CN111101065A - 一种高强度耐腐蚀耐高温焊丝钢及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高强度耐腐蚀耐高温焊丝钢及其生产方法，其中所述高强度耐腐蚀耐高温焊丝钢以质量百分计的化学成分包括：C：0.06～0.12；Si：0.35～0.70；Mn：1.45～1.75；P≤0.020；S≤0.012；Cr：0.12～0.24；Ni：0.70～0.90；Mo：0.20～0.56；Ti：0.09～0.19；余量为Fe和不可避免的杂质。提供的焊丝钢力学性能满足：抗拉强度≥745MPa，延伸率≥32％，断面收缩率≥72％，可以大规模生产，具有良好的推广价值。

Description

一种高强度耐腐蚀耐高温焊丝钢及其生产方法

技术领域

本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种高强度耐腐蚀耐高温焊丝钢及其生产方法。

背景技术

随着我国国民经济的高速发展，钢铁材料逐渐由普通级别向高强度高韧性方向发展；同时，与之配套的高强度级别的焊丝钢的市场需求也越来越大，我国也逐步将水电、核电、耐候桥梁、压力容器、铁路车辆等钢材的配套的焊材实现国产化。因此对焊丝的强度和韧性性能提出了更高的要求，尤其对焊丝的特殊性能耐腐蚀性和耐高温性等特殊性能要求更为严格。常用的普通焊丝不能与耐腐蚀、耐高温钢材紧密熔敷，容易导致钢材性能达不到目标要求。为满足了国内对高强度焊丝钢盘条的需求研发700MPa级高强度耐腐蚀、耐高温高强度焊丝，具有广阔的市场前景和良好的经济效益。

发明内容

针对现有技术中存在的问题的一个或多个，本发明的一个方面提供一种高强度耐腐蚀耐高温焊丝钢，所述高强度耐腐蚀耐高温焊丝钢以质量百分计的化学成分包括：C：0.06～0.12；Si：0.35～0.70；Mn：1.45～1.75；P≤0.020；S≤0.012；Cr：0.12～0.24；Ni：0.70～0.90；Mo：0.20～0.56；Ti：0.09～0.19；余量为Fe和不可避免的杂质。

上述高强度耐腐蚀耐高温焊丝钢的力学性能满足：抗拉强度≥745MPa，延伸率≥32％，断面收缩率≥72％。

本发明的另一方面提供一种高强度耐腐蚀耐高温焊丝钢的生产方法，包括以下工序：高炉铁水―铁水预处理―转炉顶复吹冶炼—LF钢包炉精炼―小方坯连铸―加热炉加热—高压水除鳞—粗轧轧制—飞剪—中轧轧制—卡断剪—精轧轧制—吐丝—斯太尔摩线延迟冷却—集卷—取样、检验—打捆—称重、挂牌—成品线材，其中所述铁水预处理工序中使得铁水中的硫含量≤0.06％；所述转炉顶复吹冶炼工序中使得磷含量≤0.13％，硫含量≤0.06％；所述LF钢包炉精炼工序中就位温度为1542～1570℃，精炼离位温度1598～1615℃，精炼处理时间28～66min；所述小方坯连铸工序中过热度控制在15～25℃之间，拉速在1.9m/min-2.2m/min之间；所述加热炉加热工序中加热总时间≥2.5小时，其中加热炉预热段温度≤800℃，加热一段温度≤1200℃，加热二段温度1100～1300℃，均热段温度：1100～1260℃；轧制的开轧温度控制在950～1110℃；所述吐丝的温度为930～950℃。

基于以上技术方案提供的高强度耐腐蚀耐高温焊丝钢的生产方法利用金属元素合金化提高焊丝强度，同时在轧制工艺下提高了焊丝的伸长率、断面收缩率等性能。使高强度耐腐蚀耐高温钢材焊后金属具有良好的耐腐蚀性和耐高温性能，解决母材和焊缝金属组织性能不匹配的问题。另外，本发明提供的方法可在非调制状态下生产700MPa高强度焊丝，省去热处理工艺，降低生产成本，并使得高强度焊丝具有良好的组织和性能，在拉拔过程中免去退火工艺，可以节约能源，降低成本，相比国内生产的其他高强度焊丝具有独特的优势。生产效率高、经济效益好，适合于大规模生产，具有良好的推广价值。获得的高强度耐腐蚀耐高温焊丝钢的力学性能满足：抗拉强度≥745MPa，延伸率≥32％，断面收缩率≥72％，金相组织为铁素体+珠光体，根据《耐候钢周期浸润腐蚀试验方法标准》对熔敷金属和母材钢板分别进行耐候实验，焊缝金属相对腐蚀失重比率0.97％-0.99％。600℃高温下保温三小时，抗拉强度≥523MPa，满足标准要求。

具体实施方式

针对现有技术中心存在的缺陷，本发明在成分设计中选择Cr-Ni-Mo-Ti合金系进行设计，通过合金元素铬、镍、钼钛综合作用提高焊丝综合力学性能，使焊丝与母材焊接时更好的熔敷在一起。由于成分的波动对焊丝后期的拉拔性能有很大影响，因此本发明化学成分采用窄成分控制，能够保证焊丝盘条的通条性和稳定性，并提高焊丝的拉拔性能。该焊丝在焊接过程中飞溅少、电弧稳定、焊缝成型美观，熔敷效率高。严格限制S、P等杂质含量，适用于Ar+CO₂混合气体的焊丝，可以广泛应用于工程机械、管线、船舶、压力容器等700MPa以上的高强钢结构的焊接。

本发明提供一种高强度耐腐蚀耐高温焊丝钢，其材料包含以下以质量百分计的化学成分：C：0.06～0.12；Si：0.35～0.70；Mn：1.45～1.75；P≤0.020；S≤0.012；Cr：0.12～0.24；Ni：0.70～0.90；Mo：0.20～0.56；Ti：0.09～0.19；余量为Fe和不可避免的杂质。

Ni元素能够提高钢的强度和韧性，可提高铁素体基体韧性和促进铁素体的形成，但其加入量应该大于0.7％，Ni能够提高钢的淬透性，含量高时，可显著改变钢的物理性质，提高钢的耐腐蚀能力，但较高的含量会增加成本。本发明中Ni的含量优选为0.70～0.90％。

Mo是获得高强度焊缝金属的主要元素，作为一种高熔点物质，对细化晶粒作用良好，且在提高强度的同时对塑韧性损伤不大，能够明显提高钢的淬透性和热强性，可显著提高钢的高温蠕变强度，在含钼的低合金耐热钢中钼的作用是强化固溶体及形成性能优异的细小碳化物，本发明中Mo的含量优选为0.20～0.56％。

Cr元素能够提高焊丝钢的组织稳定性，也能够提高钢的抗氧化能力和抗腐能力铬元素有利于提高焊缝韧性的同时还可以和碳形成弥散分布的碳化物提高焊缝强度，Cr元素有利于提高针状铁素体的含量，减少先共析铁素体，并有细化铁素体晶粒的作用，提高焊缝强度韧性，但是较高的铬元素增加了钢的淬透性，使钢材在轧制过程中对冷却速度的变化较为敏感，本发明中Cr的含量优选为0.12～0.24％。

Ti元素能够细化晶粒从而提高钢的强度和韧性，是一种微合金强化元素，它与氮、碳形成氮化钛及碳化钛质点来达到细化晶粒的目的，从而提高焊缝金属的综合机械性能，但是Ti含量超过0.20％将降低焊丝盘条的拉拔性能，要限制在一个合理的范围内，控制在0.09～0.19％。

本发明还提供一种高强度耐腐蚀耐高温焊丝钢的生产方法，其包括：高炉铁水―铁水预处理―转炉顶复吹冶炼—LF钢包炉精炼―小方坯连铸―加热炉加热—高压水除鳞—粗轧轧制—飞剪—中轧轧制—卡断剪—精轧轧制—吐丝—斯太尔摩线延迟冷却—集卷—取样、检验—打捆—称重、挂牌—成品线材。在生产过程中，如下表1控制非金属夹杂物目标。

表1：非金属夹杂物(级)

下面将结合实施例对本发明做进一步详细说明。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同方面。本发明提供了各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

以下以具体实施例详述本发明。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，但本发明的公开内容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。

实施例中进行了三炉(炉1、炉2和炉3)高强度耐腐蚀耐高温焊丝钢的生产，其生产方法包括以下工序：高炉铁水―铁水预处理―转炉顶复吹冶炼—LF钢包炉精炼―小方坯连铸―加热炉加热—高压水除鳞—粗轧轧制—飞剪—中轧轧制—卡断剪—精轧轧制—吐丝—斯太尔摩线延迟冷却—集卷—取样、检验—打捆—称重、挂牌—成品线材。

具体为：

1)铁水预处理：铁水中的硫含量≤0.040％；

2)转炉顶复吹冶炼

控制出钢C含量0.02-0.06％，出钢温度1586-1596℃，复吹转炉冶炼，为进一步减少钢中夹杂物含量，造白渣终渣碱度按3.0控制，采用硅锰、低碳锰铁、金属锰、低碳铬铁合金化，终脱氧采用有Al脱氧，加入脱氧剂:金属锰:1200kg铝铁:100kg中碳铬铁:250kg。

3)LF钢包炉精炼：全程按精炼规程进行吹Ar操作，根据转炉钢水成份及温度进行脱硫、成份微调及升温操作保证。[0]≤30ppm，[N]≤60ppm，[H]≤2.0ppm。采用低铝钛铁增钛，精炼末期采用硅钡线代替硅钙线，减少焊丝中钙元素的的摄入量，减轻对飞溅产生的影响。同时大压力吹氩气搅拌，软吹时间大于10min，增加钢液流动，使夹杂物充分上浮后去除，最终实现钢水脱硫、脱氧。利用LF精炼技术，提高了钢水纯净度，改善焊丝钢钢坯的内在质量。喂丝种类、氩气耗量、软吹时间、软吹流量、上台温度如表2所示。

表2：喂丝种类、软吹时间、软吹流量、上台温度

4)小方坯连铸：

实施全保护浇注，大包长水口氩封，开浇前2min开始向中包内充满氩气；大包开浇后向中包内投入碱性覆盖剂，使其迅速覆盖渣面，当渣面全面覆盖钢水后，才能将吹氩管撤出；中间包到结晶器加挂浸入式水口，防止钢水二次氧化，保证夹杂物的含量得到进一步控制。

液相线温度TL＝1511℃，过热度要求不大于35℃，尽量控制在25℃～30℃,采用恒拉速操作，拉速控制在2.0～2.2m/min，连铸坯切割后及时下线缓冷，下铺上盖型，缓冷时间大于36小时，缓冷去氢，减少内部铸坯应力的产生。下表3示出了过热度和拉速参数。

表3：过热度及拉速

5)加热炉加热：预热段时间25min，温度720-740℃，加热1段时间50min，温度930-945℃，加热2段时间55min，温度1200-1220℃，均热段时间30min，温度1240-1260℃。

6)轧制和吐丝

为了有效控制奥氏体晶粒度，获得良好的金相组织，开轧温度控制在985～1000℃左右，入精轧温度控制在920～940℃左右，并合理设定轧机间水箱水量。为了将过冷奥氏体充分的转变为较多铁素体+少量珠光体组织，避免产生贝氏体组织，使盘条具有良好的拉拔性能。降低吐丝温度，控制吐丝温度在901～915℃，辊道起始速度0.20m/s，出保温罩的温度＜600℃。

通过以上工序获得高强度耐腐蚀耐高温焊丝钢，其成品钢化学成分以及力学性能如下表4和表5所示。其中焊缝金属相对腐蚀失重比率是根据《耐候钢周期浸润腐蚀试验方法标准》对熔敷金属和母材钢板分别进行耐候实验检测得到。高温抗拉强度是在600℃高温下保温三小时后检测获得。

表4：成品钢化学成分％

表5：成品钢力学性能

根据上表5的数据可知，各炉次的高强度耐腐蚀耐高温焊丝钢均具有优异的力学性能，满足：抗拉强度≥745MPa，延伸率≥32％，断面收缩率≥72％，并且金相组织均匀，为铁素体+珠光体。因此，通过本发明的方法获得一种具有优异强度、韧性及耐腐蚀性和耐高温性的高强度耐腐蚀耐高温焊丝钢。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种高强度耐腐蚀耐高温焊丝钢，其特征在于，所述高强度耐腐蚀耐高温焊丝钢以质量百分计的化学成分包括：C：0.06～0.12；Si：0.35～0.70；Mn：1.45～1.75；P≤0.020；S≤0.012；Cr：0.12～0.24；Ni：0.70～0.90；Mo：0.20～0.56；Ti：0.09～0.19；余量为Fe和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的高强度耐腐蚀耐高温焊丝钢，其特征在于，所述高强度耐腐蚀耐高温焊丝钢的力学性能满足：抗拉强度≥745MPa，延伸率≥32％，断面收缩率≥72％。

3.权利要求1或2所述的高强度耐腐蚀耐高温焊丝钢的生产方法，包括以下工序：高炉铁水―铁水预处理―转炉顶复吹冶炼—LF钢包炉精炼―小方坯连铸―加热炉加热—高压水除鳞—粗轧轧制—飞剪—中轧轧制—卡断剪—精轧轧制—吐丝—斯太尔摩线延迟冷却—集卷—取样、检验—打捆—称重、挂牌—成品线材，其特征在于，所述铁水预处理工序中使得铁水中的硫含量≤0.06％；所述转炉顶复吹冶炼工序中使得磷含量≤0.13％，硫含量≤0.06％；所述LF钢包炉精炼工序中就位温度为1542～1570℃，精炼离位温度1598～1615℃，精炼处理时间28～66min；所述小方坯连铸工序中过热度控制在15～25℃之间，拉速在1.9m/min-2.2m/min之间；所述加热炉加热工序中加热总时间≥2.5小时，其中加热炉预热段温度≤800℃，加热一段温度≤1200℃，加热二段温度1100～1300℃，均热段温度：1100～1260℃；轧制的开轧温度控制在950～1110℃；所述吐丝的温度为930～950℃。