CN115351458A

CN115351458A - 一种埋弧焊丝用钢、盘条、埋弧焊丝及其制备方法

Info

Publication number: CN115351458A
Application number: CN202211276565.3A
Authority: CN
Inventors: 王纳; 张宇; 麻晗
Original assignee: Jiangsu Shagang Group Co Ltd; Jiangsu Shagang Iron and Steel Research Institute Co Ltd; Zhangjiagang Rongsheng Special Steel Co Ltd
Current assignee: Jiangsu Shagang Group Co Ltd; Jiangsu Shagang Iron and Steel Research Institute Co Ltd; Zhangjiagang Rongsheng Special Steel Co Ltd
Priority date: 2022-10-19
Filing date: 2022-10-19
Publication date: 2022-11-18
Anticipated expiration: 2042-10-19
Also published as: WO2024082921A1; CN115351458B

Abstract

一种埋弧焊丝用钢、盘条、埋弧焊丝及其制备方法，属于钢铁冶炼技术领域，克服现有技术中的埋弧焊丝成本高、易结瘤的缺陷。本发明高Ti管线埋弧焊丝用钢的制备方法，包括转炉冶炼、LF精炼、连铸、轧制和冷却；所述LF精炼中，精炼炉渣组分以重量百分比计为：（CaO+CaF）40‑50%，Al₂O₃30%‑40%，SiO₂≤5%，MnO 10%‑20%；所述LF精炼过程中，出钢前喂入纯钙线。本发明高Ti管线埋弧焊丝用钢制备时可连浇10炉以上。

Description

一种埋弧焊丝用钢、盘条、埋弧焊丝及其制备方法

技术领域

本发明属于钢铁冶炼技术领域，具体涉及一种埋弧焊丝用钢、盘条、埋弧焊丝及其制备方法。

背景技术

相比气保焊，埋弧焊生产效率高，自动化程度高。含钛焊丝钢广泛应用于管线钢焊接中。合金焊丝中加入Ti元素可细化晶粒，同时提高熔覆金属低温冲击韧性和抗拉强度。然而含钛管线埋弧焊丝钢在生产中碰到冶炼问题：1）浇铸过程中水口结瘤，表现为浇铸过程中塞棒上涨；2）精炼过程Ti收得率较低，不足40%。不少钢企考虑到炼钢连浇困难，焊丝中Ti含量质量百分比控制在<0.07%，再加入昂贵的Mo，来满足熔覆金属对力学性能的要求，还有一些钢企选择大方坯生产，不管选择哪一种方式，成本都大大提高。

专利CN201110242037.1公开了一种生产管线埋弧焊丝用的盘条，盘条的化学成分按重量百分比为：C 0.04~0.11%、Si 0.10~0.40%、Mn 1.40~1.90%、Ni 0.40~0.60%、Mo 0.20~0.40%、Ti 0.03~0.10%、B 0.004~0.007%、Al 0.010~0.030%、S≤0.003%、P≤0.008%、O≤0.0015%、N≤0.0040%，余量为Fe及不可避免杂质。考虑炼钢困难，其Ti含量仅为0.03~0.10%，此外通过增加Mo、Ni、B等合金元素来满足焊缝力学性能，成本大大增加。

专利CN112011718A提供了一种低铝高钛焊丝钢及其冶炼方法，包括以下步骤：步骤S1、转炉出钢脱氧合金化：转炉出钢时依次加入高硅硅锰、高纯硅铁进行脱氧合金化，再依次加入石灰、萤石；步骤S2、LF精炼：LF炉根据精炼渣流动性加入石灰和萤石；精炼第一次通电分多批次加入电石和硅铁粉进行渣面脱氧；通电一段时间后取样化验，并根据化验结果加入高纯硅铁和金属锰调整成分至目标值；合金加入后至精炼结束加入硅铁粉保持精炼渣还原性；精炼后期，一次性喂入钛铁线使钛含量至目标值，并根据化验结果硫含量补位硫磺线后进行软吹后上机连铸。实现低铝高钛焊丝钢成分的稳定控制，同时大幅度提高低铝高钛焊丝钢的连续浇注的性能，降低生产成本。该专利虽然能实现低铝高钛焊丝钢成分的稳定控制，但是只适用于不含Al的焊丝钢，对于含Al焊丝钢，则会造成Al₂O₃在浇筑时的二次氧化。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的埋弧焊丝成本高、易结瘤的缺陷，从而提供一种埋弧焊丝用钢、盘条、埋弧焊丝及其制备方法。

为此，本发明提供了以下技术方案。

第一方面，本发明提供了一种高Ti管线埋弧焊丝用钢的制备方法，包括转炉冶炼、LF精炼、连铸、轧制和冷却；

所述LF精炼中，精炼炉渣组分以重量百分比计为：（CaO+CaF） 40-50%， Al₂O₃ 30%-40%， SiO₂ ≤5%， MnO 10%-20%；

所述LF精炼过程中，出钢前喂入纯钙线。

进一步的，所述出钢前喂入纯钙线为：出钢前15~18分钟喂入直径5~10mm的纯钙线250~400米/吨。

进一步的，所述连铸过程中，浇筑前在中间包上沿的四周垫上一层耐火材料，之后盖上中间包盖，并向中间包内吹入氩气，以置换中间包内的空气；

中间包过热度为30~50℃，拉速为2.5±0.1m/s，结晶器进出水温差≤10℃，二冷及结晶器进水温度≥30℃，当中间包内钢液深度高于挡渣墙上孔高度后开启塞棒开浇。

进一步的，采用吹氩管向中间包内吹入氩气，所述吹氩管的高度保持与中间包内深一致、吹氩时间为5~6分钟。

进一步的，所述轧制过程中，870℃≤精轧入口温度≤900℃，90m/s≤轧制速度≤100m/s；

所述冷却过程中，在斯太尔摩冷却线上进行控温冷却，其中，吐丝温度为880~900℃，冷却速度≤6m/s。

第二方面，提供了一种上述方法制备的高Ti管线埋弧焊丝用钢。

进一步的，化学成分以质量百分数计，包括C 0.07~0.10%，Si 0.15~0.25%、Mn1.50~1.80%、Ti 0.25~0.35%、Al 0.02~0.03%、0.0020%≤Ca≤0.0040%、O≤0.004%，其余为Fe和不可避免的杂质。

第三方面，提供了一种高Ti管线埋弧焊丝用盘条，所述盘条抗拉强度≤600MPa，断面收缩率≥75%。

第四方面，提供了一种高Ti管线埋弧焊丝，采用上述高Ti管线埋弧焊丝用盘条制得。

第五方面，提供了一种高Ti管线埋弧焊丝的制备方法，直接对盘条进行拉丝，无需退火，拉丝速度≤15m/s。

本发明中连铸为截面积为140mm*140mm的小方坯连铸。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的高Ti管线埋弧焊丝用钢的制备方法，所述LF精炼中，出钢前喂入纯钙线，喂入钙线可吸收钢水中的氧，与钢中氧生成钙的氧化物，降低钢中氧化物含量，伴随着搅拌，上浮到渣面，氧减少后，生成的钛和铝的氧化物数量降低，复合夹杂物尺寸变小。另外精炼过程中，通过调配精炼炉渣，有效将钢种氧含量控制在0.004%以下，进而可以从根本上解决连铸过程水口结瘤问题。喂入钙线既可以解决开浇过程中因TiO₂二次氧化引起的结瘤停浇问题，又可以提高Ti的收得率。也可解决Al含量较高的钢水的结瘤问题。

不用加入昂贵的Mo来替代部分Ti，合金成本低，炼钢连铸选用小方坯即可连浇10炉以上，无水口结瘤等现象出现。

2.本发明提供的高Ti管线埋弧焊丝用钢，化学成分以质量百分数计，包括C 0.07~0.10%、Si 0.15~0.25%、Mn 1.50~1.80%、Ti 0.25~0.35%、0.0020%≤Ca≤0.0040%、O≤0.004%，其余为Fe和不可避免的杂质。

本发明具有较高的Ti含量0.25~0.35%，可以提高焊缝金属的强韧性，不需要加入其它合金元素来提高焊缝力学性能，降低了钢的成本。高Si的设计使得炼钢过程中可以使用Si脱氧，进一步减小钢水中的Ti的氧化夹杂物，有助于解决连铸过程水口结瘤问题。

本发明添加Ca元素，可降低钢中氧化物含量，降低生成的钛和铝的氧化物数量，复合夹杂物尺寸（Ti和Al的氧化夹杂物在浇筑过程中易聚集，进而堵塞水口），从根本上解决连铸过程中水口结瘤的问题，同时提高Ti的收得率。

通过向碳素钢中添加钙元素，还可以在钢中形成弥散的热稳定的第二相含钙的氧化物粒子。可以钉扎焊接热循环过程中粗晶热影响区（CGHAZ）的奥氏体晶界迁移，限制奥氏体晶粒的长大，获得较细的焊接CGHAZ晶粒度，进而改善微钙钢焊接CGHAZ的强韧度。

3.本发明盘条的抗拉强度≤600MPa，断面收缩率≥75%。制备埋弧焊丝时不需要进行退火，降低生产成本。采用本发明埋弧焊丝进行熔敷金属试验，焊缝抗拉强度≥560MPa，-40℃低温冲击韧性≥150J。

具体实施方式

提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。

实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。

实施例1-4埋弧焊丝的制备方法包括以下步骤：

（1）转炉冶炼。

（2）LF精炼：精炼出钢前18分钟喂入直径8mm的纯钙线，吹氩搅拌，吹氩搅拌时间不少于10 分钟。

表1 LF精炼参数

表2 精炼炉渣组分（wt%）

（3）小方坯连铸：

浇筑前在中间包上沿的四周垫上一层厚的耐火棉，之后盖上中间包盖，并使用三支吹氩管向中间包内吹入氩气，以置换中间包内的空气，吹氩管的高度保持与中间包内深一致、吹氩时间为5~6分钟。

过热度为40℃，拉速为2.5m/s，进出水温差10℃，二冷及结晶器进水温度35℃，当中间包内钢液深度高于挡渣墙上孔高度后再开启塞棒开浇。

（4）轧制

将小方坯经加热炉加热后连续轧制，实施例1-4精轧入口温度依次为870℃、900℃、880℃、900℃，轧制速度依次为90m/s、100m/s、92m/s、98m/s。

（5）冷却

吐丝进入斯太尔摩冷却线上进行控温冷却，其中，吐丝温度为依次为880℃、900℃、900℃、890℃，风机和保温罩全部关闭，斯太尔摩冷却线的辊道速度为0.15m/s，在保温罩内冷却速度依次为6m/s、6m/s、5m/s、5m/s。

（6）拉丝镀铜

步骤（5）中制得的盘条不经退火处理，直接拉丝，拉丝速度15m/s，之后镀铜盘卷。

对比例1

对比例1与实施例1基本相同，不同之处在于，对比例1未添加钙线。

对比例2

对比例2与实施例1基本相同，不同之处在于，精炼渣为低碱度渣系，组分以重量百分比计为：“CaO+CaF” 30%， Al₂O₃ 10%， SiO₂ 42%， MnO 18%，不符合本发明所述渣系组配。

试验例

（1）记录炼钢最大连浇炉数，并采用ICP和CS仪对盘条成分进行测试，化学成分组成以重量百分比计，见表3。

表3盘条成分

（2）测试盘条抗拉强度和断面收缩率

剪取盘条30cm，在250kN拉伸试验机（Instron 5585）上测试盘条抗拉强度和断面收缩率。测试结果见表4。

表4抗拉强度和断面收缩率

（3）焊缝力学性能测试

参照标准GBT 8110-2008进行熔敷金属试验，然后进行力学性能检测试验，测试结果见表5。

表5熔敷焊缝

采用本发明的埋弧焊丝形成的焊缝抗拉强度≥560MPa，-40℃低温冲击韧性≥150J。

由上可知，与实施例1相比，对比例1所述盘条因成分中Ca含量不足，焊缝强度和韧性都有所降低，另外，对比例1因未加入钙线，导致结瘤，连浇炉数仅为3炉。对比例2所述盘条在炼钢过程中，精炼渣系组分不满足本技术要求，因此O含量过高，连浇炉数仅为5炉。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims

1.一种高Ti管线埋弧焊丝用钢的制备方法，其特征在于，包括转炉冶炼、LF精炼、连铸、轧制和冷却；

所述LF精炼中，精炼炉渣组分以重量百分比计为：（CaO+CaF） 40-50%， Al₂O₃ 30%-40%，SiO₂ ≤5%， MnO 10%-20%；

所述LF精炼过程中，出钢前喂入纯钙线。

2.根据权利要求1所述的高Ti管线埋弧焊丝用钢的制备方法，其特征在于，所述出钢前喂入纯钙线为：出钢前15~18分钟喂入直径5~10mm的纯钙线250~400米/吨。

3.根据权利要求1所述的高Ti管线埋弧焊丝用钢的制备方法，其特征在于，所述连铸过程中，浇筑前在中间包上沿的四周垫上一层耐火材料，之后盖上中间包盖，并向中间包内吹入氩气，以置换中间包内的空气；

4.根据权利要求3所述的高Ti管线埋弧焊丝用钢的制备方法，其特征在于，采用吹氩管向中间包内吹入氩气，所述吹氩管的高度保持与中间包内深一致、吹氩时间为5~6分钟。

5.根据权利要求1所述的高Ti管线埋弧焊丝用钢的制备方法，其特征在于，所述轧制过程中，870℃≤精轧入口温度≤900℃，90m/s≤轧制速度≤100m/s；

6.根据权利要求1-5任一项所述的制备方法制得的高Ti管线埋弧焊丝用钢。

7.根据权利要求6所述的高Ti管线埋弧焊丝用钢，其特征在于，化学成分以质量百分数计，包括C 0.07~0.10%、Si 0.15~0.25%、Mn 1.50~1.80%、Ti 0.25~0.35%、Al 0.02~0.03%、0.0020%≤Ca≤0.0040%、O≤0.004%，其余为Fe和不可避免的杂质。

8.一种高Ti管线埋弧焊丝用盘条，采用权利要求1-5任一项所述制备方法制得的钢或权利要求6或7所述的高Ti管线埋弧焊丝用钢，其特征在于，所述盘条抗拉强度≤600MPa，断面收缩率≥75%。

9.一种高Ti管线埋弧焊丝，其特征在于，采用权利要求8所述的高Ti管线埋弧焊丝用盘条制得。

10.一种权利要求9所述的高Ti管线埋弧焊丝的制备方法，其特征在于，直接对盘条进行拉丝，无需退火，拉丝速度≤15m/s。