CN112342461B - 一种含钛气保焊丝焊接用钢及其生产方法 - Google Patents

一种含钛气保焊丝焊接用钢及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及冶金技术领域，具体公开一种含钛气保焊丝焊接用钢及其生产方法。所述含钛气保焊丝焊接用钢的化学成分组成以质量百分含量计为：C：0.03～0.08％；Mn：1.45～1.55％；Si：0.80～0.95％；P≤0.012％；S≤0.008％；Cr：0.10～0.20％；Ti：0.05～0.12％，余量为Fe和不可避免的杂质。本发明提供的含钛气保焊丝焊接用钢，抗拉强度≥580N/mm2，伸长率≥40％，收缩率≥75％，具有较高的强度和断面收缩率，有效降低了焊丝焊缝与基材强韧性的差异，能够满足焊接用钢的使用要求。

Description

一种含钛气保焊丝焊接用钢及其生产方法
技术领域
本发明涉及冶金技术领域，尤其涉及一种含钛气保焊丝焊接用钢及其生产方法。
背景技术
目前，气体保护焊技术已经成为普及的焊接方式之一，在工程机械结构件的生产中占有70％的使用率，具有焊接速度快、焊接范围广、焊接质量好、引弧性能好、溶敷效率高等多项优点。
随着工程机械新钢种强度与韧性的不断提高，现有焊丝焊缝强韧性与基材相比差距较大，故对气保焊丝焊接用钢的要求也相应的逐渐提高，特别是对焊接用钢的力学性能强度下限值提高接近40N/mm2，断面收缩率提高近15％，增加了焊接用钢的生产难度。尽管有一些高强度的气体保护实芯焊丝，可保证焊缝金属的高强度，但上述焊丝都需要焊前预热以保证焊缝金属不开裂，焊前预热降低了施工效率。
因此，急需研发一种具有高强度、高冲击吸收功及高断面收缩率的气保焊丝焊接用钢。
发明内容
针对现有气保焊丝焊接用钢存在的强度和断面收缩率不足导致的焊丝焊缝强韧性与基材相比差距较大的问题，本发明提供一种含钛气保焊丝焊接用钢及其生产方法。
为达到上述发明目的，本发明实施例采用了如下的技术方案：
一种含钛气保焊丝焊接用钢，所述焊接用钢的化学成分组成以质量百分含量计为：C：0.03～0.08％；Mn：1.45～1.55％；Si：0.80～0.95％；P≤0.012％；S≤0.008％；Cr：0.10～0.20％；Ti：0.05～0.12％，余量为Fe和不可避免的杂质。
其中，本发明提供的含钛气保焊丝焊接用钢中主要的合金元素为Cr、Ti，由于此钢为高强焊接用钢，Cr和Ti均与C形成稳定的碳化物，Cr能增加钢的淬透性并有二次硬化的作用，可提高碳钢的强度、硬度和耐磨性而不使钢变脆。Ti和氧、氮、碳都有极强的亲和力，和硫的亲和力也强于铁和硫的亲和力。由于钢中的Ti和C形成十分稳定的碳化钛，在一般热处理的奥氏体化温度范围内，碳化钛极难溶解，使奥氏体晶粒细化，奥氏体分解转变时，新相晶核形成的机会增多，进而加速奥氏体的转变，进一步地提高钢的强度。
相对于现有技术，本发明提供的含钛气保焊丝焊接用钢，通过添加Ti微合金元素，Ti、Cr协同作用形成稳定的碳化物，提高了钢的综合力学性能，并通过对吹炼、精炼过程中工艺参数控制，进一步降低P、S元素含量，保证了钢具有良好的内部质量：化学成分均匀、非金属夹杂物含量低和钢质纯净；再经过连铸、加热、轧制和吐丝，使所得焊接用钢的性能满足：抗拉强度(Rm)达到580～600N/mm2，伸长率(A)≥40％，收缩率(Z)≥75％。本发明提供的焊接用钢强度适中，断面收缩率明显提高，满足设计需求，实现了焊接用钢稳定控制，有助于降低焊丝焊缝与基材强韧性的差异。
本发明还提供了上述含钛气保焊丝焊接用钢的生产方法，包括吹炼、精炼、连铸、加热、轧制和吐丝工序。
相对于现有技术，本发明提供的含钛气保焊丝焊接用钢的生产方法，先通过吹炼、精炼工序，调节主要元素含量并控制P、S元素含量，使钢的化学成分均匀、非金属夹杂物含量低；再通过连铸和加热工序，使坯料加热均匀，合金元素充分固溶；然后通过轧制工序及吐丝工序，保证了钢最终性能稳定。本发明生产的焊接用钢致密度高，成本低，力学性能稳定，钢强度适中，断面收缩率明显提高，有效降低了焊丝焊缝与基材强韧性的差异，能够满足焊接用钢的使用要求。
进一步地，吹炼工序中，供氧量至总供氧量55％-70％时，转炉底吹执行N2-Ar切换，降低成本的同时，避免N在钢中含量的增多，进而影响钢的塑性和焊接性能。
进一步地，吹炼工序中，采用低碳锰铁、低碳硅铁或低碳铬铁进行合金化，保证主要元素含量。
进一步地，吹炼工序中，采用铝基脱氧剂进行脱氧，脱氧剂加入量为0.3～2.5kg/t钢，与精炼过程共同作用，更好的控制P、S元素含量；出钢过程中加入小粒灰2～5kg/t钢，进行渣洗，保证钢的洁净度，避免回磷。
进一步地，精炼工序中，造白渣操作，白渣保持时间为10～20min，弱吹氩时间为12～20min，进一步地控制P、S元素含量，降低非金属夹杂物含量，提升钢的洁净度。
进一步地，加热工序中，采用步进式加热炉进行加热，加热温度为1030～1080℃，保证坯料加热均匀及合金元素充分固溶，钢坯断面温差及同条钢坯温度差为10-30℃，保证轧制温度。
进一步地，轧制工序中，粗轧开轧温度为1000～1050℃，精轧入口温度为870～900℃，根据冶炼成分及最终性能需要，配合吐丝温度，保证了钢最终性能稳定。
进一步地，轧制工序中，采用高压水除鳞，除磷压力为10～15MPa。
进一步地，吐丝工序中，吐丝温度为810～850℃，保证了钢最终性能稳定，所得含钛气保焊丝焊接用钢的产品规格为Φ5.5mm。
具体实施方式
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用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供了一种含钛气保焊丝焊接用钢，所述焊接用钢的化学成分组成以质量百分含量计为：C：0.03～0.08％；Mn：1.45～1.55％；Si：0.80～0.95％；P≤0.012％；S≤0.008％；Cr：0.10～0.20％；Ti：0.05～0.12％，余量为Fe和不可避免的杂质。
其中，焊接用钢中主要的合金元素为Cr、Ti，其他元素O、N、Cu、Al、V，只检验，但是不作为判定要求，即上述的其他元素含量仅为痕迹或无，对于本发明中的焊接用钢的性能基本没有影响。本发明中Cr和Ti均与C形成稳定的碳化物，协同作用，使所得焊接用钢的性能满足：抗拉强度(Rm)达到580～600N/mm2，伸长率(A)≥40％，收缩率(Z)≥75％，焊接用钢强度适中，断面收缩率明显提高，能够满足焊接用钢的使用要求。
为了更好的说明本发明实施例提供的含钛气保焊丝焊接用钢，下面通过实施例做进一步的举例说明。
实施例1
一种含钛气保焊丝焊接用钢，规格为Φ5.5mm，所述焊接用钢的化学成分组成以质量百分含量计为：C：0.03％；Mn：1.45％；Si：0.80％；P：0.012％；S：0.008％；Cr：0.20％；Ti：0.12％，余量为Fe和不可避免的杂质。
上述含钛气保焊丝焊接用钢的生产方法，包括吹炼、精炼、连铸、加热、轧制和吐丝工序，具体包括如下步骤：
(1)炼钢：吹炼工序中，供氧量至至总供氧量的55％时，转炉底吹执行N2-Ar切换，并采用低碳铬铁合金化，不含硅铝基脱氧剂进行脱氧，脱氧剂加入量为0.3kg/t钢，出钢过程中加入小粒灰2kg/t钢；精炼工序中，进行造白渣操作，白渣保持时间10min，弱吹氩时间12min。
(2)坯料加热工序：将经连铸得到的165×165mm方坯装入步进式加热炉进行加热，加热温度为1030℃，钢坯断面温差及同条钢坯温度差为10℃，温度满足要求后进行轧制。
(3)轧制工序：采用高压水除鳞，除磷压力10MPa，确保钢坯表面目测干净无铁皮，粗轧开轧温度为1000℃，精轧入口温度为870℃。
(4)吐丝工序：采用延迟型冷却方式，控制吐丝温度为810℃，进行吐丝，即得含钛气保焊丝焊接用钢。
实施例2
一种含钛气保焊丝焊接用钢，规格为Φ5.5mm，所述焊接用钢的化学成分组成以质量百分含量计为：C：0.08％；Mn：1.55％；Si：0.95％；P：0.010％；S：0.007％；Cr：0.10％；Ti：0.05％，余量为Fe和不可避免的杂质。
上述含钛气保焊丝焊接用钢的生产方法，包括吹炼、精炼、连铸、加热、轧制和吐丝工序，具体包括如下步骤：
(1)炼钢：吹炼工序中，供氧量至至总供氧量的70％时，转炉底吹执行N2-Ar切换，并采用低碳锰铁合金化，不含硅铝基脱氧剂进行脱氧，脱氧剂加入量为2.5kg/t钢，出钢过程中加入小粒灰5kg/t钢；精炼工序中，进行造白渣操作，白渣保持时间20min，弱吹氩时间20min。
(2)坯料加热工序：将经连铸得到的165×165mm方坯装入步进式加热炉进行加热，加热温度为1080℃，钢坯断面温差及同条钢坯温度差为30℃，温度满足要求后进行轧制。
(3)轧制工序：采用高压水除鳞，除磷压力15MPa，确保钢坯表面目测干净无铁皮，粗轧开轧温度为1050℃，精轧入口温度为900℃。
(4)吐丝工序：采用延迟型冷却方式，控制吐丝温度为850℃，进行吐丝，即得含钛气保焊丝焊接用钢。
实施例3
一种含钛气保焊丝焊接用钢，规格为Φ5.5mm，所述焊接用钢的化学成分组成以质量百分含量计为：C：0.05％；Mn：1.50％；Si：0.85％；P：0.009％；S：0.005％；Cr：0.16％；Ti：0.08％，余量为Fe和不可避免的杂质。
上述含钛气保焊丝焊接用钢的生产方法，包括吹炼、精炼、连铸、加热、轧制和吐丝工序，具体包括如下步骤：
(1)炼钢：吹炼工序中，供氧量至至总供氧量的70％时，转炉底吹执行N2-Ar切换，并采用低碳锰铁合金化，不含硅铝基脱氧剂进行脱氧，脱氧剂加入量为2.0kg/t钢，出钢过程中加入小粒灰4kg/t钢；精炼工序中，进行造白渣操作，白渣保持时间15min，弱吹氩时间15min。
(2)坯料加热工序：将经连铸得到的165×165mm方坯装入步进式加热炉进行加热，加热温度为1060℃，钢坯断面温差及同条钢坯温度差为20℃，温度满足要求后进行轧制。
(3)轧制工序：采用高压水除鳞，除磷压力13MPa，确保钢坯表面目测干净无铁皮，粗轧开轧温度为1030℃，精轧入口温度为890℃。
(4)吐丝工序：采用延迟型冷却方式，控制吐丝温度为840℃，进行吐丝，即得含钛气保焊丝焊接用钢。
实施例4
一种含钛气保焊丝焊接用钢，规格为Φ5.5mm，所述焊接用钢的化学成分组成以质量百分含量计为：C：0.06％；Mn：1.50％；Si：0.87％；P：0.008％；S：0.003％；Cr：0.15％；Ti：0.07％，余量为Fe和不可避免的杂质。
上述含钛气保焊丝焊接用钢的生产方法，包括吹炼、精炼、连铸、加热、轧制和吐丝工序，具体包括如下步骤：
(1)炼钢：吹炼工序中，供氧量至至总供氧量的70％时，转炉底吹执行N2-Ar切换，并采用低碳锰铁合金化，不含硅铝基脱氧剂进行脱氧，脱氧剂加入量为1.5kg/t钢，出钢过程中加入小粒灰3kg/t钢；精炼工序中，进行造白渣操作，白渣保持时间18min，弱吹氩时间17min。
(2)坯料加热工序：将经连铸得到的165×165mm方坯装入步进式加热炉进行加热，加热温度为1050℃，钢坯断面温差及同条钢坯温度差为25℃，温度满足要求后进行轧制。
(3)轧制工序：采用高压水除鳞，除磷压力12MPa，确保钢坯表面目测干净无铁皮，粗轧开轧温度为1020℃，精轧入口温度为880℃。
(4)吐丝工序：采用延迟型冷却方式，控制吐丝温度为830℃，进行吐丝，即得含钛气保焊丝焊接用钢。
为了更好的说明本发明实施例提供的含钛气保焊丝焊接用钢的特性，下面将实施例1～4制备的含钛气保焊丝焊接用钢进行力学性能测试，抗拉强度(Rm)、伸长率(A)和收缩率(Z)的结果如表1所示。
表1
Figure BDA0002674342800000071
由表中数据可知，本发明实施例提供的含钛气保焊丝焊接用钢，抗拉强度≥580N/mm2，伸长率≥40％，收缩率≥75％，具有较高的强度和断面收缩率，能够满足焊接用钢的使用要求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种含钛气保焊丝焊接用钢的生产方法，其特征在于：包括吹炼、精炼、连铸、加热、轧制和吐丝工序，所述焊接用钢的化学成分组成以质量百分含量计为：C：0.03～0.08％；Mn：1.45～1.55％；Si：0.85～0.95％；P≤0.012％；S≤0.008％；Cr：0.10～0.16％；Ti：0.05～0.12％，余量为Fe和不可避免的杂质，其中，吹炼工序中，供氧量至总供氧量55％-70％时，转炉底吹执行N2-Ar切换，采用低碳锰铁、低碳硅铁或低碳铬铁进行合金化，采用铝基脱氧剂进行脱氧，脱氧剂加入量为0.3～2.5kg/t；出钢过程中加入小粒灰2～5kg/t；精炼工序中，造白渣操作，白渣保持时间为10～20min，弱吹氩时间为12～20min；加热工序中，采用步进式加热炉进行加热，加热温度为1030～1080℃；轧制工序中，采用高压水除鳞，除磷压力为10～15MPa，粗轧开轧温度为1000～1050℃，精轧入口温度为870～900℃；吐丝工序中，吐丝温度为810～850℃；所述焊接用钢的抗拉强度为580～600N/mm2，伸长率≥40％，收缩率≥75％。
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