火保温棉覆盖保温工艺,整个过程均在合理的保温过程中进行,减少了盘条生产过程中热应力裂纹的产生。通过对初轧坯切头切尾,方坯矫直、修磨、探伤和精整,一方面在生产过程中降低了大量裂纹的产生,另一方面通过修麿和精整去除了盘条生产过程出现的少量裂纹,并且无偏析和缩孔等缺陷。根据本发明的方法所生产的焊丝盘条表面裂纹控制完全满足技术要求,并且符合质量控制要求。
本发明的其他特点和优势将在下面的具体实施方式中进行说明。
具体实施方式
以下示例性实施例对本发明的具体实施方式进行详细说明。本发明可以进行各种不同的改进,以及可以包括多种实施方式。
本发明的目的是根据P91焊丝盘条生产过程中易产生裂纹及其它内部缺陷问题,提供一种焊丝用盘条在生产过程中内部缺陷的控制方法。本方法通过模铸钢锭热送、初轧方坯退火、并且采用成品盘条避风堆冷以及麻布片或耐火保温棉或其它保温材料进行覆盖保温的工艺手段,减少了盘条生产过程中热应力裂纹的产生;并且通过在初轧过程中对中间坯切头和切尾,进行方坯矫直、精整修磨和探伤等工艺手段,极大地降低了盘条生产过程容易出现裂纹和其它缺陷的机率,减少了盘条的裂纹和其它缺陷。
本发明采用模铸铸锭并且采用钢锭热送;在模铸步骤中,铁水温度为1562-1567℃,锭身浇铸时间6-9min,帽口浇铸时间4-10min,拔模时间3-5h;浇注结束后按1.4-1.6kg/t加入发热剂,按0.9-1.1Kg/t加入碳化稻壳;自开始脱模时起2小时内将钢锭装入保温罩内,采用热送处理方式。该步骤所采用的浇铸温度和时间,所采用的热送处理方式以及钢锭在脱模2小时内装入保温罩内的工艺,为钢锭下一步初轧开坯工序减少裂纹及其它缺陷的发生创造了良好的生产条件。
本发明在初轧开坯过程步骤中,将钢锭热送并及时入炉,时间控制≤45min;加热温度及时间为:780±10℃,保温2-3h,以80-135℃/h的加热速度进行4-6h的加热,最后在1260±10℃保温15-20h;开坯过程中对中间坯进行头部和尾部冒口的切除;切头长度255-265mm,尾部冒口切除长度1245-1255mm;在对初轧方坯进行缓冷过程中进行冷却和收集,初轧方坯的收集温度≥500℃,方坯在预热200℃±10℃的缓冷坑中进行缓冷,缓冷时间48-60h,出坑温度≤200℃;在缓冷48-60h出坑后入炉对初轧方坯进行冷装退火,以小于60℃/h的加热速度将初轧方坯加热至780±10℃,保温10-13h,然后以小于40℃/h的冷却速度降至400℃,出炉空冷;最后对坯料表面进行精整包括矫直和修磨等步骤。坯料表面修磨深度在0.7-1.0mm,以满足坯料的弯曲度≤10mm/m,总弯曲度小于全长0.5%的要求。
本发明在铸锭加热,开坯初轧,缓冷及退火以及精整步骤,采用了通过试验证明其加热和保温时间以及冷却速度是实际有效的。同时在初轧过程中,将具有缺陷的初轧方坯头部和尾部冒口进行切除,并在预热200℃左右的缓冷坑中进行缓冷,最后经保温10h以上的冷装退火或热装退火,和对初轧方坯坯料表面的精整修磨,基本消除了坯料表面的裂纹及其它缺陷,提高了焊丝用盘条钢成品的生产质量。
本发明在轧制盘条的控制步骤中,采用步进式加热炉对方坯进行三段式温度加热,三段温度加热控制范围为:一段加热800-900℃,二段加热1080-1160℃,三段加热1170-1230℃;空燃比控制在0.55-0.65。热轧开轧时的温度1080-1120℃,进精轧温度895-925℃,进减定径温度835-865℃,吐丝温度865-895℃;轧制后对盘条进行避风堆冷,并采用麻布片或耐火保温棉或其它保温材料进行完全覆盖保温。在成品退火热处理步骤中,退火温度设置为780±20℃,升温时间4-6h,保温时间6-7h,在600±10℃出炉空冷。本发明在轧制过程中还将辊道速度控制为:入口段,一段至九段设定为0.12m/s,十段0.15m/s,十一段0.18m/s,出口段0.20m/s,成品速度控制在70-75m/s。
本发明在盘条轧制和成品退火过程中,通过三段式温度加热和精轧,合理的辊道速度控制,以及对成品盘条所进行的创新性避风堆冷并用麻布片或耐火保温棉完全覆盖保温的新的技术手段,同时又通过成品盘条退火工艺的实施,保障了成品盘条裂纹的降低和其它缺陷的发生,并且使成品盘条的质量得到维持和持续。使采用本发明的焊丝用盘条钢生产出的焊丝质量更加优良。
通过上述本发明的焊丝用盘条生产中内部缺陷的控制方法所制备得到的焊丝用盘条裂纹深度小于0.03mm,无偏析,抗拉强度范围599-650MPa,屈服强度范围371-401MPa,断面收缩率大于75%,断后伸长率大于24%。
本发明通过模铸钢锭热送、初轧方坯退火、成品盘条避风堆冷及麻布片或耐火保温棉覆盖保温工艺,整个过程均在科学合理的保温过程中进行,大大减少了盘条生产过程中热应力裂纹的产生。通过对初轧坯切头切尾,方坯矫直、修磨、探伤和精整,降低了成品盘条大量裂纹的产生,再通过修麿和精整去除了盘条生产过程出现的少量裂纹,使成品盘条无偏析和缩孔,裂纹等缺陷基本消除或完全。本发明的方法所生产的焊丝盘条表面裂纹控制完全满足技术要求,并且完全符合焊丝用盘条的质量控制要求。
实施例1
本实施例在模铸步骤中,模铸锭形为四角锭,模铸的铁水温度为1563℃,锭身浇铸时间6min,帽口浇铸时间5min,拔模时间4h;浇注结束后按1.4kg/t加入发热剂,按0.95Kg/t加入碳化稻壳;开始脱模后1.5h将模铸后的铸锭装入保温罩内,铸锭采用热送处理方式。发热剂对钢水进行绝热保温,从而延长钢水在冒口中的凝固时间,反流回铸,实现补缩;碳化稻壳主要起到保温作用。
将铸锭热送至加热炉,时间控制45min;加热温度775℃,保温2h,以90℃/h的加热速度进行6h的加热,最后在1255℃保温19h。将模铸后的铸锭装入保温罩内并采用热送方式可保障铸锭在输送过程中不因温度下降或冷却而产生裂纹。
之后进行开坯初轧,在开坯初轧过程中,对中间坯进行切头,切头长度260mm;尾部冒口切除,切除长度1245mm。对中间坯进行的切头和切尾可以将可能在后续产生裂纹的隐患消除掉。
对初轧方坯进行收集和冷却,初轧方坯的收集温度500℃,初轧方坯在预热200℃的缓冷坑中进行缓冷,缓冷时间50h,出坑温度180℃。
对初轧方坯进行冷装退火;初轧方坯缓冷50h后出坑入炉,以50℃/h的加热速度将初轧方坯加热至780℃,保温10h,然后以30℃/h的冷却速度降至400℃,出炉空冷。
对方坯表面进行精整和修磨,使盘条坯料的弯曲度达到8mm/m,方坯表面修磨深度在0.7mm,基本去除了其表面的裂纹。
在盘条轧制过程控制步骤中,对初轧方坯采用步进加热炉进行三段温度加热,加热三段温度控制范围为:加热一段800℃,加热二段1090℃,加热三段1180℃,空燃比控制在0.55。
然后进行成品盘条的精轧过程,开轧温度1080℃,进精轧温度900℃,进减径和定径机温度840℃,吐丝温度865℃;将轧制后的盘条进行避风堆冷,采用麻布片将成品盘条完全覆盖进行保温,以保证成品盘条不再有新的裂纹产生或使微小残余裂痕扩大。
本实施例还设定了精轧过程中辊道的运输速度:将入口段、一段、二段、三段、四段、五段、六段、七段、八段以及九段设定为0.12m/s,十段0.15m/s,十一段0.18m/s,出口段0.20m/s,以进一步使成品盘条在轧制过程中内部缺陷的控制得到各个工序的保障。最后成品速度控制在70m/s。
在成品盘条的退火热处理步骤中,本实施例将退火温度设定为780℃,升温时间设定为4h,保温时间6h,600℃出炉空冷。
本实施例在整个生产和中间运输过程中,以及在各个工序的连接过程中均采取了对产品的各种保温措施,避免了在生产衔接和运输过程中因温度下降而带来的内部热应力集中,从而减少了盘条生产过程中热应力裂纹和内部其它缺陷的产生。本实施例所生产的焊丝用盘条经超声波探伤检测,退火后成品盘条存在极少细微的表面裂纹,其裂纹深度为0.02mm;未发现偏析、折叠等缺陷。经强度检测,盘条的抗拉强度为620MPa,屈服强度380MPa,断面收缩率大于81%,断后伸长率大于25%。完全满足焊丝用盘条钢的力学性能和工艺性能。
实施例2
本实施例在模铸步骤中,模铸锭形为四角锭,模铸的铁水温度为1565℃,锭身浇铸时间7min,帽口浇铸时间7min,拔模时间5h;浇注结束后按1.5kg/t加入发热剂,按1.0Kg/t加入碳化稻壳;开始脱模后1.2h将模铸后的铸锭装入保温罩内,铸锭采用热送处理方式。
将铸锭热送至加热炉,时间控制43min;加热温度780℃,保温2.5h,以100℃/h的加热速度进行5.5h的加热,最后在1260℃保温17h;
在开坯初轧过程中,对中间坯进行长度为255mm的切头;尾部冒口切除长度1250mm;
热装退火:初轧方坯收集温度550℃热送入炉,以95℃/h的加热速度将所述初轧方坯加热至780℃,保温12h,然后以35℃/h的冷却速度降至400℃,出炉空冷。
方坯表面进行精整和修磨,将盘条坯料的弯曲度精整为6mm/m,初轧方坯表面修磨深度在0.8mm,以去除表面的细小裂纹。
初轧方坯采用步进加热炉进行三段温度加热,加热三段温度控制范围为:加热一段900℃,加热二段1120℃,加热三段1225℃,空燃比控制在0.60;
开轧温度1100℃,进精轧温度910℃,进减径和定径温度865℃,吐丝温度895℃;轧制后的盘条进行避风堆集冷却,并用耐火保温棉对盘条完全覆盖加强保温;
本实施例设定的辊道速度为:入口段、一段、二段、三段、四段、五段、六段、七段、八段以及九段设定为0.12m/s,十段0.15m/s,十一段0.18m/s,出口段0.20m/s,成品速度控制在72m/s。
在成品退火热处理步骤中,退火温度790℃,升温时间5h,保温时间6h,600℃出炉空冷。
本实施例所生产的焊丝用盘条经超声波探伤检测,退火后成品盘条表面的少许细微裂纹深度为0.015mm;未发现偏析、折叠等缺陷。经强度检测,盘条的抗拉强度为650MPa,屈服强度401MPa,断面收缩率78%,断后伸长率大于29%。完全满足焊丝用盘条钢,尤其是P91类焊丝盘条的技术要求。
实施例3
本实施例模铸锭形为四角锭,铸锭的铁水温度为1567℃,锭身浇铸时间9min,帽口浇铸时间9min,拔模时间3h;浇注结束后按1.6kg/t加入发热剂,按0.98Kg/t加入碳化稻壳;开始脱模后1.7h将模铸后的铸锭装入保温罩内,铸锭采用热送处理方式。
将铸锭热送至加热炉,时间控制42min;加热温度785℃,保温3h,以120℃/h的加热速度进行4h的加热,最后在1260℃保温18h;上述模铸后铸锭立即装入保温罩内并采用热送处理方式送到加热炉,使铸锭在运输过程中始终处于保温状态,不会因热量损耗过多而产生裂纹和内部缺陷。在开坯初轧过程中,对中间坯进行长度265mm的切头,以及对尾部冒口进行长度1255mm的切除;
初轧方坯的收集温度530℃,之后在预热210℃的缓冷坑中进行缓冷,缓冷时间55h,出坑温度190℃;
冷装退火;初轧方坯缓冷55h后入炉,以55℃/h的加热速度将初轧方坯加热至785℃,保温13h,然后以35℃/h的冷却速度降至400℃,出炉空冷;
方坯表面进行精整和修磨后,盘条坯料的弯曲度为9mm/m,方坯表面修磨深度在0.9mm。盘条坯料的弯曲度和表面质量均在所要求的可控范围内。
进入盘条轧制程序后,初轧方坯采用步进加热炉进行三段温度加热,加热三段温度控制范围为:加热一段860℃,加热二段1150℃,加热三段1210℃,空燃比控制在0.65;
开轧温度1120℃,进精轧温度925℃,进减径和定径温度850℃,吐丝温度880℃;轧制后的盘条进行避风堆冷,并用麻布片完全覆盖保温;
所设定的辊道速度为:入口段、一段、二段、三段、四段、五段、六段、七段、八段以及九段设定为0.12m/s,十段0.15m/s,十一段0.18m/s,出口段0.20m/s,成品速度控制在75m/s。
成品退火热处理步骤中,退火温度800℃,升温时间6h,保温时间6.5h,610℃出炉空冷。
本实施例的焊丝用盘条经检测,退火后成品盘条的表面裂纹极少,其细小的裂纹深度仅在0.01mm;也未发现偏析、折叠等缺陷。经强度检测,盘条的抗拉强度为620MPa,屈服强度380MPa,断面收缩率82%,断后伸长率26%。完全满足P91焊丝用盘条钢的力学性能和工艺性能。
本发明的上述各个实施例仅仅是示例性的,其他人可对这些实施例进行各种改进。在不脱离本发明设计原理和基本结构的情况下,这些改变可能被视为本发明的保护范围。