CN115502531B - 低温钢筋的闪光对焊方法 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示了一种低温钢筋的闪光对焊方法。该方法中：打磨后的钢筋装夹在闪光对焊机的电极上，端面间隙2～5mm，感应距离20～30mm；在15～30s内感应预热至800～880℃，期间氩气流量5～10mL/s；焊接时，闪光热量(0.2～0.5)kJ/mm2×Sdw+Qf、闪光距离(0.8～1.2)×ddw+d、闪光时间8～15s，当钢筋半熔融后以应力105～150MPa、时间≤0.8s进行压力顶锻，焊接全程氩气流量12～18mL/s；最后，控制焊接接头以10～15℃/s冷速冷至600～650℃，之后维持530～560℃约300～480s，再之后以0.2～0.5℃/s冷速冷至室温。

Description

低温钢筋的闪光对焊方法
技术领域
本发明属于焊接技术领域，具体涉及一种低温钢筋的闪光对焊方法。
背景技术
天然气作为一种清洁能源，在目前所使用的能源体系中的占比越来越大。通常对天然气进行压缩液化以大幅提升其储运量，但液化后的天然气温度降到-165℃，常规钢混结构储罐难以满足服役要求。针对该严酷低温环境，国内外已相继开发各类液化天然气储罐用低温钢筋。
低温钢筋在实际施工过程中需要进行焊接，目前普遍采用高镍低温钢焊条进行电弧焊或气保焊。然而，闪光对焊作为一种自动化固相熔合焊接工艺，操作简便且不需要额外添加焊材，相对于电弧焊或气保焊具有明显的优势。但是，受限于低温钢筋的自身特性，现有的闪光对焊技术无法用于对低温钢筋的焊接，目前，适用于低温钢筋的闪光对焊技术也尚未有公开。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供低温钢筋的闪光对焊方法，其满足低温钢筋在使用过程中的焊接需求。
为实现上述发明目的，本发明一实施方式提供了一种低温钢筋的闪光对焊方法，其包括以下步骤：
对低温钢筋的待焊端部的表面进行打磨；
将打磨后的待焊端部穿过闪光对焊机的感应线圈、装夹在电极上，两个待焊端部的端面之间的间隙d控制在2～5mm，每个待焊端部处于感应线圈加热范围内的长度L控制在20～30mm，两个电极的间距大于2L+d；
利用感应线圈加热的方式，在15～30s内将待焊端部预热至800～880℃，期间对待焊端部以流量5～10mL/s维持氩气气氛；
预热后控制感应线圈结束加热，开启闪光对焊机进入焊接过程，先按照闪光热量为(0.2～0.5)kJ/mm2×Sdw+Qf、闪光距离为(0.8～1.2)×ddw+d、闪光时间8～15s来进行闪光阶段，使待焊端部从800～880℃达到半熔融状态，再按照顶锻应力为105～150MPa、顶锻时间≤0.8s来进行压力顶锻；在焊接过程中全程以流量12～18mL/s维持氩气气氛；其中，Sdw为待焊端部的截面积，Qf为浮动热量，ddw为钢筋的直径；
结束压力顶锻之后，先以流量45～60mL/s维持氩气气氛，控制压力顶锻熔合所得的焊接接头以10～15℃/s的冷却速率降温至600～650℃；而后以流量5～10mL/s维持氩气气氛，期间利用感应线圈加热的方式控制焊接接头维持530～560℃并保持300～480s；之后，控制焊接接头以0.2～0.5℃/s的冷却速率降温至室温。
优选地，在步骤“控制焊接接头以0.2～0.5℃/s的冷却速率降温至室温”中，使感应线圈结束加热、停止氩气并加保温罩，以控制焊接接头以0.2～0.5℃/s的冷却速率降温至室温。
优选地，在步骤“对低温钢筋的待焊端部的表面进行打磨”中，所打磨的待焊端部的长度为25～40mm且不小于所述的长度L。
优选地，所述低温钢筋的碳当量Ceq＝[C]+[Mn]/6+([Cr]+[Mo]+[V])/5+([Ni]+[Cu])/15≤0.46％，其中[C]、[Mn]、[Cr]、[Mo]、[V]、[Ni]、[Cu]分别代表低温钢筋中相应元素的质量百分比。
优选地，当Ceq≤0.40％时，Qf＝1～5kJ；当0.40％＜Ceq≤0.44％时，Qf＝5～15kJ；当0.44％＜Ceq≤0.46％时，Qf＝15～40kJ。
优选地，所述低温钢筋的化学成分以质量百分比计包括：C0.03～0.06％、Si0.12～0.25％、Mn1.65～1.85％、Ni0.92～1.25％、Cu0.25～0.48％、Al0.045～0.06％、Ti0.02～0.06％、P≤0.010％、S≤0.012％、N0.008～0.015％、O≤20ppm、H≤2ppm，其余为Fe和不可避免的杂质；并且，[Ni]+0.5[Cu]+1.5[Al]+1.2[Ti]+5[N]限定为1.30～1.65％，其中[Ni]、[Cu]、[Al]、[Ti]、[N]分别代表低温钢筋中相应元素的质量百分比。
优选地，所述低温钢筋的化学成分以质量百分比计包括：C0.03～0.06％、Si0.12～0.18％、Mn1.65～1.85％、Ni0.92～1.20％、Cu0.27～0.48％、Al0.045～0.06％、Ti0.03～0.06％、P≤0.010％、S≤0.012％、N0.012～0.015％、O≤20ppm、H≤2ppm，其余为Fe和不可避免的杂质；并且，[Ni]+0.5[Cu]+1.5[Al]+1.2[Ti]+5[N]限定为1.30～1.60％。
优选地，两根低温钢筋在焊接完成后，在-165℃低温条件下，无缺口形态下的屈服强度Rp0.2≥600MPa、抗拉强度Rm≥720MPa、最大力总伸长率Agt≥5.5％；有缺口形态下的屈服强度Rp0.2≥610MPa、抗拉强度Rm≥700MPa、最大力总伸长率Agt≥3.5％；缺口敏感指数≥1.18，为有缺口形态下的抗拉强度Rm/无缺口形态下的屈服强度Rp0.2。
优选地，所述低温钢筋的直径为6～40mm。
优选地，所述的两个电极的间距为50～80mm。
优选地，冷却至室温后的焊接接头组织为多边形铁素体+针状铁素体+粒状贝氏体，其中，多边形铁素体占比≤8％、粒状贝氏体占比≥65％。
优选地，冷却至室温后，所焊接的两根低温钢筋在室温拉伸试验中的断裂点形成于钢筋母材处，并且，室温下焊接接头180°冷弯无裂纹，D＝4ddw，其中D为弯心直径，ddw为钢筋的直径。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
一方面，在对低温钢筋进行焊接之后，所得的焊接接头组织优异，为多边形铁素体+针状铁素体+粒状贝氏体，其中的多边形铁素体占比≤8％、粒状贝氏体占比≥65％，进而保证具有优异的常温性能及低温性能；例如，所焊接的两根低温钢筋在室温拉伸试验中的断裂点形成于钢筋母材处，并且，室温下焊接接头180°冷弯无裂纹，D＝4ddw，其中D为弯心直径，ddw为钢筋的直径。再例如，以本发明一优选地低温钢筋为母材，其焊接接头在-165℃低温条件下，无缺口形态下的屈服强度Rp0.2≥600MPa、抗拉强度Rm≥720MPa、最大力总伸长率Agt≥5.5％；有缺口形态下的屈服强度Rp0.2≥610MPa、抗拉强度Rm≥700MPa、最大力总伸长率Agt≥3.5％；缺口敏感指数≥1.18；
再一方面，该方法在低温钢筋装夹在闪光对焊机上之后，直至焊接完成并冷却至室温，可以全程自动化连续作业，无需如现有技术一样在装夹之前或焊接完成后进行额外的离线热处理(即无需从闪光对焊机上卸下钢筋)，即可保证焊接接头优异的低温性能和常温性能，整体过程步骤少、时间短、效率高。
具体实施方式
下面结合具体的实施方式来对本发明的技术方案做进一步的介绍。
<第一实施方式>
本发明一实施方式提供了针对低温钢筋的一种闪光对焊方法，其具体包括依序进行的预处理工序、装夹工序、预热工序、焊接工序和冷却工序。下面对各个工序分别进行详细说明。
(1)预处理工序
对低温钢筋的待焊端部的表面进行打磨。如此，通过打磨使得待焊端部的表面上的氧化皮和浮锈去除，从而防止氧化物所引起的氧超标，进而避免最终所得的焊接接头出现微裂纹而影响低温性能。
其中，所述的表面包括待焊端部的端面以及自端面开始的一定长度的圆周面。优选地，所述的一定长度控制在25～40mm，也即，所打磨的待焊端部的长度为25～40mm。进一步优选地，所述的一定长度不小于后文所述的待焊端部处于感应线圈加热范围内的长度L，如此，使得待焊端部处于感应线圈加热范围内的区域都在该预处理工序中得到了打磨。
(2)装夹工序
将打磨后的待焊端部穿过闪光对焊机的感应线圈、装夹在电极上；可理解的，闪光对焊机具有成对设置的电极，两个待焊端部分别装夹在一对电极中的其中一个上。
装夹完成后，两个待焊端部的端面之间的间隙d控制在2～5mm，每个待焊端部处于感应线圈加热范围内的长度L控制在20～30mm，两个电极的间距大于2L+d，如此在后续工序中利用感应线圈进行加热时，可避免电极受热损坏。
优选地，所述的两个电极的间距控制在50～80mm。
(3)预热工序
利用感应线圈加热的方式，在15～30s内将待焊端部预热至800～880℃。也即，开启闪光对焊机的感应线圈来对待焊端部进行加热，使得待焊端部在15～30s内从常温快速地升温到800～880℃，而后控制感应线圈结束加热(即预热工序结束而进入下一个焊接工序)。如此，一方面，可以保证合金元素完全固溶，另一方面，预热时长(比如上述的，15～30s)较短，以使得待焊端部的内部组织可控，进而利于最终焊接接头的性能。
在预热期间，对待焊端部以流量5～10mL/s维持氩气气氛，从而减少待焊端部受热后发生氧化的几率，进一步保证最终焊接接头的性能。
(4)焊接工序
如前文所述，预热完成(即待焊端部达到800～880℃)后控制感应线圈结束加热，开启闪光对焊机进入焊接过程。该焊接过程包括依次连续进行的闪光阶段和压力顶锻阶段这两个阶段。
首先，在闪光阶段，闪光对焊机按照预设的闪光参数来进行，使待焊端部从800～880℃达到半熔融状态。所述的闪光参数包括闪光热量为(0.2～0.5)kJ/mm2×Sdw+Qf、闪光距离为(0.8～1.2)×ddw+d、闪光时间8～15s，闪光热量中的Sdw为待焊端部的截面积，Qf为浮动热量，ddw为钢筋的直径。
其中，关于Qf的设置具有多种选择。在优选实施方式中，本发明提供了低温钢筋的碳当量Ceq的优选方案，并且进一步地提供了Qf的设置与该优选的碳当量Ceq的关联关系。具体地，所述低温钢筋的碳当量
Ceq＝[C]+[Mn]/6+([Cr]+[Mo]+[V])/5+([Ni]+[Cu])/15≤0.46％，其中[C]、[Mn]、[Cr]、[Mo]、[V]、[Ni]、[Cu]分别代表低温钢筋中相应元素的质量百分比，如此，本优选的碳当量可以利于焊接过程中待焊端部的组织可控性，使得最终所得的焊接接头无需额外进行热处理操作就可避免微裂纹的产生，保证焊接接头的力学性能。而进一步地优选实施方式中，当Ceq≤0.40％时，Qf＝1～5kJ；当0.40％＜Ceq≤0.44％时，Qf＝5～15kJ；当0.44％＜Ceq≤0.46％时，Qf＝15～40kJ，当然，Qf的设置不限于该优选实施方式。
如前所述，ddw为钢筋的直径，在优选实施方式中，所述低温钢筋的直径为6～40mm。
再者，如上设置的闪光参数，能够实现待焊端部在很短时间内(例如，闪光时间为8～15s)就可以达到半熔融状态，满足后续熔合的需要，同时还能避免氧化、提升最终所得焊接接头的性能。
接下来，在压力顶锻阶段，闪光对焊机按照预设的压力顶锻参数来进行，使得两个待焊端部熔合在一起，也即焊接在一起。所述的压力顶锻参数包括顶锻应力为105～150MPa、顶锻时间≤0.8s。
另外，在整个焊接过程中，全程以流量12～18mL/s维持氩气气氛，从而减少待焊端部发生氧化的几率，进一步保证最终焊接接头的性能。
(5)冷却工序
结束压力顶锻之后，即进入该冷却工序，概括来讲，整个冷却工序分为三个阶段：第一阶段，先以流量45～60mL/s维持氩气气氛(也即将氩气流量从焊接过程时的12～18mL/s升高至45～60mL/s)，控制所得的焊接接头以10～15℃/s的冷却速率降温至600～650℃，该第一阶段为快速降温阶段，可以实现减小铁素体相变、减少表面氧化的效果；第二阶段，以流量5～10mL/s维持氩气气氛(也即将氩气流量从第一阶段的45～60mL/s降低为5～10mL/s)，第二阶段期间利用感应线圈加热的方式控制焊接接头维持530～560℃并保持300～480s，也就是说，在第二阶段降温过程中，当焊接接头降温至560℃时，利用感应线圈来控制焊接接头在温度区间530～560℃内保持300～480s，如此，使得焊接接头充分相变而获得理想的粒状贝氏体组织，进而保证最终焊接接头的性能；第三阶段，在焊接接头的温度降低至530℃以下时，控制焊接接头以0.2～0.5℃/s的冷却速率降温至室温，如此，通过该保温阶段可以使得顶锻熔合的内应力得到充分释放。
该工序的第三阶段中，控制焊接接头缓慢降温至室温的方式有多种，在优选实施方式中，具体可以使感应线圈结束加热、停止氩气并加保温罩，如此来控制焊接接头以0.2～0.5℃/s的冷却速率降温至室温。当然，具体实现方式不限于此。
与现有技术相比，本发明的闪光对焊方法，一方面，在对低温钢筋进行焊接之后，所得的焊接接头组织优异，为多边形铁素体+针状铁素体+粒状贝氏体，其中的多边形铁素体占比≤8％、粒状贝氏体占比≥65％，进而保证具有优异的常温性能及低温性能。例如，所焊接的两根低温钢筋在室温拉伸试验中的断裂点形成于钢筋母材处，并且，室温下焊接接头180°冷弯无裂纹，D＝4ddw，其中D为弯心直径，ddw为钢筋的直径；再一方面，该方法在低温钢筋装夹在闪光对焊机上之后，直至焊接完成并冷却至室温，可以全程自动化连续作业，无需如现有技术一样在装夹之前或焊接完成后进行额外的离线热处理(即无需从闪光对焊机上卸下钢筋)，即可保证焊接接头优异的低温性能和常温性能，整体过程步骤少、时间短、效率高。
<第二实施方式>
本发明还提供了一种低温钢筋，其适用于前述第一实施方式的闪光对焊方法进行焊接。
在满足前文所述的碳当量Ceq＝[C]+[Mn]/6+([Cr]+[Mo]+[V])/5+([Ni]+[Cu])/15≤0.46％的同时，该低温钢筋的化学成分以质量百分比计包括：C0.03～0.06％、Si0.12～0.25％、Mn1.65～1.85％、Ni0.92～1.25％、Cu0.25～0.48％、Al0.045～0.06％、Ti0.02～0.06％、P≤0.010％、S≤0.012％、N0.008～0.015％、O≤20ppm、H≤2ppm，其余为Fe和不可避免的杂质；并且，[Ni]+0.5[Cu]+1.5[Al]+1.2[Ti]+5[N]限定为1.30～1.65％，其中[Ni]、[Cu]、[Al]、[Ti]、[N]分别代表低温钢筋中相应元素的质量百分比。该低温钢筋具有优异的可焊接性能，如此，在采用上述闪光对焊方法进行焊接时，其所得的焊接接头在满足前述技术优势的同时，还可以具有更优的低温性能，并且该低温钢筋的合金成本较低。再次强调的是，尽管本优选实施方式提供了适用于所述闪光对焊方法的低温钢筋的该优选化学成分，但所述闪光对焊方法的适用范围并不限于该化学成分的低温钢筋。
例如，在将满足如上化学成分的两根低温钢筋，按照前述闪光对焊方法完成焊接之后(即焊接接头降低至室温后)，进行组织检测和性能测试：所得的焊接接头组织优异，为多边形铁素体+针状铁素体+粒状贝氏体，其中的多边形铁素体占比≤8％、粒状贝氏体占比≥65％；在室温拉伸试验中的断裂点形成于钢筋母材处，并且，室温下焊接接头180°冷弯无裂纹，D＝4ddw，其中D为弯心直径，ddw为钢筋的直径；在-165℃低温条件下，无缺口形态下的屈服强度Rp0.2≥600MPa、抗拉强度Rm≥720MPa、最大力总伸长率Agt≥5.5％；有缺口形态下的屈服强度Rp0.2≥610MPa、抗拉强度Rm≥700MPa、最大力总伸长率Agt≥3.5％；缺口敏感指数≥1.18，为有缺口形态下的抗拉强度Rm/无缺口形态下的屈服强度Rp0.2。
进一步地，在另一优选实施方式中，在满足前文所述的碳当量Ceq＝[C]+[Mn]/6+([Cr]+[Mo]+[V])/5+([Ni]+[Cu])/15≤0.46％的同时，低温钢筋的化学成分以质量百分比计包括：C0.03～0.06％、Si0.12～0.18％、Mn1.65～1.85％、Ni0.92～1.20％、Cu0.27～0.48％、Al0.045～0.06％、Ti0.03～0.06％、P≤0.010％、S≤0.012％、N0.012～0.015％、O≤20ppm、H≤2ppm，其余为Fe和不可避免的杂质；并且，[Ni]+0.5[Cu]+1.5[Al]+1.2[Ti]+5[N]限定为1.30～1.60％。
下面对低温钢筋的该优选化学成分进行说明。
C：C是低廉有效的强度提升元素。但C含量过高会提升钢的冷脆性和时效敏感性，使韧脆转变温度提高，降低钢筋低温性能；同时C含量过高也会增加碳当量，恶化焊接性能。本实施方式中C为0.03～0.06％。
Si：Si起固溶强化效果，增加弹性极限和屈服极限，提高钢的强度和耐磨性。但Si含量过高会降低钢的塑性，同时影响低温韧性。本实施方式中Si为0.12～0.25％，进一步优选为0.12～0.18％。
Mn：Mn也是一种有效的固溶强化元素，能够增强钢的淬透性，降低钢的脆性指标，显著提升强度。增大Mn/C比值有助于降低韧脆转变温度，提高低温性能。但添加Mn会增加碳当量直接影响焊接性能。本实施方式中Mn为1.65～1.85％。
Ni：Ni是一种有效提升钢低温韧性的元素，能够扩大钢的奥氏体相区，强化稳定奥氏体，降低临界淬火速度，细化晶粒，显著降低钢的韧脆转变温度，同步提升塑韧性。本实施方式中Ni为0.92～1.25％，进一步优选为0.92～1.20％。
Cu：Cu的作用与Ni类似，通过在钢中固溶，扩大稳定奥氏体相区，提高淬透性，降低韧脆转变温度，可以代替一部分的Ni，但过量添加容易偏析影响塑性。Cu也会与高含量Ni形成高熔点化合物，减少热脆发生倾向。本实施方式中Cu为0.25～0.48％，进一步优选为0.27～0.48％。
Al：Al是一种有效的脱氧元素，有效减少钢中的氧含量。同时Al与适量N结合成AlN，细化晶粒组织，提升低温韧性。本实施方式中Al为0.045～0.06％。
Ti：Ti与Al类似，与适量N结合可以析出细小弥散TiN，细化晶粒从而获得较好的低温强度和韧性，但过量添加容易产生大尺寸夹杂。本实施方式中Ti含量为0.02～0.06％，进一步优选为0.03～0.06％。
N：适量的添加N可以有效发挥Al及Ti的细晶强化效果，提升低温性能。过量会产生大尺寸脆性夹杂并恶化塑韧性。本实施方式中N为0.008～0.015％，进一步优选为0.012～0.015％。
P、S：S会与Mn形成长条状MnS夹杂影响钢板塑韧性；P会在晶界偏聚，降低晶界强度，恶化低温韧性。本实施方式中限定P≤0.010％，S≤0.010％。
O、H：O容易产生大尺寸氧化物夹杂影响塑韧性并且使焊接区域产生裂纹，本实施方式中限定O≤20ppm；H会产生氢脆，尤其钢的强度越高，服役温度越低，氢脆敏感性越高，本实施方式中限定H≤2ppm。
概括来讲，本实施方式在化学成分上，一方面通过调整Ni、Cu、Al、Ti和N的各自含量，再一方面通过建立Ni、Cu、Al、Ti和N的关联关系[Ni]+0.5[Cu]+1.5[Al]+1.2[Ti]+5[N]，并限定该关系式的取值，反向约束相应元素的含量，使得本实施方式在无需添加低温性能元素Cr、降低低温性能元素Ni的同时，而保证低温钢筋优异的低温性能，并且未引起低温钢筋的塑性劣化、夹杂物增多等问题；进而本发明的低温钢筋相较于其它现有低温钢筋，在采用所述闪光对焊方法进行焊接之后，所得焊接接头也进一步具有更加优异的常温性能和低温性能。
其中需要说明的是，元素Ni、Cu、Al、Ti和N的关联关系[Ni]+0.5[Cu]+1.5[Al]+1.2[Ti]+5[N]对低温钢筋的性能(尤其是低温性能)具有重要的影响，这是发明人首次创造性获得并提出的，在此特别定义为低温钢筋的低温性能指数LTE，即LTE＝[Ni]+0.5[Cu]+1.5[Al]+1.2[Ti]+5[N]。而且，本发明优选地限定1.30％≤[Ni]+0.5[Cu]+1.5[Al]+1.2[Ti]+5[N]≤1.65％，且进一步可以优选为1.30％～1.60％，基于此，所得低温钢筋可以在低合金成本的同时，具有意想不到地低温性能、塑性、焊接性能和常温性能，且闪光对焊时所得的焊接接头也具有优异的低温性能。
本发明的所述低温钢筋的组织为多边形铁素体+贝氏体+极少量珠光体，其中的贝氏体占比≥75％、珠光体占比＜1％；常温下，钢筋的屈服强度Rp0.2为450～485MPa，抗拉强度Rm为650～685MPa，断后伸长率A为23～26％，最大力总伸长率Agt为13～15％，强屈比Rm/Rp0.2为1.35～1.50；在-165℃低温条件下，无缺口形态下的屈服强度Rp0.2≥600MPa、抗拉强度Rm≥720MPa、最大力总伸长率Agt≥5.5％；有缺口形态下的屈服强度Rp0.2≥610MPa、抗拉强度Rm≥700MPa、最大力总伸长率Agt≥3.5％；缺口敏感指数≥1.18，为有缺口形态下的抗拉强度Rm/无缺口形态下的屈服强度Rp0.2。
本实施方式还提供了上述低温钢筋的优选生产方法，而需要说明的是，前述低温钢筋还可以采用除本生产方法之外的其它现有工艺制备而成，本生产方法相较于现有生产工艺存在优势。
本实施方式中，所述生产方法包括依序进行的铁水预处理工序、转炉冶炼工序、LF精炼工序、RH精炼工序、连铸工序和控轧控冷工序，下面分别对各个工序进行详细介绍。
(1)铁水预处理工序
对高炉铁水进行脱硫预处理，预处理后铁水的脱硫渣扒渣率≥98％。预处理前，铁水化学成分含量以质量百分比计：Si≤0.10％，P≤0.12％。预处理后的铁水温度≥1385℃，铁水中S含量以质量百分比计≤0.005％。
(2)转炉冶炼工序
预处理后的铁水进入转炉进行吹氧冶炼，冶炼终点C≤0.03％、P≤0.08％、Si≤0.05％。转炉出钢温度1610～1625℃，出钢前对钢包进行氮气或氩气吹扫，减少钢水吸氧。出钢1/4时加入锰铁合金、镍板、铜块，出钢1/2时加入钛铁合金。
(3)LF精炼工序
转炉所出的钢水进入LF站后，按照每吨钢水添加5.5～8.5kg碱性造渣剂的方式进行造渣。其中，所述造渣剂的成分按质量百分比计：Ca为45％～55％、Al为30％～40％、其余为O。控制精炼渣碱度0.8～1.2，成分主要为CaO和Al2O3，如此，既能利于倒渣又能保护耐材。造渣过程全程底吹氩气进行软搅拌，氩气流量120～160L/min，软搅拌时间7-10min，从而最大程度地使夹杂物上浮，提升钢水洁净度。
软搅拌后通电升温并取样检测补加合金，控制LF精炼出钢为1565～1590℃，且所出钢水中Si元素按质量百分比计≤0.08％。
(4)RH精炼工序
LF精炼所出的钢水进入RH炉进行精炼。
具体地，先进行氩气循环脱氧脱氢，控制真空度≤1.5mbar，静循环时间≥15min，控制H≤0.00016％，O≤0.0015％。
随后，通过喂丝机按照每吨钢水0.25～0.45kg喂丝量、0.8～1.2m/s喂丝速度的方式喂入合金包芯线，包芯线直径为6-8mm，且该包芯线由铝粒和氮化硅铁制备而成，其成分按质量百分比计：Al为50～55％、Si为15～20％、N为5～10％、其余为Fe。如此，在RH脱氧脱氢之后，通过喂包芯线方式添加Al并且调控Si和N含量，可以大大减少Al2O3-SiO2系夹杂，提高Al的收得率，精准控制N含量。
最后，破真空出钢，RH出钢温度为1555～1580℃。
(5)连铸工序
将RH精炼所出的钢水采用连铸坯制成横截面尺寸为150×150mm的连铸坯。在连铸过程中进行全保护浇铸，具体例如——采用大包长水口及氩封、碱性中间包覆盖剂、浸入式水口、低碳保护渣等保护方式。凝固二冷区采用动态轻压下，压下量为2～4.5mm，压下速率为0.4～0.55mm/min。连铸拉速为0.18～0.25m/min，如此，可以防止Cu、Al、Ti元素在心部和1/4处偏析形成微裂纹，进而避免后续控轧过程中发生开裂。
(6)控轧控冷工序
首先，连铸坯在离开连铸机之后，在温度550～600℃时(也即连铸坯尚未降至550℃以下时)直接进入加热炉进行加热。加热过程中控制均热温度为1070～1120℃、加热总时间为40～55min、且1100℃以上的维持时间≤5min。如此，一方面，连铸坯带温(例如，所述的550～600℃)进入加热炉，可以减少冷坯连铸裂纹，提高钢筋成品的表面质量，同时提升作业率；再一方面，加热总时间短且均热温度较低，可以防止富铜相在钢坯内部发生部分熔化，进而减少开裂。
随后，连铸坯在离开加热炉之后，进入连轧机进行控制轧制。控制轧制过程包括粗轧阶段、中轧阶段、精轧第一阶段和精轧第二阶段，控制轧制过程的开轧温度为960～985℃(也即粗轧阶段的入口温度为960～985℃)，中轧阶段的入口温度为930～955℃，精轧第一阶段的入口温度为850～875℃，精轧第二阶段的入口温度为800～825℃。如此，本实施方式的控制轧制过程采用梯度降温轧制方式，可以提升轧制力、增强加工硬化，并且通过精轧过程(包括精轧第一阶段和精轧第二阶段)处于非再结晶区，充分细化铁素体的同时通过形变诱导效果，以充分发挥出AlN和TiN的细晶强化作用。
其中优选地，粗轧阶段包括由1～8#轧机所界定的8道次粗轧，中轧阶段包括由9～12#轧机所界定的4道次中轧，精轧第一阶段包括由13～14#轧机所界定的2道次精轧，精轧第二阶段包括由15～18#轧机所界定的4道次精轧；当然，可以理解的，各个阶段的道次数不限定于该优选设计。另外，所述粗轧阶段和所述中轧阶段之间采用气雾冷却方式进行控温，例如，8#轧机和9#轧机之间设置气雾冷却装置，在轧件离开8#轧机、进入9#轧机之前，利用该气雾冷却装置进行控温；再者，所述中轧阶段和所述精轧第一阶段之间、所述精轧第一阶段和所述精轧第二阶段之间，分别采用穿水器进行控温，例如，12#轧机和13#轧机之间设置第一穿水器，在轧件离开12#轧机、进入13#轧机之前利用第一穿水器进行控温，14#轧机和15#轧机之间设置第二穿水器，在轧件离开14#轧机、进入15#轧机之前利用第二穿水器进行控温。
一实施方式中，经由连轧机轧制而成的钢筋直径6～40mm。
最后，将经由连轧机轧制而成的钢筋上冷床空冷至室温，上冷床温度为500～550℃；在上冷床之前，钢筋离开连轧机之后采用穿水器进行冷却。具体例如，在连轧机(例如18#轧机)之后设置第三穿水器，钢筋离开连轧机(例如出18#轧机)之后利用第三穿水器快速冷却至500～550℃，而后上冷床。如此，精轧之后强穿水使钢筋迅速穿过珠光体相变区进入贝氏体相变区，使形变奥氏体充分相变成贝氏体获得理想组织，从而在低碳低硅的成分前提下，能够获得理想钢筋组织，进而使得所得低温钢筋的强度优异。
上文所列出的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
下面提供本发明的若干实施例来对本发明的技术方案进一步说明。当然，这些实施例仅为本发明所含众多变化实施例中的优选地一部分，而非全部。
<低温钢筋>实施例
在此示出实施例A1～G1的7种低温钢筋，这些低温钢筋均是按照本发明之前述第二实施方式的技术方案予以实施。参下表1至表3，表1示出了实施例A1～G1的低温钢筋的化学成分，表2示出了实施例A1～G1的低温钢筋的显微组织和常温力学性能，表3示出了实施例A1～G1的低温钢筋的低温力学性能。
[表1]
[表2]
[表3]
通过以上实施例可以看出，本发明的低温钢筋具有优异的组织、低温性能、和常温性能，另外还具有优异的塑韧性和焊接性能，并且其合金成本低、生产成本低、生产效率高且难度低。
<闪光对焊>实施例
在此示出实施例A2～G2，分别以前述实施例A1～G1的低温钢筋为母材，按照本发明之前述第一实施方式的技术方案进行闪光对焊。需要强调的是，本申请中仅示出了以优选地低温钢筋作为母材的闪光对焊方法的实施例，但结合前述可知，本发明的闪光对焊方法还适用于其它现有低温钢筋，并且也同样相对于现有技术存在显著地优势。
参下表4，其示出了实施例A2～G2在具体实施中的一系列参数，包括钢筋母材的横截面直径(即表4中“规格”)，预热工序中的预热温度、预热时长和氩气流量，闪光阶段的闪光热量、闪光距离和闪光时间，压力顶锻阶段的顶锻应力和顶锻时间，以及整个焊接过程中的氩气流量。
也即，将表4中的母材依序进行预处理并装夹在闪光对焊机的电极上之后，先利用感应线圈加热的方式，在表4所示“预热时长”内将待焊端部预热至表4所示“预热温度”，期间以表4所示“氩气流量”维持氩气气氛；接下来，控制感应线圈结束加热，开启闪光对焊机进入焊接过程，焊接过程的闪光阶段按照表4所示“闪光热量”、“闪光距离”、“闪光时间”进行，焊接过程的压力顶锻阶段按照表4所示“顶锻应力”、“顶锻时间”进行，且整个焊接过程以表4所示“氩气流量”维持氩气气氛。
[表4]
参下表5，其示出了实施例A2～G2在具体实施中的另一系列参数，包括冷却工序的第一阶段的氩气流量、冷却速率和终冷温度(即第一阶段结束时的温度)，第二阶段的氩气流量、均热温度和均热时间，以及第三阶段的冷却速率。
也即，结束压力顶锻之后，即进入冷却工序的第一阶段，以表5所示的“氩气流量”维持氩气气氛，控制焊接接头维持表5所示的“冷却速率”，直至焊接接头达到表5所示的“终冷温度”；接下来第二阶段，以表5所示的“氩气流量”维持氩气气氛，当焊接接头降温至560℃以下时，开启感应线圈进行温度维持且均热时间如表5所示，并均热温度保持在530～560℃范围内(例如使温度在表5所示的“均热温度”处)；接下来是第三阶段，感应线圈结束加热，控制焊接接头维持表5所示的“冷却速率”，直至达到室温。
[表5]
参下表6和表7，表6示出了实施例A2～G2的所得焊接接头的显微组织和室温下的性能检测结果，表7示出了实施例A2～G2的所得焊接接头的低温力学性能。
[表6]
[表7]
/>
从表6和表7可以看出，采用本发明的闪光对焊方法所得焊接接头具有优异的显微组织，且常温拉伸性能、冷弯性能以及低温力学性能均十分优异，满足低温钢筋在焊接后的应用要求。

Claims (12)

1.一种低温钢筋的闪光对焊方法，其特征在于，包括以下步骤：
对低温钢筋的待焊端部的表面进行打磨；
将打磨后的待焊端部穿过闪光对焊机的感应线圈、装夹在电极上，两个待焊端部的端面之间的间隙d控制在2～5mm，每个待焊端部处于感应线圈加热范围内的长度L控制在20～30mm，两个电极的间距大于2L+d；
利用感应线圈加热的方式，在15～30s内将待焊端部预热至800～880℃，期间对待焊端部以流量5～10mL/s维持氩气气氛；
预热后控制感应线圈结束加热，开启闪光对焊机进入焊接过程，先按照闪光热量为(0.2～0.5)kJ/mm2×Sdw+Qf、闪光距离为(0.8～1.2)×ddw+d、闪光时间8～15s来进行闪光阶段，使待焊端部从800～880℃达到半熔融状态，再按照顶锻应力为105～150MPa、顶锻时间≤0.8s来进行压力顶锻；在焊接过程中全程以流量12～18mL/s维持氩气气氛；其中，Sdw为待焊端部的截面积，Qf为浮动热量，ddw为钢筋的直径；
结束压力顶锻之后，先以流量45～60mL/s维持氩气气氛，控制压力顶锻熔合所得的焊接接头以10～15℃/s的冷却速率降温至600～650℃；而后以流量5～10mL/s维持氩气气氛，期间利用感应线圈加热的方式控制焊接接头维持530～560℃并保持300～480s；之后，控制焊接接头以0.2～0.5℃/s的冷却速率降温至室温。
2.根据权利要求1所述的低温钢筋的闪光对焊方法，其特征在于，在步骤“控制焊接接头以0.2～0.5℃/s的冷却速率降温至室温”中，使感应线圈结束加热、停止氩气并加保温罩，以控制焊接接头以0.2～0.5℃/s的冷却速率降温至室温。
3.根据权利要求1所述的低温钢筋的闪光对焊方法，其特征在于，在步骤“对低温钢筋的待焊端部的表面进行打磨”中，所打磨的待焊端部的长度为25～40mm且不小于所述的长度L。
4.根据权利要求1所述的低温钢筋的闪光对焊方法，其特征在于，所述低温钢筋的碳当量Ceq＝[C]+[Mn]/6+([Cr]+[Mo]+[V])/5+([Ni]+[Cu])/15≤0.46％，其中[C]、[Mn]、[Cr]、[Mo]、[V]、[Ni]、[Cu]分别代表低温钢筋中相应元素的质量百分比。
5.根据权利要求4所述的低温钢筋的闪光对焊方法，其特征在于，当Ceq≤0.40％时，Qf＝1～5kJ；当0.40％＜Ceq≤0.44％时，Qf＝5～15kJ；当0.44％＜Ceq≤0.46％时，Qf＝15～40kJ。
6.根据权利要求4所述的低温钢筋的闪光对焊方法，其特征在于，所述低温钢筋的化学成分以质量百分比计包括：C 0.03～0.06％、Si 0.12～0.25％、Mn1.65～1.85％、Ni 0.92～1.25％、Cu 0.25～0.48％、Al 0.045～0.06％、Ti 0.02～0.06％、P≤0.010％、S≤0.012％、N 0.008～0.015％、O≤20ppm、H≤2ppm，其余为Fe和不可避免的杂质；并且，[Ni]+0.5[Cu]+1.5[Al]+1.2[Ti]+5[N]限定为1.30～1.65％，其中[Ni]、[Cu]、[Al]、[Ti]、[N]分别代表低温钢筋中相应元素的质量百分比。
7.根据权利要求6所述的低温钢筋的闪光对焊方法，其特征在于，所述低温钢筋的化学成分以质量百分比计包括：C 0.03～0.06％、Si 0.12～0.18％、Mn1.65～1.85％、Ni 0.92～1.20％、Cu 0.27～0.48％、Al 0.045～0.06％、Ti 0.03～0.06％、P≤0.010％、S≤0.012％、N 0.012～0.015％、O≤20ppm、H≤2ppm，其余为Fe和不可避免的杂质；并且，[Ni]+0.5[Cu]+1.5[Al]+1.2[Ti]+5[N]限定为1.30～1.60％。
8.根据权利要求6所述的低温钢筋的闪光对焊方法，其特征在于，两根低温钢筋在焊接完成后，在-165℃低温条件下，无缺口形态下的屈服强度Rp0.2≥600MPa、抗拉强度Rm≥720MPa、最大力总伸长率Agt≥5.5％；有缺口形态下的屈服强度Rp0.2≥610MPa、抗拉强度Rm≥700MPa、最大力总伸长率Agt≥3.5％；缺口敏感指数≥1.18，为有缺口形态下的抗拉强度Rm/无缺口形态下的屈服强度Rp0.2。
9.根据权利要求1所述的低温钢筋的闪光对焊方法，其特征在于，所述低温钢筋的直径为6～40mm。
10.根据权利要求1所述的低温钢筋的闪光对焊方法，其特征在于，所述的两个电极的间距为50～80mm。
11.根据权利要求1所述的低温钢筋的闪光对焊方法，其特征在于，冷却至室温后的焊接接头组织为多边形铁素体+针状铁素体+粒状贝氏体，其中，多边形铁素体占比≤8％、粒状贝氏体占比≥65％。
12.根据权利要求1所述的低温钢筋的闪光对焊方法，其特征在于，冷却至室温后，所焊接的两根低温钢筋在室温拉伸试验中的断裂点形成于钢筋母材处，并且，室温下焊接接头180°冷弯无裂纹，D＝4ddw，其中D为弯心直径，ddw为钢筋的直径。
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