CN112430786B - 水电行业焊接用不锈钢线材及其制备方法 - Google Patents

水电行业焊接用不锈钢线材及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种水电行业焊接用不锈钢线材，按重量百分比计，包括：C≤0.020％，Si 0.50～0.70％，Mn 0.60～1.00％，P≤0.020％，S≤0.015％，Cr 12.00～12.50％，Ni 4.50～5.00％，Mo 0.40～0.60％，N≤0.020％，其余为Fe及不可避免的杂质。本发明还提供了一种水电行业焊接用不锈钢线材的制备方法，包括：转炉冶炼，然后精炼得到钢水；将钢水浇铸为方坯，然后退火；对退火后的方坯进行加热，然后轧制得到线材；对线材进行回火处理；对回火处理后的线材进行酸洗。本发明的线材可加工制作成水电行业中汽轮机、水轮机的转子、叶片等关键结构件专用的气保焊丝。

Description

水电行业焊接用不锈钢线材及其制备方法
技术领域
本发明涉及不锈钢线材制造技术领域，具体涉及一种水电行业焊接用不锈钢线材及其制备方法。
背景技术
水电行业焊接用不锈钢线材，通过拉拔加工成气保焊丝，专用于焊接水电行业的汽轮机、水轮机的转子、叶片等关键结构件，由于所处位置和作用非常关键，对焊丝质量、焊后熔敷金属的组织和性能等，要求很高，生产难度大。
目前，在水电行业焊接用不锈钢线材的制造过程中，普遍存在着生产流程长、批量小、成本高、成材率低等问题。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种水电行业焊接用不锈钢线材及其制备方法。
本发明通过以下技术方案实现以上目的：
一种水电行业焊接用不锈钢线材，按重量百分比计，包括：C≤0.020％，Si 0.50～0.70％，Mn 0.60～1.00％，P≤0.020％，S≤0.015％，Cr 12.00～12.50％，Ni 4.50～5.00％，Mo 0.40～0.60％，N≤0.020％，其余为Fe及不可避免的杂质。
一种水电行业焊接用不锈钢线材的制备方法，包括：
(1)转炉冶炼，然后精炼得到如下成分的钢水：
C≤0.015％，Si 0.55～0.70％，Mn 0.70～0.90％，P≤0.020％，S≤0.015％，Cr12.00～12.50％，Ni 4.50～5.00％，Mo 0.40～0.60％，N≤0.015％，其余为Fe及不可避免的杂质；
(2)将钢水浇铸为方坯，然后退火；
(3)对退火后的方坯进行加热，然后轧制得到线材；
(4)对线材进行回火处理；
(5)对回火处理后的线材进行酸洗。
可选地，在步骤(1)中，精炼依次包括VOD炉精炼和LF炉精炼。
可选地，在进行VOD炉精炼时，转炉冶炼得到的钢水的到站温度≥1600℃，到站渣厚≤50mm，吹氧结束后沸腾时间＞15分钟，真空度≤2mbar，连续保持时间＞6分钟；VOD炉精炼结束时，钢水的C含量≤0.010％，Si含量0.50～0.60％，N含量≤0.010％。
可选地，在进行LF炉精炼时，按照每吨钢水加入0.1～0.3千克Fe-B的比例向VOD炉输出的钢水中加入Fe-B，弱搅拌时间≥15分钟。
可选地，在步骤(2)中，将方坯输入退火炉进行退火，保温温度730～750℃，保温时间3～4小时。
可选地，在步骤(3)中，将方坯输入加热炉进行加热，加热炉均热段温度是1200～1240℃，总加热时间根据方坯厚度按0.6mm/min计算。
可选地，在步骤(3)中，在进行轧制时，粗轧咬入温度≥950℃，吐丝温度≥1000℃，将方坯轧制成直径是5.5-20mm的线材。
可选地，在步骤(4)中，回火处理是将线材装入热处理炉，将热处理炉升温至610～630℃，保温3～5小时，炉冷至≤400℃，然后空冷至室温；优选地，对线材进行两次回火处理。
可选地，在步骤(5)中，酸洗采用的是水：盐酸：硫酸：氢氟酸按照体积比(11.6～12)：(4.6～5)：(2～2.3)：(1～1.2)组成的混酸，酸洗温度70～90℃，酸洗时间30～50min。
相比于现有技术，本发明的水电行业焊接用不锈钢线材及其制备方法至少具有如下有益效果：
本发明的水电行业焊接用不锈钢线材及其制备方法能够实现水电行业焊接用不锈钢线材的稳定且大批量的生产，获得的产品性能满足行业内高标准要求；另外，本发明的水电行业焊接用不锈钢线材及其制备方法具有生产效率高且成本低的优点。
具体实施方式
为了充分了解本发明的目的、特征及功效，通过下述具体实施方式，对本发明作详细说明。本发明的工艺方法除下述内容外，其余均采用本领域的常规方法或装置。下述名词术语除非另有说明，否则均具有本领域技术人员通常理解的含义。
第一方面，本发明提供了一种水电行业焊接用不锈钢线材，按重量百分比计，包括：C≤0.020％，Si 0.50～0.70％，Mn 0.60～1.00％，P≤0.020％，S≤0.015％，Cr 12.00～12.50％，Ni 4.50～5.00％，Mo 0.40～0.60％，N≤0.020％，其余为Fe及不可避免的杂质。该不锈钢线材专用于焊接水电行业的汽轮机、水轮机的转子、叶片等关键结构件。
Mn元素被广泛应用于钢中的强化元素，能提高钢材强度，但其含量也是一把双刃剑，并不是越高越好，Mn元素的增高，会降低钢的塑性和焊接性能。本发明的发明人通过研究，将Mn元素控制在0.6～1.00％，兼顾钢材的强度、塑性和焊接性能。S元素来源于矿石原料和燃料焦炭，是一种有害元素，会降低钢材的延展性和韧性，使钢材在生产加工过程中容易产生裂纹，本发明将S含量控制在≤0.015％，能够有效避免S元素可能造成的不利影响。Cr元素是不锈钢的主要合金元素，在钢材表面形成一层致密的含Cr氧化物薄膜，将钢材基体与外界环境隔离开来，起到延缓腐蚀的作用，本发明通过将其含量选择为12.00～12.50％，从而使钢材具有良好的耐蚀性和高温抗氧化性。Ni元素能提高钢材的强度、耐蚀性，又不降低钢材韧性，本发明通过将Ni元素含量选择为4～5％，从而使钢材变脆温度可降至﹣180℃，大幅提高钢材的低温冲击韧性。Mo元素能提高钢材的淬透性和热加工性，可使钢材在高温下回火，有效消除或降低残余应力，提高塑性，经过试验研究，本发明控制Mo元素含量为0.4～0.6％，从而极好的满足使用需求。
第二方面，本发明提供了一种水电行业焊接用不锈钢线材的制备方法，依次包括如下步骤：
(1)冶炼钢水
该步骤依次包括了转炉冶炼、VOD炉精炼和LF炉精炼。
在进行转炉冶炼时，全程吹氩气。按重量百分比计，出钢成分控制为C 0.25～0.35％，Si 0.05～0.15％，Mn 0.70～0.90％，P≤0.020％，S≤0.015％，Cr 12.20～12.40％，Ni 4.60～5.00％，Mo 0.50～0.60％，其余为Fe及不可避免的杂质。出钢温度1655～1675℃，渣厚≤50mm。
VOD炉精炼主要是为了进行真空脱碳、脱氮处理。钢水到站温度≥1600℃，到站渣厚≤50mm，吹氧结束后沸腾时间＞15分钟，真空度≤2mbar，连续保持时间＞6分钟。按重量百分比计，出钢成分控制C≤0.010％，Si 0.50～0.60％，N≤0.010％。
LF炉精炼主要是为了钢水进站调渣、调温度，按0.1～0.3Kg/t钢水量加入Fe-B(C≤0.1％且B 9％～25％(重量)的低碳硼铁，例如，下述实施例中采用的是C 0.1％且B17％的低碳硼铁)，即每吨钢水加入0.1～0.3千克的Fe-B，例如按0.2Kg/t钢水量加入Fe-B。目前市场购买的低碳硼铁合金均可用于本发明，例如购买自宽甸三友硼合金有限公司的硼铁。弱搅拌时间≥15分钟，钢水不裸露。按重量百分比计，出钢成分控制为C≤0.015％，Si 0.55～0.70％，Mn 0.70～0.90％，P≤0.020％，S≤0.015％，Cr 12.00～12.50％，Ni 4.50～5.00％，Mo 0.40～0.60％，N≤0.015％，其余为Fe及不可避免的杂质。出钢温度控制：单浇1575～1585℃，连浇1570～1580℃，即当只冶炼1炉钢水并浇注成方坯时，LF炉出钢温度控制1575～1585℃；当冶炼2炉及以上钢水并浇注成方坯时，LF炉出钢温度控制1570～1580℃。
(2)将钢水浇铸为方坯、退火
钢水运送到连铸平台，在不锈钢方坯连铸机上连铸成方坯。每浇次第一炉开浇前向中包内吹氩气5min，浇钢温度1515～1530℃，必须投用电磁搅拌。得到的方坯规格例如是厚度×宽度×长度＝220×220×3150mm。
将钢水浇铸为方坯后，将不锈钢方坯装入退火炉进行退火。保温温度730～750℃，保温时间3～4小时，然后揭盖出炉空冷。
(3)方坯加热与轧制
将不锈钢方坯装入加热炉进行适当加热后，轧制成线材。加热炉均热段温度控制在1200～1240℃，目标温度是1220℃，总加热时间根据方坯厚度按0.6mm/min计算，即总加热时间(min)＝方坯厚度(mm)÷0.6mm/min，保证方坯烧透均匀。粗轧咬入温度≥950℃，吐丝温度≥1000℃，轧制成直径是5.5-20mm的线材，例如Φ5.5mm线材。
(4)回火处理
将线材装入热处理炉进行回火，共两次。第一次回火，升温至620±10℃保温3～5小时，(例如4小时)，炉冷至≤400℃，揭盖空冷至室温；盖上保温罩，进行第二次回火，升温至620±10℃保温3～5小时，(例如4小时)，炉冷至≤400℃，揭盖空冷至室温，出炉。
(5)酸洗
将回火后的线材，浸泡至水、盐酸、硫酸和氢氟酸的混酸中，进行酸洗，酸洗温度70～90℃，酸洗时间30～50min。
酸洗采用的是水：盐酸：硫酸：氢氟酸按照体积比(11.6～12)：(4.6～5)：(2～2.3)：(1～1.2)组成的混酸，例如，水：盐酸：硫酸：氢氟酸＝12：5：2：1。酸洗采用的各种酸的重量百分比浓度例如是盐酸浓度30～36％，硫酸浓度92.5～98％，氢氟酸浓度40～50％。
实施例
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。
首先，对实施例中涉及的技术参数的测量方法进行说明，如下：
熔敷金属冲击功Akv：GB/T 229-2007《金属材料夏比摆锤冲击试验方法》。
实施例1
(1)依次包括了转炉冶炼、VOD炉精炼和LF炉精炼。
转炉冶炼：全程吹氩气。按重量百分比计，出钢成分为C 0.25％，Si 0.10％，Mn0.90％，P 0.019％，S 0.011％，Cr 12.40％，Ni 4.8％，Mo 0.60％，其余为Fe及不可避免的杂质。出钢温度1670℃，渣厚50mm。
VOD炉精炼：钢水到站温度1645℃，到站渣厚50mm，吹氧结束后沸腾时间20分钟，真空度1.8mbar，连续保持时间10分钟。按重量百分比计，出钢成分控制C 0.010％，Si0.55％，N 0.010％。
LF炉精炼：按0.2Kg/t钢水量加入Fe-B。弱搅拌时间15分钟，钢水不裸露。出钢成分如表1。出钢温度控制1584℃。
(2)钢水运送到连铸平台，在不锈钢方坯连铸机上连铸成方坯。开浇前向中包内吹氩气5min，浇钢温度1525℃，必须投用电磁搅拌。得到的方坯规格是厚度×宽度×长度＝220×220×3150mm。
将钢水浇铸为方坯后，将不锈钢方坯装入退火炉进行退火。保温温度730℃，保温时间4小时，然后揭盖出炉空冷。
(3)将不锈钢方坯装入加热炉进行适当加热后，轧制成线材。加热炉均热段温度控制在1220℃，总加热时间367min，保证方坯烧透均匀。粗轧咬入温度1020℃，吐丝温度1010℃，轧制成Φ5.5mm线材。
(4)将线材装入热处理炉进行回火，共两次。第一次回火，升温至620℃保温4小时，炉冷至400℃，揭盖空冷至室温；盖上保温罩，进行第二次回火，升温至620℃保温4小时，炉冷至400℃，揭盖空冷至室温，出炉。
(5)将回火后的线材，浸泡至水、盐酸、硫酸和氢氟酸的混酸中，水：盐酸：硫酸：氢氟酸＝12：5：2：1，进行酸洗，酸洗温度70℃，酸洗时间50min。
检测得到的熔敷金属冲击功，结果见表2。
实施例2
(1)依次包括了转炉冶炼、VOD炉精炼和LF炉精炼。
转炉冶炼：全程吹氩气。按重量百分比计，出钢成分为C 0.30％，Si 0.05％，Mn0.80％，P 0.017％，S 0.012％，Cr 12.30％，Ni 4.7％，Mo 0.60％，其余为Fe及不可避免的杂质。出钢温度1668℃，渣厚45mm。
VOD炉精炼：钢水到站温度1643℃，到站渣厚45mm，吹氧结束后沸腾时间20分钟，真空度1.6mbar，连续保持时间10分钟。按重量百分比计，出钢成分控制C 0.008％，Si0.60％，N 0.010％。
LF炉精炼：按0.3Kg/t钢水量加入Fe-B。弱搅拌时间20分钟，钢水不裸露。出钢成分如表1。出钢温度控制1580℃。
(2)钢水运送到连铸平台，在不锈钢方坯连铸机上连铸成方坯。开浇前向中包内吹氩气5min，浇钢温度1520℃，必须投用电磁搅拌。得到的方坯规格是厚度×宽度×长度＝220×220×3150mm。
将钢水浇铸为方坯后，将不锈钢方坯装入退火炉进行退火。保温温度750℃，保温时间3小时，然后揭盖出炉空冷。
(3)将不锈钢方坯装入加热炉进行适当加热后，轧制成线材。加热炉均热段温度控制在1240℃，总加热时间390min，保证方坯烧透均匀。粗轧咬入温度1040℃，吐丝温度1030℃，轧制成Φ5.5mm线材。
(4)将线材装入热处理炉进行回火，共两次。第一次回火，升温至630℃保温5小时，炉冷至380℃，揭盖空冷至室温；盖上保温罩，进行第二次回火，升温至630℃保温5小时，炉冷至380℃，揭盖空冷至室温，出炉。
(5)将回火后的线材，浸泡至水、盐酸、硫酸和氢氟酸的混酸中，水：盐酸：硫酸：氢氟酸＝11.6：4.6：2.3：1.2，进行酸洗，酸洗温度90℃，酸洗时间30min。
检测得到的熔敷金属冲击功，结果见表2。
实施例3
(1)依次包括了转炉冶炼、VOD炉精炼和LF炉精炼。
转炉冶炼：全程吹氩气。按重量百分比计，出钢成分为C 0.25％，Si 0.15％，Mn0.70％，P 0.017％，S 0.011％，Cr 12.20％，Ni 4.65％，Mo 0.50％，其余为Fe及不可避免的杂质。出钢温度1665℃，渣厚50mm。
VOD炉精炼：钢水到站温度1638℃，到站渣厚50mm，吹氧结束后沸腾时间20分钟，真空度1.7mbar，连续保持时间10分钟。按重量百分比计，出钢成分控制C 0.010％，Si0.50％，N 0.009％。
LF炉精炼：按0.25Kg/t钢水量加入Fe-B。弱搅拌时间15分钟，钢水不裸露。出钢成分如表1。出钢温度控制1582℃。
(2)钢水运送到连铸平台，在不锈钢方坯连铸机上连铸成方坯。开浇前向中包内吹氩气5min，浇钢温度1518℃，必须投用电磁搅拌。得到的方坯规格是厚度×宽度×长度＝220×220×3150mm。
将钢水浇铸为方坯后，将不锈钢方坯装入退火炉进行退火。保温温度730℃，保温时间4小时，然后揭盖出炉空冷。
(3)将不锈钢方坯装入加热炉进行适当加热后，轧制成线材。加热炉均热段温度控制在1230℃，总加热时间380min，保证方坯烧透均匀。粗轧咬入温度1030℃，吐丝温度1010℃，轧制成Φ5.5mm线材。
(4)将线材装入热处理炉进行回火，共两次。第一次回火，升温至620℃保温4小时，炉冷至400℃，揭盖空冷至室温；盖上保温罩，进行第二次回火，升温至620℃保温4小时，炉冷至400℃，揭盖空冷至室温，出炉。
(5)将回火后的线材，浸泡至水、盐酸、硫酸和氢氟酸的混酸中，水：盐酸：硫酸：氢氟酸＝12：5：2：1，进行酸洗，酸洗温度70℃，酸洗时间50min。
检测得到的熔敷金属冲击功，结果见表2。
实施例4和实施例5
实施例4和实施例5采用了与实施例1相同的方法，区别仅在于LF炉精炼出钢成分如表1所示。
对比例1
对比例1采用了与实施例1相同的方法，区别仅在于LF炉精炼出钢成分如表1所示。
对比例2
(1)将废钢引入中频炉内进行冶炼，得到的钢水成分如表1所示。
(2)将钢水浇铸成钢锭，开成方坯规格厚度×宽度×长度＝220×220×3150mm。
(3)将不锈钢方坯装入加热炉，加热炉均热段温度控制在1220℃，总加热时间390min，保证方坯烧透均匀。然后，进行轧制粗轧咬入温度980℃，吐丝温度1010℃，轧制成Φ5.5mm线材。
(4)将线材装入热处理炉进行回火，升温至600℃保温5小时，炉冷至400℃，揭盖出炉，空冷至室温。
(5)将回火后的线材，浸泡至水、盐酸、硫酸和氢氟酸的混酸中，水：盐酸：硫酸：氢氟酸＝12：5：2：1，进行酸洗，酸洗温度80℃，酸洗时间40min。
表1
C Si Mn P S Cr Ni Mo N
实施例1 0.012 0.64 0.84 0.016 0.001 12.20 4.64 0.54 0.0047
实施例2 0.013 0.59 0.75 0.016 0.001 12.31 4.68 0.54 0.0104
实施例3 0.015 0.61 0.82 0.015 0.001 12.17 4.66 0.55 0.008
实施例4 0.015 0.60 0.81 0.016 0.001 12.25 4.71 0.53 0.010
实施例5 0.010 0.62 0.78 0.015 0.001 12.28 4.65 0.56 0.011
对比例1 0.018 0.52 1.15 0.015 0.005 12.66 5.22 0.69 0.013
对比例2 0.012 0.68 0.90 0.017 0.001 12.33 4.74 0.48 0.015
表2
熔敷金属冲击功Akv(0℃)
实施例1 101J
实施例2 99J
实施例3 98J
实施例4 97J
实施例5 97J
对比例1 90J
对比例2 88J
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的替代、修饰、组合、改变、简化等，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种水电行业焊接用不锈钢线材，其特征在于，按重量百分比计，包括：C 0.012％，Si 0.64％，Mn 0.84％，P 0.016％，S 0.001％，Cr 12.20％，Ni 4.64％，Mo 0.54％，N0.0047％，其余为Fe及不可避免的杂质；
所述水电行业焊接用不锈钢线材的制备方法如下：
(1)依次包括了转炉冶炼、VOD炉精炼和LF炉精炼；
转炉冶炼：全程吹氩气，按重量百分比计，出钢成分为C 0.25％，Si 0.10％，Mn0.90％，P 0.019％，S 0.011％，Cr 12.40％，Ni 4.8％，Mo 0.60％，其余为Fe及不可避免的杂质；出钢温度1670℃，渣厚50mm；
VOD炉精炼：钢水到站温度1645℃，到站渣厚50mm，吹氧结束后沸腾时间20分钟，真空度1.8mbar，连续保持时间10分钟；按重量百分比计，出钢成分控制C 0.010％，Si 0.55％，N0.010％；
LF炉精炼：按0.2kg/t钢水量加入Fe-B；弱搅拌时间15分钟，钢水不裸露；出钢温度控制1584℃；
(2)钢水运送到连铸平台，在不锈钢方坯连铸机上连铸成方坯；开浇前向中包内吹氩气5min，浇钢温度1525℃，必须投用电磁搅拌；得到的方坯规格是厚度×宽度×长度＝220×220×3150mm；
将钢水浇铸为方坯后，将不锈钢方坯装入退火炉进行退火；保温温度730℃，保温时间4小时，然后揭盖出炉空冷；
(3)将不锈钢方坯装入加热炉进行适当加热后，轧制成线材；加热炉均热段温度控制在1220℃，总加热时间367min，保证方坯烧透均匀；粗轧咬入温度1020℃，吐丝温度1010℃，轧制成Φ5.5mm线材；
(4)将线材装入热处理炉进行回火，共两次，第一次回火，升温至620℃保温4小时，炉冷至400℃，揭盖空冷至室温；盖上保温罩，进行第二次回火，升温至620℃保温4小时，炉冷至400℃，揭盖空冷至室温，出炉；
(5)将回火后的线材，浸泡至水、盐酸、硫酸和氢氟酸的混酸中，水：盐酸：硫酸：氢氟酸＝12：5：2：1，进行酸洗，酸洗温度70℃，酸洗时间50min。
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