CN116944665A - 一种改善2GPa热成形钢酸轧焊缝断带的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改善2GPa热成形钢酸轧焊缝断带的方法，其方法工艺为：焊接前，待焊钢带利用塞尺进行对接间隙进行检查，保证对接间隙≤0.3mm；将剪切边部进行金相检测，保证剪切边部形貌：钢带厚S=2.5～3.5mm时、塌角hE≤0.1S；钢带厚3.5＜S≤5mm时、塌角hE≤0.2S；钢带厚S=2.5～5.0mm时、光面hS≥0.75S；钢带厚S=2.5～3.5mm时、毛刺hG≤0.1S；钢带厚3.5＜S≤5.0mm时、毛刺hG≤0.05S，毛面夹角β≤3°。本方法有效地改善了2GPa热成形钢焊缝的韧性，避免了焊缝回火后出现马氏体脆性；改善了圆盘剪剪（或月牙剪）切边部质量，避免由于切边质量不佳导致的边裂；通过控制轧制时的控制工艺，避免轧制时出现边裂进而断带；将焊缝断带事故率由50%降到了0，且方法简单有效，现场易操作，且改善效果明显。
Description
技术领域
本发明属于轧钢技术领域，尤其是一种改善2GPa热成形钢酸轧焊缝断带的方法。
背景技术
近年来，热成形钢的使用在汽车白车身的应用上越来越广泛，不仅提高了碰撞安全性，还降低了白车身重量。其中34MnB5钢热成形后的抗拉强度≥2GPa，被简称2GPa钢，是目前商用强度最高的热成形钢。34MnB5属于难焊接钢种，需要焊接前预热和焊接后热处理。
米巴赫HLS17激光焊机焊后加热设备是感应加热式的回火设备，其功率为40KW、频率为10～25KHz，其理论上加热厚度约5mm；但是由于间隙、速度、功率等因素的影响，实际的加热厚度理论上远远小于5mm。这会导致厚板焊接后的热处理回火不充分，回火深度不够，远离感应线圈的上侧焊缝较脆，轧制时容易撕裂扩展。且由于感应回火趋肤效应的存在，导致焊缝回火温度上存在梯度，焊缝上侧落入到250～400℃温度范围，而在此温度范围内易产生马氏体回火脆性。此外，圆盘剪在剪切2GPa热成形钢种时容易崩刀刃，导致间隙增大，致使剪切边部质量变差，轧制后容易出现边裂。当边裂刚好处于上述焊缝上时，诱导焊缝在此位置起裂，而上述回火不充分的焊缝在张力的作用下极易撕裂扩展并贯穿整个焊缝，最终造成断带，影响生产顺行及产能。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种改善2GPa热成形钢酸轧焊缝断带的方法，以避免轧制时出现边裂进而断带。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：(1)焊接前，待焊钢带利用塞尺进行对接间隙进行检查，保证对接间隙≤0.3mm；将剪切边部进行金相检测，保证剪切边部形貌：钢带厚S＝2.5～3.5mm时，塌角hE≤0.1S、毛刺hG≤0.1S；钢带厚3.5＜S≤5.0mm时，塌角hE≤0.2S、毛刺hG≤0.05S；钢带厚S＝2.5～5.0mm时，光面hS≥0.75S、毛面夹角β≤3°；
(2)激光焊接工艺：根据待焊钢带厚度，制定合适的焊接工艺参数，保证焊缝形貌符合下述要求：钢带厚Sthin≤1.0mm时，hc≤0.1mm、hs≤0.1mm、hn≤0.1mm、ht≤0.1mm；钢带厚Sthin＞1.0mm时，hc≤0.1Sthin、hs≤0.1Sthin、hn≤0.1Sthin、ht≤0.1Sthin；he1≥0.8Sthin，he2≥0.4mm；
(3)所述激光焊接后的钢带进行二次回火，二次回火工艺：基准回火功率40kw，基准回火速度12m/min；钢带厚S＝2.5～3.0mm时，回火功率为基准回火功率的95～100％、回火速度为基准回火速度的15～20％；钢带厚S＝3.5mm时，回火功率为基准回火功率的95～100％、回火速度为基准回火速度的15～20％；钢带厚S＝4mm时，回火功率为基准回火功率的95～100％、回火速度为基准回火速度的10～15％；钢带厚S＝4.5mm时，回火功率为基准回火功率的98～100％、回火速度为基准回火速度的10～15％；钢带厚S＝5mm时，回火功率为基准回火功率的98～100％、回火速度为基准回火速度的8～10％；当不同厚度焊接后的钢带二次回火工艺以较厚一侧钢带应的回火工艺参数为准；
(4)所述二次回火后的钢带进行切边，对剪切边部进行金相检测，保证剪切边部形貌满足设定要求：光面hS＝1/3～1/5S；钢带厚S≤1.0mm时、毛刺hG≤0.05mm；钢带厚S＞1.0mm时、毛刺hG≤0.05S；
(5)所述切边后的钢带进行酸轧，轧制过程中降低中间辊窜辊量10～30％；当焊缝依次经过轧机时，降低经过机架的正弯辊力5～15％；前五个机架之间的张力均降低10～30％，入口与出口的总张力不变。
进一步的，所述步骤(2)中，基准焊接功率40kw，基准焊接速度12m/min；钢带厚S＝2.5～3mm时，焊接功率为基准焊接功率的85～90％、焊接速度为基准焊接速度的40～45％、焦点位置-4mm；钢带厚S＝3.5mm时，焊接功率为基准焊接功率的85～90％、焊接速度为基准焊接速度的40～45％、焦点位置-3.5mm；钢带厚S＝4mm时，焊接功率为基准焊接功率的90～95％、焊接速度为基准焊接速度的35～40％、焦点位置-3mm；钢带厚S＝4.5mm时，焊接功率为基准焊接功率的95～99％、焊接速度为基准焊接速度的35～40％、焦点位置-2.5mm；钢带厚S＝5mm时，焊接功率为基准焊接功率的95～99％、焊接速度为基准焊接速度的25～35％、焦点位置-2mm；当不同厚度焊接时以较厚一侧钢带对应的焊接工艺参数为准。
进一步的，所述步骤(4)中，剪刀之间的间隙值为：钢带厚S＝2.5～3mm时，剪刃间隙0.3～0.4mm、剪刃重合量0.6±0.05mm；钢带厚3.0＜S≤4.0mm时，剪刃间隙0.4～0.5mm、剪刃重合量0.7±0.05mm；钢带厚4.0＜S≤5.0mm时，剪刃间隙0.4～0.5mm、剪刃重合量0.8±0.05mm。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明有效地改善了2GPa热成形钢焊缝的韧性，避免了焊缝回火后出现马氏体脆性；本发明改善了圆盘剪剪(或月牙剪)切边部质量，避免由于切边质量不佳导致的边裂；本发明通过控制轧制时的控制工艺，避免轧制时出现边裂进而断带；本发明将2GPa热成形钢焊缝断带事故率由50％降到了0，且方法简单有效，现场易操作，且改善效果明显；本发明综合考虑了沿轧线可能导致2GPa热成形钢焊缝断带的各种因素，解决了2GPa热成形钢轧制时经常出现的焊缝断带问题，减少了停机时间，促进了酸轧线的稳定生产，大大释放了产能，对其他高强钢种(碳当量Cwt≥0.5％)的轧制有借鉴意义。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明所述焊接前钢板拼接间隙示意图；
图2是本发明所述剪切后钢板的边部形貌示意图；
图3是本发明所述焊缝头尾缺陷对比示意图；
图4是本发明所述焊缝金相形貌示意图；
图5是本发明所述杯突实验焊缝开裂方式对比示意图；
图6是本发明所述圆盘剪的崩刀刃示意图；
图7是本发明所述切边后钢板边部形貌示意图。
具体实施方式
本改善2GPa热成形钢酸轧焊缝断带的方法适用于34MnB5钢，所述34MnB5典型成分(wt％)如下：0.33～0.37C、0.15～0.35Si、1.15～1.45Mn、0.01～0.02P、0.005～0.01S、0.0015～0.0045B、及≤0.5的Cr+Ti+V的合金元素，余量为Fe和不可避免的杂质；计算碳当量Ceq＝[C+Mn/6+(Cr+V+Mo)/5+(Cu+Ni)/15]*100％≈0.63％；热轧原料钢带厚度2.5～5.0mm，酸轧成品板厚S＝0.5～3.0mm。
本改善2GPa热成形钢酸轧焊缝断带的方法采用下述工艺步骤：
(1)控制焊接前钢带剪切质量，改善待焊钢带对接间隙进而改善焊缝头尾焊接形貌：更换焊机双切剪的剪刃后，将出和入口卷的剪切边部对接，利用塞尺进行对接间隙的头中尾进行检查，保证对接间隙≤0.3mm，如见图1所示；进而，将剪切边部的头中尾进行金相检测，如图2所示，保证剪切边部形貌满足下述表1所示设定要求；
表1：剪切边部形貌设定要求
表1中，所述钢带厚是指作为原料的热轧原料钢带的厚度。
(2)采用激光焊接工艺进行焊接，根据钢带厚度调整焊接工艺参数以改善焊缝质量；根据钢带厚度，制定合适的焊接工艺参数，保证焊缝几何形貌满足标准要求；激光焊接工艺见下述表2；
表2：激光焊接工艺参数
| 钢带厚度/mm | 基准焊接功率/40kw | 基准焊接速度12m/min | 焦点位置±0.5/mm |
| 2.5～3.0 | 85～90％ | 40～45％ | -4 |
| 3.5 | 85～90％ | 40～45％ | -3.5 |
| 4 | 90～95％ | 35～40％ | -3 |
| 4.5 | 95～99％ | 35～40％ | -2.5 |
| 5 | 95～99％ | 25～35％ | -2 |
表2中，所述钢带厚是指作为原料的热轧原料钢带的厚度；当不同厚度焊接时以较厚一侧钢带对应的焊接工艺参数为准。
图4所示，保证焊缝形貌符合表3所示要求；
表3：焊缝形貌要求
表3中，当不等厚板焊接时，厚板一侧的厚度为Sthick、薄板一侧的厚度为Sthin，缺陷以薄板一侧厚度进行检测，即不同厚度焊接时，较薄一侧钢带对应的焊缝形貌应该满足表3要求；等厚焊接时S＝Sthin。
按规定参数焊接后，焊缝的头尾无肉眼可见的气孔、凹陷等缺陷；如图3所示，左侧为气孔缺陷、右侧为凹陷缺陷；如图5所示，左侧为不合格、右侧为合格；若在线检测系统检测焊缝形貌超出标准要求，可允许现场焊机操作人员对焊接参数进行修改后重焊，确保重焊后焊缝形貌在线检测合格。
(3)所述激光焊接后的钢板进行二次回火，根据钢带厚度调整二次回火工艺参数以改善焊缝韧性，保证焊缝(头中尾)在杯突实验时能垂直焊缝开裂，而不是在焊缝上开裂。所述二次回火工艺见表4；
表4：二次回火工艺
| 钢带厚度/mm | 基准回火功率/40kw | 基准回火速度12m/min |
| 2.5～3 | 95～100％ | 15～20％ |
| 3.5 | 95～100％ | 15～20％ |
| 4 | 95～100％ | 10～15％ |
| 4.5 | 98～100％ | 10～15％ |
| 5 | 98～100％ | 8～10％ |
表4中，当不同厚度焊接后的钢板二次回火工艺时，较厚一侧钢板回火工艺参数应该满足上表要求。
(4)所述二次回火后的钢带进行切边，采用圆盘剪或月牙剪，加强圆盘剪(或月牙剪)剪切边部质量检查，发现崩刀刃后及时更换刀刃以改善轧制后边裂，如图6所示；过程包括：在切边检测平台(暂停机时)，要求对钢带边部(特别是焊缝上)测量毛刺高度，毛刺不能＞钢带厚的0.05％，对每卷钢带边部(特别是焊缝附近)需要手接触检查(用拇指轻压，沿着板厚移动，不刮手；或者带上棉手套触摸，棉手套不挂纱)。若有肉眼可见的毛刺、刮手或挂纱的情况，停机检查圆盘剪(或月牙剪)，发现圆盘剪(或月牙剪)剪刃崩掉后，立即更换圆盘剪(或月牙剪)剪刃；进而，将剪切边部进行金相检测，保证剪切边部形貌满足设定要求，根据检测结果设定合适的圆盘剪(或月牙剪)间隙值，图7所示，保证剪切边部形貌满足设定要求见表5；
表5：剪切边部形貌设定要求
| 塌角hE | 尽可能小 |
| 光面hS | 1/5S≤hS≤1/3S |
| 毛刺hG | hG≤0.05S。 |
表5中，当不同厚度焊接时，双侧钢带对应的剪切边部形貌都要满足上述要求。
根据检测结果设定合适的圆盘剪(或月牙剪)间隙值，见表6；
表6：剪刀之间的间隙值
| 钢带厚度/mm | 剪刃间隙/mm | 剪刃重合量/mm |
| 2.5～3.0 | 0.3～0.4 | 0.6±0.05 |
| 3.0＜S≤4.0 | 0.4～0.5 | 0.7±0.05 |
| 4.0＜S≤5.0 | 0.5～0.6 | 0.8±0.05 |
表6中，当不同厚度焊接时，较厚一侧钢带对应的剪刀之间的间隙值应该满足上表要求。
(5)所述切边后的钢带进行轧制，轧制过程中手动设置窜辊量，降低中间辊窜辊量10～30％；以减少轧制时工作辊与钢带的有害接触面积，改善轧制后边裂；所述轧制过程中的窜辊量见表7；
表7：轧制过程中的窜辊量
| 常规工艺/mm | 本工艺/mm | |
| 第一机架 | 120±5 | 110±5 |
| 第二机架 | 80±5 | 70±5 |
| 第三机架 | 80±5 | 70±5 |
| 第四机架 | 80±5 | 70±5 |
| 第五机架 | -30±5 | -40±5 |
所述轧制过程中，降低工作辊正弯辊力以改善钢带的肋浪，改善轧制后的焊缝受力情况，过程为：当焊缝依次经过轧机时，降低经过机架的正弯辊力5～15％；以其他的机架正弯辊力不变和恢复正常，改善高强钢的肋浪，改善轧制后的焊缝受力情况；所述轧制过程中的工作辊正弯辊力见表8；
表8：轧制过程中的工作辊正弯辊力
所述轧制过程中，降低酸轧张力进而降低轧制过程中的焊缝所受拉力，过程为：第一与第二机架间张力、第二与第三机架间张力、第三与第四机架间张力、第四与第五机架间张力均降低10～30％，入口与出口的总张力不变，降低轧制过程中的焊缝在各机架间所受拉力；所述轧制过程中焊缝在各机架间所受张力见表9；
表9：轧制过程中焊缝在各机架间所受张力
| 常规工艺/KN | 本工艺/KN | |
| 第一、二机架间张力 | 125±5 | 110±5 |
| 第二、三机架间张力 | 150±5 | 135±5 |
| 第三、四机架间张力 | 175±5 | 155±5 |
| 第四、五机架间张力 | 180±5 | 160±5 |
所述表7-表9均为采用五架轧机轧制时的设定。
实施例1-15：本改善2GPa热成形钢酸轧焊缝断带的方法采用下述具体工艺。
(1)更换焊机双切剪的剪刃后，将出和入口卷的剪切边部对接，利用塞尺进行对接间隙的头中尾进行检查，对接间隙见表10；将剪切边部的头中尾进行金相检测，各厚度钢板的剪切边部形貌见表10；
表10：各厚度钢板的剪切边部形貌
(2)上述钢板采用激光焊接工艺进行焊接，根据钢带厚调整焊接工艺参数以改善焊缝质量；根据钢带厚度，制定合适的焊接工艺参数，保证焊缝几何形貌满足标准要求；各实施例激光焊接工艺见表11，焊缝形貌见表12；
表11：各实施例激光焊接工艺
表12：各实施例焊缝形貌
(3)所述激光焊接后的钢板进行二次回火，根据钢带厚调整二次回火工艺参数以改善焊缝韧性，保证焊缝(头中尾)在杯突实验时能垂直焊缝开裂，而不是在焊缝上开裂。各实施例所述二次回火工艺见表13；
表13：各实施例二次回火工艺
(4)所述二次回火后的钢板进行切边，采用圆盘剪或月牙剪，加强圆盘剪(或月牙剪)剪切边部质量检查，发现崩刀刃后及时更换刀刃以改善轧制后边裂；进而，将剪切边部进行金相检测，各实施例剪切边部形貌满足见表14，剪刀间隙值见表15；
表14：各实施例剪切边部形貌
| 实施例 | 钢带厚度/mm | 塌角hE/mm | 光面hS/mm | 毛刺hG/mm |
| 1 | 2.5+2.5 | 0.11+0.11 | 0.80+0.80 | 0.04+0.04 |
| 2 | 2.5+3.0 | 0.09+0.11 | 0.62+1.0 | 0.03+0.04 |
| 3 | 2.5+3.0 | 0.12+0.10 | 0.75+0.82 | 0.09+0.11 |
| 4 | 3.0+3.5 | 0.16+0.17 | 0.91+1.09 | 0.05+0.07 |
| 5 | 3.0+3.5 | 0.14+0.13 | 0.71+0.73 | 0.09+0.12 |
| 6 | 3.5+3.5 | 0.17+0.17 | 0.92+0.92 | 0.11+0.11 |
| 7 | 3.5+4.0 | 0.22+0.20 | 1.15+1.23 | 0.05+0.04 |
| 8 | 4.0+4.0 | 0.21+0.20 | 1.06+1.08 | 0.13+0.13 |
| 9 | 4.0+4.0 | 0.16+0.16 | 1.24+1.24 | 0.07+0.08 |
| 10 | 4.0+4.5 | 0.17+0.19 | 1.31+1.42 | 0.05+0.06 |
| 11 | 4.0+4.5 | 0.13+0.14 | 1.33+1.38 | 0.13+0.14 |
| 12 | 4.5+4.5 | 0.19+0.18 | 1.06+1.05 | 0.09+0.09 |
| 13 | 4.5+5.0 | 0.24+0.22 | 1.48+1.66 | 0.03+0.05 |
| 14 | 5.0+5.0 | 0.23+0.23 | 1.22+1.21 | 0.14+0.14 |
| 15 | 5.0+5.0 | 0.15+0.16 | 1.45+1.45 | 0.10+0.09 |
表14中，所述塌角hE、光面hS和毛刺hG均为两边钢带的边部形貌，例如实施例3中，2.5mm厚度钢带形貌分别为塌角hE＝0.09、光面hS＝0.62、毛刺hG＝0.03。
表15：各实施例剪刀之间的间隙值
表15中，所述剪刃间隙和剪刃重合量为较厚一侧钢带对应的剪刀之间的间隙值。
(5)所述切边后的钢板进行轧制，轧制过程中降低中间辊窜辊量、降低经过机架的正弯辊力5～15％、降低各机架间张力；各实施例轧制工艺参数见表16；
表16：各实施例轧制工艺
(6)各实施例采用上述工艺后，均未出现切边质量不佳导致的边裂，轧制时均未出现边裂进、均未出现断带。
Claims (3)
1.一种改善2GPa热成形钢酸轧焊缝断带的方法，其特征在于，其方法工艺为：（1）焊接前，待焊钢带利用塞尺进行对接间隙进行检查，保证对接间隙≤0.3mm；将剪切边部进行金相检测，保证剪切边部形貌：钢带厚S=2.5～3.5mm时，塌角hE≤0.1S、毛刺hG≤0.1S；钢带厚3.5＜S≤5.0mm时，塌角hE≤0.2S、毛刺hG≤0.05S；钢带厚S=2.5～5.0mm时，光面hS≥0.75S、毛面夹角β≤3°；
（2）激光焊接工艺：根据待焊钢带厚度，制定合适的焊接工艺参数，保证焊缝形貌符合下述要求：钢带厚Sthin≤1.0mm时，hc≤0.1mm、hs≤0.1mm、hn≤0.1mm、ht≤0.1mm；钢带厚Sthin＞1.0mm时，hc≤0.1Sthin、hs≤0.1Sthin、hn≤0.1Sthin、ht≤0.1Sthin；he1≥0.8Sthin，he2≥0.4mm；
（3）所述激光焊接后的钢带进行二次回火，二次回火工艺：基准回火功率40kw，基准回火速度12m/min；钢带厚S=2.5～3.0mm时，回火功率为基准回火功率的95～100%、回火速度为基准回火速度的15～20%；钢带厚S=3.5mm时，回火功率为基准回火功率的95～100%、回火速度为基准回火速度的15～20%；钢带厚S=4mm时，回火功率为基准回火功率的95～100%、回火速度为基准回火速度的10～15%；钢带厚S=4.5mm时，回火功率为基准回火功率的98～100%、回火速度为基准回火速度的10～15%；钢带厚S=5mm时，回火功率为基准回火功率的98～100%、回火速度为基准回火速度的8～10%；当不同厚度焊接后的钢带二次回火工艺以较厚一侧钢带应的回火工艺参数为准；
（4）所述二次回火后的钢带进行切边，对剪切边部进行金相检测，保证剪切边部形貌满足设定要求：光面hS=1/3～1/5S；钢带厚S≤1.0mm时、毛刺hG≤0.05mm；钢带厚S＞1.0mm时、毛刺hG≤0.05S；
（5）所述切边后的钢带进行酸轧，轧制过程中降低中间辊窜辊量10～30%；当焊缝依次经过轧机时，降低经过机架的正弯辊力5～15%；前五个机架之间的张力均降低10～30%，入口与出口的总张力不变。
2.根据权利要求1所述的一种改善2GPa热成形钢酸轧焊缝断带的方法，其特征在于：所述步骤（2）中，基准焊接功率40kw，基准焊接速度12m/min；钢带厚S=2.5～3mm时，焊接功率为基准焊接功率的85～90%、焊接速度为基准焊接速度的40～45%、焦点位置-4mm；钢带厚S=3.5mm时，焊接功率为基准焊接功率的85～90%、焊接速度为基准焊接速度的40～45%、焦点位置-3.5mm；钢带厚S=4mm时，焊接功率为基准焊接功率的90～95%、焊接速度为基准焊接速度的35～40%、焦点位置-3mm；钢带厚S=4.5mm时，焊接功率为基准焊接功率的95～99%、焊接速度为基准焊接速度的35～40%、焦点位置-2.5mm；钢带厚S=5mm时，焊接功率为基准焊接功率的95～99%、焊接速度为基准焊接速度的25～35%、焦点位置-2mm；当不同厚度焊接时以较厚一侧钢带对应的焊接工艺参数为准。
3.根据权利要求1或2所述的一种改善2GPa热成形钢酸轧焊缝断带的方法，其特征在于：所述步骤（4）中，剪刀之间的间隙值为：钢带厚S=2.5～3mm时，剪刃间隙0.3～0.4mm、剪刃重合量0.6±0.05mm；钢带厚3.0＜S≤4.0mm时，剪刃间隙0.4～0.5mm、剪刃重合量0.7±0.05mm；钢带厚4.0＜S≤5.0mm时，剪刃间隙0.4～0.5mm、剪刃重合量0.8±0.05mm。
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