CN114855085B - 一种船用低温l型钢及其焊接工艺 - Google Patents

一种船用低温l型钢及其焊接工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种船用低温L型钢，化学组成为：C 0.068～0.095wt％，Si0.15～0.48wt％，Mn 1.12～1.70wt％，Cr 0.015～0.055wt％，Ni 0.70～0.85wt％，Mo0.002～0.005wt％，Cu 0.012～0.031wt％，Nb 0.016～0.025wt％，V 0.004～0.008wt％，Ti 0.002～0.006wt％，B≤0.0008wt％，Alt≤0.03wt％，As≤0.008wt％，P≤0.008wt％，S≤0.005wt％，余量为Fe和不可避免的杂质；还公开了该船用低温L型钢T型角焊接工艺。本发明L型钢能够满足Rel≥315MPa，Rm≥480MPa，A≥25％，在‑60℃冲击(KV2)≥180J，与常用低温船板进行T型角接焊，接头热影响区硬度≤350HV10。

Description

一种船用低温L型钢及其焊接工艺
技术领域
本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种船用低温L型钢及其焊接工艺。
背景技术
随着北极航道的开通，极地资源开采和运输以及科考活动极大地促进了高等级船舶及海洋工程的发展。碳锰低温钢船板能够在-60℃下仍具有良好的冲击韧性，是重要的低温船板。低温板材需要低温型材配套共同建造高等级极地低温船舶及海洋工程，才能确保安全运行，常采用L型钢进行加强肋的制造，与平板进行T型角接焊。
目前，国内外许多钢企采用高纯净冶炼技术、热机械控制工艺(TMCP)等工艺技术相继开发了高强度低温/超低温船舶用钢并成功应用于极地船舶及海洋工程的建造，取得了显著的经济效益和社会效益，但低温型材的开发进度相对滞后。
发明内容
发明目的：本发明第一目的是公开一种船用低温L型钢；第二目的是公开上述船用低温L型钢的T型角焊接工艺。
技术方案：本发明公开的船用低温L型钢，化学组成为：C 0.068～0.095wt％，Si0.15～0.48wt％，Mn 1.12～1.70wt％，Cr 0.015～0.055wt％，Ni 0.70～0.85wt％，Mo0.002～0.005wt％，Cu 0.012～0.031wt％，Nb 0.016～0.025wt％，V 0.004～0.008wt％，Ti 0.002～0.006wt％，B≤0.0008wt％，Alt≤0.03wt％，As≤0.008wt％，P≤0.008wt％，S≤0.005wt％，余量为Fe和不可避免的杂质。
上述船用低温L型钢的T型角焊接工艺，采用上述化学组分进行钢水冶炼，得到船用低温L型钢，将船用低温L型钢进行T型角接焊；其中，采用HYUNDAI Supercored 81-K2Φ1.2mm药芯气保焊丝进行焊接，焊接电流为240～300A，焊接电压为26～32V，焊接速度为40～50cm/min。
进一步的，施焊时，确保焊脚尺寸K为5.5～6.5mm。
进一步的，焊材熔敷金属主要成分为C 0.04wt％，Si 0.35wt％，Mn 1.35wt％，P0.012wt％，S 0.011wt％，Ni 1.50wt％，Rel为540MPa，Rm为620MPa，A为28％，在-60℃冲击(KV2)为60J。
进一步的，所述船用低温L型钢厚度为10-30mm，型钢短边为100-800mm。
作用机理：
(1)本发明中冶炼的目标成分C含量为0.068～0.095wt％，船用L型钢中的C强烈提高钢的屈服强度和抗拉强度，降低钢的低温韧性，故本发明申请钢中C含量控制在减低范围，而如果C含量过低，钢的屈服强度难于达到610MPa，故将合金元素C成分范围设定在0.068～0.095wt％；
(2)Si在船用L型钢中属非碳化物形成元素，可以抑制钢中原子扩散，阻碍析出相长大粗化，可有效提高高温屈服强度，若Si含量添加过量，提高强度的同时降低低温韧性，故将合金元素Si成分范围设定在0.15～0.48wt％；
(3)船用L型钢钢中添加适量的合金元素Mn可降低相变温度，稳定奥氏体相，抑制亚共析钢高温再结晶铁素体形成，细化晶粒，提高综合力学性能，若添加过多的Mn则易形成MnS，恶化低温韧性，故将合金元素Mn成分范围设定在1.12～1.70wt％。
(4)炼钢过程中，As≤0.008wt％，P≤0.008wt％，S≤0.005wt％的纯净化设计，能缓解L型钢的模具孔型轧制，轧制过程相对固定，工艺过程及参数不能做较大幅度更改，且轧机的轧制力较弱，采用大压下变形量难度较大的困难，保证力学性能达到技术要求；
(5)添加合金元素Ni可有效稳定奥氏体组织，抑制原子扩散，使得相变在较低温度发生，遏制了相变产物再结晶粗化，可以获得非常细小的相变组织，具有优良的低温冲击韧性。Ni含量为0.70～0.85wt％以提高低温冲击韧性，贡献适当的强度，使该型钢在-60℃冲击(KV2)≥180J；
(6)微含量的Ti和Nb设计，配合控制轧制，轧后控制冷却工艺技术，抑制轧后铁素体再结晶，细化晶粒及组织，提升了型钢综合力学性能。添加Ti后也改善了较大线能量热输时的接头性能。船用L型钢中添加适量的合金元素Nb，有效地提高了钢的再结晶温度，使得在较高温度轧制或热处理而不会导致奥氏体晶粒粗化，获得细化的原始晶粒和良好的低温韧性，另一方面，Nb可与钢中C、N反应生成弥散析出相Nb(CN)，阻碍热过程晶界迁移，细化晶粒，故将合金元素Nb成分范围设定在0.016～0.025wt％；
(7)进行T型角接焊时使用时，采用常规HYUNDAI Supercored 81-K2Φ1.2mm药芯气保焊丝，熔敷效率高，操作简便，低温冲击性能与母材匹配。焊接电流为240～300A，焊接电压为26～32V，焊接速度为40～50cm/min，特点在于高焊速，工作效率高。焊脚尺寸K控制在5.5～6.5mm，有效控制了焊接热影响区的硬度的≤350HV10。
有益效果：相对于现有技术：本发明L型钢能够满足Rel≥315MPa，Rm≥480MPa，A≥25％，在-60℃冲击(KV2)≥180J，与常用低温船板进行T型角接焊，接头热影响区硬度≤350HV10。
附图说明
图1为本发明船用低温L型钢进行T型角接焊结构图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步描述。
实施例1
以如下目标化学组分进行钢水冶炼：C 0.068wt％，Si 0.15wt％，Mn 1.12wt％，Cr0.015wt％，Ni 0.70wt％，Mo 0.00wt％，Cu 0.012wt％，Nb 0.016wt％，V 0.004wt％，Ti0.002wt％，B 0.0004wt％，Alt 0.01wt％，As 0.004wt％，P 0.004wt％，S 0.003wt％，余量为Fe和不可避免的杂质。
冶炼方法为：
转炉、电炉冶炼、连铸
转炉装入废钢、MnFe、SiFe、NbFe、NiFe等合金料、辅料熔化，加FeO脱P，取样分析合金元素含量并进行目标值调整，采用钢包炉LF脱S处理，采用真空脱气，最后连铸成(150～260)mm×(220mm×400)mm矩形坯；
轧制
铸坯加热温度：1220℃，保温时间4小时，铸坯出炉后立即轧制，开轧温度1050℃，终轧温度800℃；
轧后冷却
轧后浇水快速冷却至室温,冷却速率控制在5.0℃/s范围；
热处理
正火：轧制的L型钢在840℃保温60min，出炉空冷室温；
得到厚度t＝10mm；型钢短边l＝100mm的船用低温L型钢，该型钢Rel384MPa，Rm518MPa，A31％，在-60℃冲击(KV2)为262J、300J、299J，符合力学性能。
采用HYUNDAI Supercored 81-K2Φ1.2mm药芯气保焊丝(焊材熔敷金属主要成分为C 0.04wt％，Si 0.35wt％，Mn 1.35wt％，P 0.012wt％，S 0.011wt％，Ni 1.50wt％，Rel为540MPa，Rm为620MPa，A为28％，在-60℃冲击(KV2)为60J)对上述船用低温L型钢进行焊接，如图1所示，焊接电流为240A，焊接电压为26V，焊接速度为40cm/min。施焊时，确保焊脚尺寸K为5.5mm。
根据GB/T 2654进行接头硬度检测，其中接头热影响区硬度如下表所示。
该焊接接头热影响区硬度符合要求。
实施例2
以如下目标化学组分进行钢水冶炼：C 0.081wt％，Si 0.30wt％，Mn 1.51wt％，Cr0.035wt％，Ni 0.78wt％，Mo 0.0035wt％，Cu 0.021wt％，Nb 0.021wt％，V 0.006wt％，Ti0.004wt％，B 0.0006wt％，Alt 0.02wt％，As 0.006wt％，P 0.006wt％，S 0.004wt％，余量为Fe和不可避免的杂质。
冶炼方法为：
转炉、电炉冶炼、连铸
转炉装入废钢、MnFe、SiFe、NbFe、NiFe等合金料、辅料熔化，加FeO脱P，取样分析合金元素含量并进行目标值调整，采用钢包炉LF脱S处理，采用真空脱气，最后连铸成(150～260)mm×(220mm×400)mm矩形坯；
轧制
铸坯加热温度：1280℃，保温时间5小时，铸坯出炉后立即轧制，开轧温度1100℃，终轧温度850℃；
轧后冷却
轧后浇水快速冷却至室温,冷却速率控制在10℃/s范围；
热处理
正火：轧制的L型钢在890℃保温80min，出炉空冷室温；
得到厚度t＝20mm；型钢短边l＝450mm的船用低温L型钢，该型钢Rel384MPa，Rm518MPa，A31％，在-60℃冲击(KV2)为262J、300J、299J，符合力学性能。
采用HYUNDAI Supercored 81-K2Φ1.2mm药芯气保焊丝(焊材熔敷金属主要成分为C 0.04wt％，Si 0.35wt％，Mn 1.35wt％，P 0.012wt％，S 0.011wt％，Ni 1.50wt％，Rel为540MPa，Rm为620MPa，A为28％，在-60℃冲击(KV2)为60J)对上述船用低温L型钢进行焊接，如图1所示，焊接电流为270A，焊接电压为29V，焊接速度为45cm/min。施焊时，确保焊脚尺寸K为6.0mm。
根据GB/T 2654进行接头硬度检测，其中接头热影响区硬度如下表所示。
该焊接接头热影响区硬度符合要求。
实施例3
以如下目标化学组分进行钢水冶炼：C 0.095wt％，Si 0.48wt％，Mn 1.70wt％，Cr0.055wt％，Ni 0.85wt％，Mo 0.005wt％，Cu 0.031wt％，Nb 0.025wt％，V 0.008wt％，Ti0.006wt％，B 0.0008wt％，Alt 0.03wt％，As 0.008wt％，P 0.008wt％，S 0.005wt％，余量为Fe和不可避免的杂质。
冶炼方法为：
转炉、电炉冶炼、连铸
转炉装入废钢、MnFe、SiFe、NbFe、NiFe等合金料、辅料熔化，加FeO脱P，取样分析合金元素含量并进行目标值调整，采用钢包炉LF脱S处理，采用真空脱气，最后连铸成(150～260)mm×(220mm×400)mm矩形坯；
轧制
铸坯加热温度：1310℃，保温时间6小时，铸坯出炉后立即轧制，开轧温度1150℃，终轧温度890℃；
轧后冷却
轧后浇水快速冷却至室温,冷却速率控制在15.5℃/s范围；
热处理
正火：轧制的L型钢940℃保温100min，出炉空冷室温；
得到厚度t＝30mm；型钢短边l＝800mm的船用低温L型钢，该型钢Rel356MPa，Rm495MPa，A30％，在-60℃冲击(KV2)为216J、224J、219J，符合力学性能。
采用HYUNDAI Supercored 81-K2Φ1.2mm药芯气保焊丝(焊材熔敷金属主要成分为C 0.04wt％，Si 0.35wt％，Mn 1.35wt％，P 0.012wt％，S 0.011wt％，Ni 1.50wt％，Rel为540MPa，Rm为620MPa，A为28％，在-60℃冲击(KV2)为60J)对上述船用低温L型钢进行焊接，如图1所示，焊接电流为300A，焊接电压为32V，焊接速度为50cm/min。施焊时，确保焊脚尺寸K为6.5mm。
根据GB/T 2654进行接头硬度检测，其中接头热影响区硬度如下表所示。
该焊接接头热影响区硬度符合要求。

Claims (1)

1.一种船用低温L型钢T型角焊接工艺，其特征在于，化学组成为：C 0.068~0.095wt%，Si 0.15~0.48wt%，Mn 1.12~1.70wt%，Cr 0.015~0.055wt%，Ni 0.70~0.85wt%，Mo 0.002~0.005wt%，Cu 0.012~0.031wt%，Nb 0.016~0.025wt%，V 0.004~0.008wt%，Ti 0.002~0.006wt%，B≤0.0008wt%，Alt ≤0.03wt%，As≤0.008wt%，P≤0.008wt%，S≤0.005wt%，余量为Fe和不可避免的杂质；
采用上述化学组分进行钢水冶炼，经转炉、电炉冶炼、连铸、轧制、轧后冷却、热处理得到船用低温L型钢，将船用低温L型钢进行T型角接焊；其中，采用HYUNDAI Supercored 81-K2 Φ1.2mm药芯气保焊丝进行焊接，焊接电流为240~300A，焊接电压为26~32V，焊接速度为40~50cm/min；
施焊时，确保焊脚尺寸为5.5~6.5mm；
焊材熔敷金属主要成分为C 0.04wt%，Si 0.35wt%，Mn 1.35wt%，P 0.012wt%，S0.011wt%，Ni 1.50wt%，Rel为540MPa，Rm为620MPa，A为28%，在-60℃冲击KV2为60J；
所述船用低温L型钢厚度为10-30mm，型钢短边为100-800mm。
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