CN115109985A - 一种镀铜气体保护焊丝钢的制备工艺及其制成的焊丝钢 - Google Patents

一种镀铜气体保护焊丝钢的制备工艺及其制成的焊丝钢 Download PDF

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Abstract

本申请涉及焊接用钢的技术领域，具体一种镀铜气体保护焊丝钢的制备工艺及其制成的焊丝钢。镀铜气体保护焊丝钢的制备工艺包括熔炼、脱氧合金化、LF炉精炼、钢水浇铸、轧制和吐丝等步骤制备出的含氧量低的焊丝钢。本申请的焊丝钢可用于炼钢生产，其具有降低含氧量的优点；另外，本申请的制备工艺具有降低含氧量、提高焊丝钢拉拔性能的优点。

Description

一种镀铜气体保护焊丝钢的制备工艺及其制成的焊丝钢
技术领域
本申请涉及焊接用钢的技术领域，更具体地说，它涉及一种镀铜气体保护焊丝钢的制备工艺及其制成的焊丝钢。
背景技术
镀铜气体保护焊丝是由φ5.5mm焊丝钢盘条不经退火直接拉拔至φ0.8-1.2mm后镀铜制成。随着焊接技术的发展，焊丝钢需要具有良好的拉拔性能和焊接性能从而保证焊丝能够更好的应用。
目前，相关的焊丝钢的制备工艺通常包括以下工序：熔炼、脱氧合金化、LF炉精炼、钢水浇铸、铸坯控温轧制、吐丝后得到焊丝钢盘条。
针对上述中的相关技术，由于在炼钢过程中，钢液中会不可避免的溶有一定量的氧，尤其在钢液凝固过程中，氧以氧化铁的形态析出分布在晶界上，降低钢的塑性，晶界上的氧化铁和硫化铁还会形成低熔点物质，使钢在热加工时发生热脆，造成盘条在拉拔时容易出现断裂，降低焊丝钢的拉拔性能。
发明内容
为了提高焊丝钢的拉拔性能，本申请提供一种镀铜气体保护焊丝钢的制备工艺及其制成的焊丝钢。
本申请提供的一种镀铜气体保护焊丝钢的制备工艺采用如下的技术方案：
第一方面，本申请提供一种镀铜气体保护焊丝钢的制备工艺，采用如下的技术方案：
一种镀铜气体保护焊丝钢的制备工艺，包括以下步骤：
S1、熔炼：将炼钢原料加入转炉中进行冶炼，温度控制在1600-1650℃；
S2、脱氧合金化：转炉向钢包出钢过程中，向钢包内加入脱氧剂5-10kg/吨钢水、合金料3-6kg/吨钢水；
S3、LF炉精炼：将脱氧合金化之后的钢水倒入LF炉内，加入造渣剂进行通电造渣，控制总渣量为8-15kg/吨钢水，终渣碱度3-4，将钢水加热至1570-1580℃，以流量为4-60L/min的氩气量进行软吹，并且在精炼过程中加烟罩密封，烟罩内微正压操作；
S4、钢水浇铸：将精炼后的钢水倒入连铸机回转台的钢包上，再由钢包倒入中间包，从中间包的底部依次流入结晶室、二冷区，得到铸坯；
S5、轧制、吐丝：将浇铸后的铸坯进行轧制、吐丝后冷却得到焊丝钢盘条，轧制温度890-950℃，吐丝温度850-880℃；
所述S2中加入的脱氧剂包括硅铝钡20-30份和无机硅胶负载氧化镁颗粒15-25份。
通过采用上述技术方案，加入硅铝钡和无机硅胶负载氧化镁颗粒作脱氧剂，钡的脱氧产物直径较大，容易和其他元素的脱氧产物聚合、长大，促进脱氧产物上浮，提高脱氧效果；无机硅胶负载氧化镁颗粒加入到钢液中后，一方面，负载在无机硅胶表面的氧化镁会发生脱离，由于氧化镁的密度为3.58g/cm3，比钢液的密度7.1g/cm3小，使氧化镁能够自动上浮，且携带脱氧产物一起悬浮在钢液表面，提高脱氧效果，另外，氧化镁自身属于碱性金属氧化物，加入到钢液中后能够提供碱性环境，进而起到促进硅、铝进行脱氧的效果，另一方面，通过氧化镁对无机硅胶表面进行改性，能够使无机硅胶的吸附容量增大，增大无机硅胶与钢液的接触面积，进而提高无机硅胶在钢液中脱氧、脱硫的能力；氧化镁通过负载在无机硅胶表面的形式引入到钢液中，氧化镁自身不参与脱氧，但能够有效提升硅铝钡和硅胶的脱氧效果，催化两者进行快速脱氧。
优选的，所述S2中加入的脱氧剂包括硅铝钡23-28份和无机硅胶负载氧化镁颗粒18-22份。
通过采用上述技术方案，进一步优化硅铝钡和无机硅胶负载氧化镁颗粒的用量，能够使两者更好的发挥协同作用，提高脱氧剂的脱氧效果同时降低脱氧剂的成本。
优选的，所述无机硅胶负载氧化镁颗粒的制备方法包括以下步骤：
将无机硅胶加入氯化镁的水溶液中，无机硅胶和氯化镁的用量比为1:(1.5-3)，20-30℃恒温浸渍20-30小时，过滤分离得到浸渍复合物，烘干后进行450-550℃焙烧，焙烧3-5小时后洗涤、烘干得到无机硅胶负载氧化镁颗粒。
通过采用上述技术方案，由于无机硅胶表面含有硅羟基，使无机硅胶表面可以进行化学键合，通过将过量的氯化镁浸渍到无机硅胶表面，然后通过焙烧使氯化镁转变成氧化镁，得到无机硅胶表面负载氧化镁，从而使氧化镁为硅、铝的脱氧提供碱性环境，提高硅、铝的脱氧能力，另外，由于氧化镁对无机硅胶的表面进行改性，增大了无机硅胶的脱氧、脱硫能力。
优选的，所述无机硅胶负载氧化镁颗粒的粒径为0.1-0.3mm。
通过采用上述技术方案，无机硅胶负载氧化镁颗粒的粒径在此范围内，能够更好的分散在钢液中并与硅铝钡协同发挥作用进行脱氧，提高脱氧效果。
优选的，所述合金料包括硅铁合金5-10份和硅锰合金5-10份。
通过采用上述技术方案，加入硅铁合金和硅锰合金作合金料，能够提高合金收得率，合金元素被氧化的部分易形成低熔点氧化物，低熔点氧化物容易上浮，有利于净化钢水，提高钢材质量；锰元素的加入有助于脱氧剂提升硅、铝的脱氧能力，进一步提高脱氧效果。合金料的选择不含钙，降低了钢液中的钙元素，从而保证焊丝钢在应用时能够减少焊接飞溅，适应环保要求。
优选的，所述造渣剂包括石灰4.5-5.0kg/吨钢水、硅铁粉0.5-1.0kg/吨钢水和萤石0.5-1.0kg/吨钢水。
通过采用上述技术方案，加入石灰、硅铁粉和萤石作造渣剂能够对钢液进一步进行脱氧和脱硫，降低钢液中有害元素，从而保证焊丝钢的拉拔性能。
优选的，所述S4中二冷区的比水量为0.30-0.4L/kg。
通过采用上述技术方案，二冷采用弱冷制度，较小的比水量，保证铸坯冷却更加均匀，减少铸坯裂纹和偏析，进而保证焊丝钢的韧性和拉拔性能。
第二方面，本申请提供一种镀铜气体保护焊丝钢，采用如下的技术方案：
一种镀铜气体保护焊丝钢，由上述所述的镀铜气体保护焊丝钢的制备工艺制得。
通过采用上述技术方案，通过加入本申请的脱氧剂以及本申请的制备工艺能够有效降低钢液的含氧量，从而保证焊丝钢的拉拔性能。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、由于本申请采用硅铝钡，钡的脱氧产物直径较大，容易和其他元素的脱氧产物聚合、长大，促进脱氧产物上浮，提高脱氧效果。
2、本申请中优选采用无机硅胶负载氧化镁颗粒，加入到钢液中后，一方面，负载在无机硅胶表面的氧化镁会发生脱离，由于氧化镁的密度为3.58g/cm3，比钢液的密度7.1g/cm3小，使氧化镁能够自动上浮，且携带脱氧产物一起悬浮在钢液表面，提高脱氧效果，另外，氧化镁自身属于碱性金属氧化物，加入到钢液中后能够提供碱性环境，进而起到促进硅、铝进行脱氧的效果，另一方面，通过氧化镁对无机硅胶表面进行改性，能够使无机硅胶的吸附容量增大，进而提高无机硅胶在钢液中脱氧、脱硫的能力。
3、本申请的方法，通过熔炼、脱氧合金化、LF炉精炼、钢水浇铸、轧制和吐丝等步骤制备出的焊丝钢，降低了钢液的含氧量从而保证焊丝钢的拉拔性能。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
本申请实施例中所使用的原料均可通过市售获得。
Figure BDA0003691356140000031
Figure BDA0003691356140000041
制备例
制备例1
一种无机硅胶负载氧化镁颗粒的制备方法，包括以下步骤：
将无机硅胶加入氯化镁的水溶液中，无机硅胶和氯化镁的用量比为1:2，25℃恒温浸渍25小时，过滤分离得到浸渍复合物，烘干后进行500℃焙烧，焙烧4小时后洗涤、烘干得到无机硅胶负载氧化镁颗粒。
制备例2
一种无机硅胶负载氧化镁颗粒的制备方法，包括以下步骤：
将无机硅胶加入氯化镁的水溶液中，无机硅胶和氯化镁的用量比为1:1.5，20℃恒温浸渍20小时，过滤分离得到浸渍复合物，烘干后进行450℃焙烧，焙烧3小时后洗涤、烘干得到无机硅胶负载氧化镁颗粒。
制备例3
一种无机硅胶负载氧化镁颗粒的制备方法，包括以下步骤：
将无机硅胶加入氯化镁的水溶液中，无机硅胶和氯化镁的用量比为1:3，30℃恒温浸渍30小时，过滤分离得到浸渍复合物，烘干后进行550℃焙烧，焙烧5小时后洗涤、烘干得到无机硅胶负载氧化镁颗粒。
制备例4
一种无机硅胶负载氧化镁颗粒的制备方法，与制备例1的区别在于，无机硅胶和氯化镁的用量比为2:1。
对比制备例1
一种无机硅胶负载氧化镁颗粒的制备方法，与制备例1的区别在于，以等量的氧化钙替换氧化镁。
实施例
实施例1
一种镀铜气体保护焊丝钢的制备工艺，包括以下步骤：
S1、熔炼：将炼钢原料加入转炉中进行冶炼，温度控制在1625℃；
S2、脱氧合金化：转炉向钢包出钢过程中，向钢包内加入脱氧剂8kg/吨钢水、合金料4kg/吨钢水；
S3、LF炉精炼：将脱氧合金化之后的钢水倒入LF炉内，加入造渣剂进行通电造渣，控制总渣量为11kg/吨钢水，终渣碱度3.5，将钢水加热至1575℃，以流量为25L/min的氩气量进行软吹15分钟，并且在精炼过程中加烟罩密封，烟罩内微正压操作；
S4、钢水浇铸：将精炼后的钢水倒入连铸机回转台的钢包上，再由钢包倒入中间包，控制中间包温度为1520℃，加入低碳覆盖剂覆盖在中间包的钢液表面，减少增氧，钢液从中间包的底部依次流入结晶室、二冷区，结晶器水流量为150m3/h、二冷区的比水量为0.35L/kg，得到铸坯；
S5、轧制、吐丝：将浇铸后的铸坯进行轧制、吐丝后冷却得到焊丝钢盘条，轧制温度920℃，吐丝温度860℃；
其中，S2中加入的脱氧剂包括硅铝钡25kg和无机硅胶负载氧化镁颗粒20kg，粒径为0.2mm，无机硅胶负载氧化镁由制备例1获得；合金料包括硅铁合金7kg和硅锰合金8kg；
造渣剂为石灰4.8kg/吨钢水、硅铁粉0.7kg/吨钢水和萤石0.7kg/吨钢水。
一种镀铜气体保护焊丝钢由上述步骤制备获得,焊丝钢中各元素的含量按重量百分比计：C：0.07％，Si：0.8％，Mn：1.62％，P：0.009％，S：0.001％，Cr:0.3％,Ti：0.06％。
实施例2-5
一种镀铜气体保护焊丝钢的制备工艺，基于实施例1的基础上，实施例2-5的区别主要在于原料配比不同。
实施例1-5的原料配比如表1所示。
表1实施例1-5的原料配比
Figure BDA0003691356140000051
Figure BDA0003691356140000061
对比例1
一种镀铜气体保护焊丝钢的制备工艺，与实施例1的不同之处在于，脱氧剂中未加入硅铝钡。
对比例2
一种镀铜气体保护焊丝钢的制备工艺，与实施例1的不同之处在于，脱氧剂中未加入无机硅胶负载氧化镁颗粒。
对比例3
一种镀铜气体保护焊丝钢的制备工艺，与实施例1的不同之处在于，加入无机硅胶负载氧化镁颗粒由对比例制备例1制得。
实施例6-8
一种镀铜气体保护焊丝钢的制备工艺，基于实施例1的基础上，无机硅胶负载氧化镁分别由制备例2-4制得。
实施例9
一种镀铜气体保护焊丝钢的制备工艺，基于实施例1的基础上，无机硅胶负载氧化镁颗粒的粒径为0.1mm。
实施例10
一种镀铜气体保护焊丝钢的制备工艺，基于实施例1的基础上，无机硅胶负载氧化镁颗粒的粒径为0.3mm。
实施例11
一种镀铜气体保护焊丝钢的制备工艺，基于实施例1的基础上，无机硅胶负载氧化镁颗粒的粒径为1mm。
实施例12
一种镀铜气体保护焊丝钢的制备工艺，基于实施例1的基础上，无机硅胶负载氧化镁颗粒的粒径为0.01mm。
对比例4
一种镀铜气体保护焊丝钢的制备工艺，与实施例1的不同之处在于，合金料的用量为0。
对比例5
一种镀铜气体保护焊丝钢的制备工艺，与实施例1的不同之处在于，造渣剂的用量为0。
实施例13
一种镀铜气体保护焊丝钢的制备工艺，基于实施例1的基础上，二冷比水量为0.3L/kg。
实施例14
一种镀铜气体保护焊丝钢的制备工艺，基于实施例1的基础上，二冷比水量为0.5L/kg。
实施例15
一种镀铜气体保护焊丝钢的制备工艺，基于实施例1的基础上，二冷比水量为2L/kg。
性能检测试验
测试包括：
拉伸性能测试
将实施例1-16和对比例1-5制成的焊丝钢盘条进行拉伸性能测试，采用GB/T228.1-2010《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》中规定的方法进行测试，测试结果表2。
当焊丝钢盘条的屈服强度满足360-380Mpa和抗拉强度满足530-550Mpa，且伸缩率不小于25％时，说明焊丝钢盘条的拉伸性能越好，在满足此要求的基础上，较低的屈服强度和抗拉强度以及较高的伸长率，更能体现出焊丝钢盘条不易在拉拔时发生断裂，具有良好的拉拔性能。
表2实施例1-16和对比例1-5的拉伸性能测试结果
Figure BDA0003691356140000071
Figure BDA0003691356140000081
结合实施例1-5并结合表2可以看出，实施例1的拉伸性能优于实施例2-5，说明本申请实施例1为较优实施例。
结合实施例1和对比例1-3并结合表2可以看出，实施例1的拉伸性能优于对比例1-3，说明本申请加入硅铝钡和无机硅胶负载氧化镁颗粒作脱氧剂，钡的脱氧产物直径较大，容易和其他元素的脱氧产物聚合、长大，促进脱氧产物上浮，提高脱氧效果；无机硅胶负载氧化镁颗粒加入到钢液中后，一方面，负载在无机硅胶表面的氧化镁会发生脱离，由于氧化镁的密度为3.58g/cm3，比钢液的密度7.1g/cm3小，使氧化镁能够自动上浮，且携带脱氧产物一起悬浮在钢液表面，提高脱氧效果，另外，氧化镁自身属于碱性金属氧化物，加入到钢液中后能够提供碱性环境，进而起到促进硅、铝进行脱氧的效果，另一方面，通过氧化镁对无机硅胶表面进行改性，能够使无机硅胶的吸附容量增大，进而提高无机硅胶在钢液中脱氧、脱硫的能力；氧化镁通过负载在无机硅胶表面的形式引入到钢液中，氧化镁自身不参与脱氧，但能够有效提升硅铝钡和硅胶的脱氧效果，催化两者进行快速脱氧。
结合实施例1和实施例6-8并结合表2可以看出，实施例1的拉伸性能优于实施例6-8，说明本申请中由于无机硅胶表面含有硅羟基，使无机硅胶表面可以进行化学键合，通过将过量的氯化镁浸渍到无机硅胶表面，然后通过焙烧使氯化镁转变成氧化镁，得到无机硅胶表面负载氧化镁，从而使氧化镁为硅、铝的脱氧提供碱性环境，提高硅、铝的脱氧能力，另外，由于氧化镁对无机硅胶的表面进行改性，增大无机硅胶与钢液的接触面积，增大了无机硅胶的脱氧、脱硫能力。
结合实施例1和实施例9-12并结合表2可以看出，实施例1优于实施例9-12，且实施例9-10优于实施例11-12，说明本申请中无机硅胶负载氧化镁颗粒的粒径在此范围内，能够更好的分散在钢液中并与硅铝钡协同发挥作用进行脱氧，提高脱氧效果。
结合实施例1和对比例4并结合表2可以看出，实施例1优于对比例4，说明本申请加入硅铁合金和硅锰合金作合金料，能够提高合金收得率，合金元素被氧化的部分易形成低熔点氧化物，低熔点氧化物容易上浮，有利于净化钢水，提高钢材质量；锰元素的加入有助于脱氧剂提升硅、铝的脱氧能力，进一步提高脱氧效果。合金料的选择不含钙，降低了钢液中的钙元素，从而保证焊丝钢在应用时能够减少焊接飞溅，适应环保要求。
结合实施例1和对比例4并结合表2可以看出，实施例1优于对比例4，说明本申请加入石灰、硅铁粉和萤石作造渣剂能够对钢液进一步进行脱氧和脱硫，降低钢液中有害元素，从而保证焊丝钢的拉拔性能。
结合实施例1和实施例13-15并结合表2可以看出，实施例1优于实施例13-15，且实施例13-14优于实施例15，说明本申请中二冷采用弱冷制度，较小的比水量，保证铸坯冷却更加均匀，减少铸坯裂纹和偏析，进而保证焊丝钢的韧性和拉拔性能。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.一种镀铜气体保护焊丝钢的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1、熔炼：将炼钢原料加入转炉中进行冶炼，温度控制在1600-1650℃；
S2、脱氧合金化：转炉向钢包出钢过程中，向钢包内加入脱氧剂5-10kg/吨钢水、合金料3-6kg/吨钢水；
S3、LF炉精炼：将脱氧合金化之后的钢水倒入LF炉内，加入造渣剂进行通电造渣，控制总渣量为8-15kg/吨钢水，终渣碱度3-4，将钢水加热至1570-1580℃，以流量为4-60L/min的氩气量进行软吹，并且在精炼过程中加烟罩密封，烟罩内微正压操作；
S4、钢水浇铸：将精炼后的钢水倒入连铸机回转台的钢包上，再由钢包倒入中间包，从中间包的底部依次流入结晶室、二冷区，得到铸坯；
S5、轧制、吐丝：将浇铸后的铸坯进行轧制、吐丝后冷却得到焊丝钢盘条，轧制温度890-950℃，吐丝温度850-880℃；
所述S2中加入的脱氧剂包括硅铝钡20-30份和无机硅胶负载氧化镁颗粒15-25份。
2.根据权利要求1所述的一种镀铜气体保护焊丝钢的制备工艺，其特征在于：所述S2中加入的脱氧剂包括硅铝钡23-28份和无机硅胶负载氧化镁颗粒18-22份。
3.根据权利要求2所述的一种镀铜气体保护焊丝钢的制备工艺，其特征在于：所述无机硅胶负载氧化镁颗粒的制备方法包括以下步骤：
将无机硅胶加入氯化镁的水溶液中，无机硅胶和氯化镁的用量比为1:（1.5-3），20-30℃恒温浸渍20-30小时，过滤分离得到浸渍复合物，烘干后进行450-550℃焙烧，焙烧3-5小时后洗涤、烘干得到无机硅胶负载氧化镁颗粒。
4.根据权利要求1所述的一种镀铜气体保护焊丝钢的制备工艺，其特征在于：所述无机硅胶负载氧化镁颗粒的粒径为0.1-0.3mm。
5.根据权利要求1所述的一种镀铜气体保护焊丝钢的制备工艺，其特征在于：所述合金料包括硅铁合金5-10份和硅锰合金5-10份。
6.根据权利要求1所述的一种镀铜气体保护焊丝钢的制备工艺，其特征在于：所述造渣剂包括石灰4.5-5.0kg/吨钢水、硅铁粉0.5-1.0kg/吨钢水和萤石0.5-1.0kg/吨钢水。
7.根据权利要求1所述的一种镀铜气体保护焊丝钢的制备工艺，其特征在于：所述S4中二冷区的比水量为0.30-0.4L/kg。
8.一种镀铜气体保护焊丝钢，其特征在于 ：由权利要求1-7任意一项所述的镀铜气体保护焊丝钢的制备工艺制得。
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