CN115255692B - 一种低碳高Cr合金钢坯连接及轧制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低碳高Cr合金钢坯连接及轧制方法，将低碳高Cr的合金钢坯一端加工成卯槽，30CrMoA连铸坯一端加工成榫头；二者再通过两根并列间隔布置的低碳钢销子连接在一起，在卯榫相连部位、与销子连接部位打单边坡口，通过卯榫结构和焊接固定钢坯周向连接紧固；在轧制时，连接件低碳高Cr的合金钢坯一端先进入轧机，30CrMoA连铸坯一端后进入轧机轧制，保证轧机先轧较硬的低碳高Cr钢坯，后延伸轧制30CrMoA连铸坯，焊接深度≥20mm；焊接时选用3Y低氢焊材：焊条R307；对榫头铸钢件母材30CrMoA打单边坡口单面对接焊缝；焊条在使用前烘焙温度为350℃，烘焙1小时后冷却到100℃保温，焊条电弧焊现场风速不大于8m/s，当超过规定风速时应设防风装置。
Description
技术领域
本发明属于轧钢技术领域，涉及一种低碳高Cr合金钢坯连接及轧制方法。
背景技术
随着炼钢轧钢设备的大型化，开发与已有产品差别大的品种成本很高。为控制开发成本，对中频炉模铸的一种低碳高Cr的中合金钢，其成分C≤0.25%,Si≤0.5%，Mn≤0.7%，P≤0.025%,S≤0.02%,Mo≤0.2%，Cr4~7%，模铸成规格150mm×150mm×1000mm的钢坯，用于试验确定Φ16~30圆钢的轧制工艺。因钢坯长度1000mm太短，受轧钢加热炉横梁间距限制，不满足小型机组加热炉最短铸坯要求，无法实现轧制。故选择用碳含量略高，同样含有CrMo元素的30CrMoA连铸坯与之连接在一起实现轧制。
通常的连接方法有销连接、焊接、螺纹连接、胶接。如果只是将低碳高Cr（含碳量≤0.25%，含Cr4~7%）的合金钢坯与连铸坯连接在一起，保证入炉铸坯长度，采用销连接、焊接、螺纹连接都可实现二者的连接。但是如果要保证轧制不堆钢且能够轧制成型就需要采用特别的连接方式。
采用销连接，只能保证铸坯轴向连接紧密，铸坯周向缺乏紧固，而且低碳高Cr的中合金钢与30CrMoA连铸坯合金含量不同，高温强度也不同，轧制时变形程度不同，在轧制到连接部位时，因变形抗力的变化，很容易堆钢或轧断不能成型，造成事故；销子材料还需要保证轧制时不断裂能承受轧制力将两种材料连接在一起不脱落。
采用焊接，通常需焊接的两种材料焊接性能相当，而且其碳当量Ceq≤0.4%才比较容易焊接在一起。国际焊接学会认为当Ceq>0.5%时焊接困难，需要焊接的材料含Cr4~7%，Ceq>0.5%【Ceq=C+Mn/6+（Cr+V+Mo）/5+（Cu+Ni）/15）】，可焊性很差，焊接时不采取措施很难焊接，措施不当焊缝也容易开裂，轧制时会因焊缝及周围开裂导致堆钢事故；但焊接仍不失为一种铸坯连接的好方法。采用螺纹连接，由于连接的30CrMoA钢坯长度较长，需要大型加工设备。
通常铸坯无需连接，本发明因为需要连接的低碳高Cr合金钢铸坯长度有限，因此需要连接。焊接也是铸坯连接的常用方式之一。
不同钢种的焊接有一定规范。沙慧丽在《中碳钢的焊接》（2013年1月1日第016期科技资讯）一文中提到“中碳钢由于钢中含有较高的碳,其焊接性较差,因而在焊接过程中,若采取的工艺措施不正确,常常会产生裂纹、气孔等缺陷.焊接中碳钢时,应充分考虑其焊接性及产生的焊接缺陷,制定合理的焊接工艺措施,生产出合格的焊接产品。”本发明需要连接的低碳高Cr是一种新材料，与之连接的30CrMoA是一种中碳合金钢，沙慧丽文中的观点“制定合理的焊接工艺措施”,可供借鉴。
30CrMoA的焊接性较差，如果焊接工艺不当很容易产生各种焊接缺陷，张淑秋在《30CrMoA钢焊接缺陷及其控制》（2011年1月1日第029期 中国科技博览）一文中介绍了30CrMoA钢焊接缺陷及其控制。30CrMoA钢本身难焊接，本发明低碳高Cr合金钢中的碳当量较30CrMoA更高，其焊接更为困难。将30CrMoA与低碳高Cr合金钢焊接在一起，尤为困难。
韩军 孔令新 贾占军 王美在《30CrMoA钢与Q345B钢活塞杆组件的焊接》（2010年4月第4期焊接技术）中介绍了30CrMoA钢与Q345B钢的焊接。30CrMoA的碳当量0.54%~0.72%，Q345B的碳当量根据加入合金不同通通常在0.49%左右。30CrMoA焊接性较Q345B差很多。该文焊接材料的选用以接近Q345B为主，即选用的焊接材料能够保证焊缝金属的强度、韧性、塑性等力学性能与Q345B相匹配，才能保证焊接接头的综合性能。本发明低碳高Cr合金钢焊接性能较30CrMoA更差，二者如果焊接较30CrMoA钢与Q345B钢的连接难度会更大。
刘湘江在专利CN201610016306.5《一种抗氯离子腐蚀抽油杆钢及其制造方法》权利要求5中介绍了一种含Cr4.5~6.1%的轧制方法：加热炉加热工艺：均热温度1130~1230℃；钢坯出炉温度1130~1210℃，阴阳面温差≤30℃ ；控制轧制工艺：加热均匀的钢坯出炉后，正常开启高压水除磷，终轧温度：780~850℃。该轧制工艺参数出炉温度太高，钢坯会氧化烧损严重；终轧温度780~850℃，需要控制轧制和冷却，对轧机有要求；终轧温度低，变形抗力大，连接部位很难承受，堆钢或轧断的可能性增加，对本发明不适用。因此本发明的连接件需要对轧制参数做特别要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低碳高Cr合金钢坯连接及轧制方法，连铸、连接可靠性高。
本发明的目的是这样实现的：一种低碳高Cr合金钢坯连接及轧制方法，将低碳高Cr：含碳量≤0.25%，含Cr4-7%的合金钢坯一端加工成卯槽，30CrMoA连铸坯一端加工成榫头；二者再通过两根并列间隔布置的低碳钢销子连接在一起，在卯榫相连部位、与销子连接部位打单边坡口，通过卯榫结构和焊接固定钢坯周向连接紧固；在轧制时，连接件低碳高Cr的合金钢坯一端先进入轧机，30CrMoA连铸坯一端后进入轧机轧制，保证轧机先轧较硬的低碳高Cr钢坯 ，后延伸轧制30CrMoA连铸坯，来保证连接部位轧制不断裂和堆钢并能够轧制成型；其中左侧榫头高度：30-50mm；榫头长度150mm，右侧卯槽高度、长度与之相配，间隙≤1mm；销子直径：Φ30mm-50mm，销孔外缘距端部30-40mm；销子材质选择Ceq在0.18-0.35%的材质；焊接深度≥20mm；焊接时选用3Y低氢焊材：焊条R307；对榫头铸钢件母材30CrMoA打单边坡口单面对接焊缝；焊前准备：焊条在使用前必须烘焙，R307焊条的烘焙温度为350℃，烘焙1小时后冷却到100℃保温，随用随取，领取的焊条应放入保温筒内，不得使用药皮脱落或焊芯生锈的变质焊条、锈蚀或折弯的焊丝，施焊前，复查组装质量，定位焊质量和焊接部位的清理情况，焊条电弧焊现场风速不大于8m/s，当超过规定风速时应设防风装置；
焊接工艺参数的选择：焊条直径3.2mm、电流130-150A、电压22-31V、焊接速度6-10cm/min；焊前焊件实施预热：预热主要是减缓焊后的冷却速度，有利于焊缝金属中扩散氢的逸出，减少焊缝及热影响区的淬硬程度，降低焊接应力和焊接结构的拘束度，提高焊接接头的抗裂性，装配定位焊时使用氧乙炔火焰加热，而焊接时必须采用电加热器加热，注重预热效果，尽量采用陶质或防火岩棉的加热片；预热温度应在100-200℃的区间，预热在坡口两侧200mm范围内，加热应缓慢进行，速度60-100℃/h，即铸钢件最低预热时间不得小于1小时；焊接过程控制：在焊接时为确保焊接质量，采用点温测量仪实时记录温度的变化，控制母材热影响区的温度，使之处于150-200℃区间，焊接后焊后4分钟，清理焊道药渣；不得连续焊接，除打底层厚度4-6mm外，其余每层厚度控制在3-4mm，保证焊缝宽度，平焊缝≤16mm，其它位置≤25mm，焊接完毕，应立即检查焊缝外观质量，对表面成形不符合要求的焊缝，在保证层间温度≥100℃的前提下，立即进行修补，修补长度不得小于50mm；焊接时不得在焊缝坡口外引弧,以免擦伤母材产生淬硬组织；焊后热处理，焊接完毕，应立即将温度加到200~250℃，进行低温回火处理，回火完毕后，用防火岩棉覆盖，使其缓冷，保温时间不少于2小时，整个焊接过程在室内进行，避开大门、窗户等风口位置；轧制要求：由于焊接的两种材料及焊缝合金含量高，必须缓慢加热，防止加热过快造成开裂，加热温度要求：加热段温度1140-1200℃；均热段温度1100-1160℃；开轧温度1050-1120℃ ；加热时间要求：预热段时间：≥60min；加热段时间：≥50min；均热段时间：≥40min；在炉时间不少于150min，钢坯头、尾温差控制在30℃范围内；上冷床温度：1050-1100℃。
采用本发明方法，按照设计的连接结构和轧制要求，在轧制时没有堆钢，顺利轧制成型。
具体实施方式
一种低碳高Cr合金钢坯连接及轧制方法，将低碳高Cr：含碳量≤0.25%，含Cr4-7%的合金钢坯一端加工成卯槽，30CrMoA连铸坯一端加工成榫头；二者再通过两根并列间隔布置的低碳钢销子连接在一起，在卯榫相连部位、与销子连接部位打单边坡口，选用合适的焊条及合适的焊接工艺焊成整体，通过卯榫结构和焊接固定钢坯周向连接紧固；在轧制时，通过合适的加热轧制参数，连接件低碳高Cr的合金钢坯一端先进入轧机，30CrMoA连铸坯一端后进入轧机轧制，保证轧机先轧较硬的低碳高Cr钢坯 ，后延伸轧制30CrMoA连铸坯，来保证连接部位轧制不断裂和堆钢并能够轧制成型；其中左侧榫头高度：30-50mm；榫头长度150mm，右侧卯槽高度、长度与之相配，间隙≤1mm；销子直径：Φ30mm-50mm，销孔外缘距端部30-40mm；销子材质选择Ceq在0.18-0.35%的材质；焊接深度≥20mm；焊接时选用3Y低氢焊材：焊条R307；对榫头铸钢件母材30CrMoA打单边坡口单面对接焊缝；焊前准备：焊条在使用前必须烘焙，R307焊条的烘焙温度为350℃，烘焙1小时后冷却到100℃保温，随用随取，领取的焊条应放入保温筒内，不得使用药皮脱落或焊芯生锈的变质焊条、锈蚀或折弯的焊丝，施焊前，复查组装质量，定位焊质量和焊接部位的清理情况，焊条电弧焊现场风速不大于8m/s，当超过规定风速时应设防风装置；
焊接工艺参数的选择：焊条直径3.2mm、电流130-150A、电压22-31V、焊接速度6-10cm/min；焊前焊件实施预热：预热主要是减缓焊后的冷却速度，有利于焊缝金属中扩散氢的逸出，减少焊缝及热影响区的淬硬程度，降低焊接应力和焊接结构的拘束度，提高焊接接头的抗裂性，装配定位焊时使用氧乙炔火焰加热，而焊接时必须采用电加热器加热，注重预热效果，尽量采用陶质或防火岩棉的加热片；预热温度应在100-200℃的区间，预热在坡口两侧200mm范围内，加热应缓慢进行，速度60-100℃/h，即铸钢件最低预热时间不得小于1小时；焊接过程控制：在焊接时为确保焊接质量，采用点温测量仪实时记录温度的变化，控制母材热影响区的温度，使之处于150-200℃区间，焊接后焊后4分钟，清理焊道药渣；不得连续焊接，除打底层厚度4-6mm外，其余每层厚度控制在3-4mm，保证焊缝宽度，平焊缝≤16mm，其它位置≤25mm，焊接完毕，应立即检查焊缝外观质量，对表面成形不符合要求的焊缝，在保证层间温度≥100℃的前提下，立即进行修补，修补长度不得小于50mm；焊接时不得在焊缝坡口外引弧,以免擦伤母材产生淬硬组织；焊后热处理，焊接完毕，应立即将温度加到200~250℃，进行低温回火处理，回火完毕后，用防火岩棉覆盖，使其缓冷，保温时间不少于2小时，整个焊接过程在室内进行，避开大门、窗户等风口位置；轧制要求：由于焊接的两种材料及焊缝合金含量高，必须缓慢加热，防止加热过快造成开裂，加热温度要求：加热段温度1140-1200℃；均热段温度1100-1160℃；开轧温度1050-1120℃ ；加热时间要求：预热段时间：≥60min；加热段时间：≥50min；均热段时间：≥40min；在炉时间不少于150min，钢坯头、尾温差控制在30℃范围内；上冷床温度：1050-1100℃。
Claims (1)
1.一种低碳高Cr合金钢坯连接及轧制方法，其特征在于：将低碳高Cr：含碳量≤0.25%，含Cr4-7%的合金钢坯一端加工成卯槽，30CrMoA连铸坯一端加工成榫头；二者再通过两根并列间隔布置的低碳钢销子连接在一起，在卯榫相连部位、与销子连接部位打单边坡口，通过卯榫结构和焊接固定钢坯周向连接紧固；在轧制时，连接件低碳高Cr的合金钢坯一端先进入轧机，30CrMoA连铸坯一端后进入轧机轧制，保证轧机先轧较硬的低碳高Cr钢坯 ，后延伸轧制30CrMoA连铸坯，来保证连接部位轧制不断裂和堆钢并能够轧制成型；其中左侧榫头高度：30-50mm；榫头长度150mm，右侧卯槽高度、长度与之相配，间隙≤1mm；销子直径：Φ30mm-50mm，销孔外缘距端部30-40mm；销子材质选择Ceq在0.18-0.35%的材质；焊接深度≥20mm；焊接时选用3Y低氢焊材：焊条R307；对榫头铸钢件母材30CrMoA打单边坡口单面对接焊缝；焊前准备：焊条在使用前必须烘焙，R307焊条的烘焙温度为350℃，烘焙1小时后冷却到100℃保温，随用随取，领取的焊条应放入保温筒内，不得使用药皮脱落或焊芯生锈的变质焊条、锈蚀或折弯的焊丝，施焊前，复查组装质量，定位焊质量和焊接部位的清理情况，焊条电弧焊现场风速不大于8m/s，当超过规定风速时应设防风装置；
焊接工艺参数的选择：焊条直径3.2mm、电流130-150A、电压22-31V、焊接速度6-10cm/min；焊前焊件实施预热：预热能够减缓焊后的冷却速度，有利于焊缝金属中扩散氢的逸出，减少焊缝及热影响区的淬硬程度，降低焊接应力和焊接结构的拘束度，提高焊接接头的抗裂性，装配定位焊时使用氧乙炔火焰加热，而焊接时必须采用电加热器加热，注重预热效果，采用陶质或防火岩棉的加热片；预热温度应在100-200℃的区间，预热在坡口两侧200mm范围内，加热应缓慢进行，速度60-100℃/h，即铸钢件最低预热时间不得小于1小时；焊接过程控制：在焊接时为确保焊接质量，采用点温测量仪实时记录温度的变化，控制母材热影响区的温度，使之处于150-200℃区间，焊接后4分钟，清理焊道药渣；不得连续焊接，除打底层厚度4-6mm外，其余每层厚度控制在3-4mm，保证焊缝宽度，平焊缝≤16mm，其它位置≤25mm，焊接完毕，应立即检查焊缝外观质量，对表面成形不符合要求的焊缝，在保证层间温度≥100℃的前提下，立即进行修补，修补长度不得小于50mm；焊接时不得在焊缝坡口外引弧,以免擦伤母材产生淬硬组织；焊后热处理，焊接完毕，应立即将温度加到200~250℃，进行低温回火处理，回火完毕后，用防火岩棉覆盖，使其缓冷，保温时间不少于2小时，整个焊接过程在室内进行，避开大门、窗户风口位置；轧制要求：由于焊接的两种材料及焊缝合金含量高，必须缓慢加热，防止加热过快造成开裂，加热温度要求：加热段温度1140-1200℃；均热段温度1100-1160℃；开轧温度1050-1120℃ ；加热时间要求：预热段时间：≥60min；加热段时间：≥50min；均热段时间：≥40min；在炉时间不少于150min，钢坯头、尾温差控制在30℃范围内；上冷床温度：1050-1100℃。
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