CN112267005B - 一种大线能量焊接钢板的炼钢方法 - Google Patents

一种大线能量焊接钢板的炼钢方法 Download PDF

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Abstract

本发明一种大线能量焊接钢板的炼钢方法，包括LF炉精炼工序、VD炉精炼工序，VD炉精炼工序VD炉破空后，将VD炉钢包底部吹入的氩气改为氮气，氮气流量控制在40‑50NL/min，在氮气软吹的同时喂入镁线300‑500m/炉；喂镁线结束后，继续用氮气软吹3‑5min；经过本发明生产得到的钢液经过连铸、轧制、热处理工序得到钢板，钢板能适应200‑300KJ/cm大线能量焊接的要求，所述钢板焊接热影响区的（Al、Mg、Ti、N）非金属夹杂物复合相尺寸0.2‑2.5μm。

Description

一种大线能量焊接钢板的炼钢方法
技术领域
本发明属于钢铁冶金技术领域，尤其涉及一种大线能量焊接钢板的炼钢方法。
背景技术
随着我国海洋开发的不断发展，尤其是在国家发展海洋战略的背景下，以海洋钻井平台、浮船坞、风车安装船等为代表的海洋工程装备的建造迎来了一个新的高速发展时期，因此海洋工程装备所用钢板也将得到了快速发展，需求量不断增加，钢板用量增加的同时对钢板焊接技术也提出了新的挑战，由于需要量极大，必须提高焊接效率，这样就要求钢板能够采用提高焊接效率的大线能量焊接技术。
大线能量焊接钢板一般是指焊接时能量输入大于50KJ/cm的钢板，大线能量焊接时由于高温停留时间长，相变冷却速度慢，钢板焊接热影响区的奥氏体晶粒长大迅速，导致焊接处的冲击韧性急剧下降，针对这种情况，有学者提出了利用钢中生产细小弥散的非金属夹杂物作为核心，促进焊接区冷却过程作为中针状铁素体的核心，可以钉轧晶界而达到抑制奥氏体晶粒长大，从而达到提高钢板焊接能量的输入且钢板焊接性能不降低的目的。
根据此原理国内外已开发出了多种能大线能量焊接的钢板，专利文献CN102839330A公开了800MPa级高强度大线能量焊接用厚板，通过提高钢Ni含量，促进贝氏体内碳化物的析出并且使其均匀分析，从而改善钢板焊接韧性，但是此专利通过钢板中添加较高的贵金属Ni含量实现的，使钢板生产成本大幅度提高，不利于大面积的推广。专利文献CN107904504A公开了一种正火态的可大线能量焊接用的EH36特厚钢板及制备方法，焊接时钢板焊接热影响区的（Ti，V）(C，N)复合相析出粒子，能够生产正火态交货的80-100mm特厚的EH36钢板的大线能量焊接，此正火态交货的80-100mm的钢板使用量较少，也不利于大规模的推广应用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种大线能量焊接钢板的炼钢方法，得到的钢板满足200-300KJ/cm大线能量焊接的要求，生产成本较低。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种大线能量焊接钢板的炼钢方法，包括LF炉精炼工序、VD炉精炼工序，其特征在于，所述VD炉精炼工序，操作步骤如下：
（1）氮气软吹：VD炉破空后，将VD炉钢包底部吹入的氩气改为氮气，氮气流量控制在40-50NL/min，
（2）喂线：在步骤1氮气软吹的同时喂入镁线300-500m/炉；
（3）合金均匀化：在步骤2喂镁线结束后，继续用氮气软吹3-5min；
本发明在VD真空后软吹氮气，使软吹入的氮气与钢水中的Ti合金反应，生成所需的微小非金属夹杂物复合物相；在VD软吹氮气的时候喂入镁线，提高了镁的收得率；
优选的，VD炉精炼处理结束后，钢液中化学成分满足：Ti：0.010-0.050%，Mg：0.0020%-0050%，Al≤0.003%，N含量0.0040-0.0060%，并且Ti/N≥1.66。
本发明钢中Al、Ti、Mg、N含量的控制，使钢中生产大量的微小的（Al、Ti、Mg、N）非金属夹杂物复合相，能大幅度提高最终钢板的大线能量焊接要求。
优选的，VD炉精炼在高真空保持时前5min采用大氩气，氩气流量控制在200～240NL/min，真空保持后期氩气调小，氩气流量控制在80～100NL/min。
优选的，所述LF炉精炼工序，操作步骤如下：
（1）造渣：LF精炼升温过程，陆续分批次加入总量8～10kg/t钢的石灰、1.5～2.0kg/t钢的萤石进行造精炼渣，然后加入3～5kg/t钢的硅铁进行脱氧，同时陆续分批加入2.0～3.0kg/t钢的电石辅助造渣；
（2）脱氧脱硫，当钢水温度升高到1580～1600℃时，停止送电，喂入0.5～0.8kg/t钢的Al线进行脱氧脱硫，同时将氩气流量调到500～600NL/min，进行大氩气充分搅拌脱氧脱硫。
（3）合金化，当精炼渣形成白渣后，根据冶炼钢种所需的合金成分添加Ti合金以及其他其它合金，然后送电升温熔化合金，使合金熔化。
LF炉精炼使钢液脱硫脱氧，目的是使钢中的Al、Ti、Mg在VD炉与N反应生成复合非金属夹杂物。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
采用本发明生产得到的海工钢EH36钢板能适应200-300KJ/cm大线能量焊接的要求，所述钢板焊接热影响区的（Al、Mg、Ti、N）非金属夹杂物复合相尺寸0.2-2.5μm。
具体实施方式
本发明一种大线能量焊接钢板的炼钢方法，炼钢过程如下：
LF炉精炼座包升温，经初炼炉冶炼合格的钢水座包到LF炉，座包后吹氩测温，氩气接通后氩气流量控制在80～100NL/min，测温后根据温度情况，进行送电升温，将钢水温度升到适合造渣脱氧范围内；
LF炉精炼造渣，LF精炼升温过程，陆续分批次加入总量8～10kg/t钢的石灰，1.5～2.0kg/t钢的萤石进行初步造渣，然后加入3～5kg/t钢的硅铁进行脱氧，同时陆续分批加入2.0～3.0kg/t钢的电石辅助造渣，渣况稀稠合适，埋弧较好后进入下一步工序；
LF炉精炼脱氧脱硫，当钢水温度升高到1580～1600℃时，停止送电，喂入0.5～0.8kg/t钢的Al线，进行脱氧脱硫，同时将氩气流量调到500～600NL/min，进行大氩气充分搅拌脱氧脱硫；
LF炉精炼合金化，当精炼渣形成白渣后，根据冶炼钢种所需的合金成分添加Ti合金以及其它合金，然后送电升温熔化合金，使合金均匀化；
LF炉精炼测温取样，所以合金熔化后，测量钢水温度，要求钢水温度1660-1680℃，如果钢水温度不够，送电升温。
LF炉精炼吊包，当钢水成分、温度合适时从LF炉吊包到VD炉。
VD炉精炼真空前的准备，钢水经LF精炼处理后，成分温度符合要求，钢渣良好，钢包液面自由空间足够大，确保钢包底吹氩良好；
VD炉精炼抽真空，真空前准备工作完成后，盖上VD炉盖，打开真空泵开始抽真空，抽真空过程中根据钢水翻腾情况调整好氩气流量，不要让钢渣喷溅出钢包外。
VD炉精炼真空保持，在真空保持过程中，要求真空度≤66.7Pa，真空保持时间≥15min；
VD炉精炼氩气控制，在高真空保持时前5min采用大氩气，氩气流量控制在200～240NL/min，真空保持后期氩气流量调小，氩气流量控制在80～100NL/min；
VD炉精炼破空，高真空保持时间结束后，关闭真空泵，并向VD炉内充入氮气，当VD炉内压力达到大气压力时，打开炉盖。
VD炉精炼氮气软吹，打开VD炉盖后，将VD炉钢包底部吹入的氩气改为吹入氮气，氮气流量控制在40-50NL/min；
VD炉精炼喂线，在钢包底部吹氮气的同时每炉钢喂入镁线300-500m；
VD炉精炼均匀化，喂入镁线结束后，继续用氮气软吹3-5min，使加入的镁合金均匀化；
VD炉精炼测温取样，软吹使镁合金均匀化后测温取样；
VD炉精炼吊包：当钢水温度达到1550-1570℃，成分合适时吊包上连铸。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
为了更好的说明本发明，下面通过实施例做进一步的举例说明。
实施例1－8
一种大线能量焊接钢板的化学成分及其重量百分含量见表1，按照上述实施方式进行生产，LF炉精炼工序石灰、萤石、硅铁、电石加入量见表2，LF炉精炼工序喂铝线时钢液温度、铝线喂入量、脱氧脱硫步骤中氩气流量见表2。VD炉精炼工序，氮气软吹步骤中氮气流量、喂线步骤中镁线喂入量、合金均匀化步骤中软吹时间见表3，VD炉精炼在高真空保持时前5min氩气流量（表3中用“大氩气流量”表示）、后期氩气流量（表3中用“小氩气流量”表示）见表3。
表1
Figure DEST_PATH_IMAGE001
表2
Figure 340237DEST_PATH_IMAGE002
表3
Figure DEST_PATH_IMAGE003
对实施例1－8成品钢板夹杂物尺寸进行检验，检验结果见表4。
对实施例1－8成品钢板进行焊接试验，焊接能量检测结果见表4，对焊接热影响区进行-40℃冲击性能检测，冲击功检测结果见表4。
表4
Figure 149055DEST_PATH_IMAGE004
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种大线能量焊接钢板的炼钢方法，包括LF炉精炼工序、VD炉精炼工序，其特征在于，所述VD炉精炼工序，操作步骤如下：
（1）氮气软吹：VD炉破空后，将VD炉钢包底部吹入的氩气改为氮气，氮气流量控制在40-50NL/min，
（2）喂线：在步骤1氮气软吹的同时喂入镁线300-500m/炉；
（3）合金均匀化：在步骤2喂镁线结束后，继续用氮气软吹3-5min；
VD炉精炼处理结束后，钢液中化学成分满足：Ti：0.028-0.050%，Mg：0.0020%-0050%，Al≤0.003%，N含量0.0040-0.0060%，并且Ti/N≥5.4。
2.根据权利要求1所述的一种大线能量焊接钢板的炼钢方法，其特征在于，VD炉精炼在高真空保持时前5min采用大氩气，氩气流量控制在200～240NL/min，真空保持后期氩气调小，氩气流量控制在80～100NL/min。
3.根据权利要求1所述的一种大线能量焊接钢板的炼钢方法，其特征在于，所述LF炉精炼工序，操作步骤如下：
（1）造渣：LF精炼升温过程，陆续分批次加入总量8～10kg/t钢的石灰、1.5～2.0kg/t钢的萤石进行造精炼渣，然后加入3～5kg/t钢的硅铁进行脱氧，同时陆续分批加入2.0～3.0kg/t钢的电石辅助造渣；
（2）脱氧脱硫，当钢水温度升高到1580～1600℃时，停止送电，喂入0.5～0.8kg/t钢的Al线进行脱氧脱硫，同时将氩气流量调到500～600NL/min，进行大氩气充分搅拌脱氧脱硫；
（3）合金化，当精炼渣形成白渣后，根据冶炼钢种所需的合金成分添加Ti合金以及其它合金，然后送电升温熔化合金，使合金熔化。
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