CN117773411B - 埋弧焊丝及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种埋弧焊丝及其生产方法，通过优化炼钢和冷却工艺，在炼钢工序中，省略了传统的精炼环节，降低了成本、缩短了生产周期。在冷却工序中，结合非合金焊丝钢连续相转变曲线，通过适当提高冷速，成功细化了盘条晶粒，提高了塑韧性，使其更适应高速拉拔产线。此外，焊丝的抗拉强度和冲击韧性均得到优化，满足了高标准的焊接要求。
Description
技术领域
本发明涉及合金材料领域，具体地涉及一种埋弧焊丝及其生产方法。
背景技术
普碳钢Q235和Q355是市场上应用最多的钢板牌号，进行埋弧焊接时，一般选用非合金低硅埋弧焊丝。此配套焊丝炼钢生产时经过“转炉-精炼-连铸”流程，因此炼钢流程长且成本高；轧制生产采用缓冷模式，因此盘条强度低，但组织粗大，塑韧性差，不适应下游客户高速拉拔产线。
发明内容
本发明的目的在于提供一种埋弧焊丝及其生产方法。
本发明提供一种埋弧焊丝生产方法，所述埋弧焊丝的化学成分以质量百分比计包括：C:0.05~0.09%、Si≤0.05%、Mn:0.6~0.8%、P≤0.02%、S≤0.018%、N≤0.009%、其余为Fe和不可避免的杂质；
所述生产方法包括步骤：
按照上述化学成分配比，进行电炉冶炼后直接进行连铸，铸造形成连铸坯；
将所述连铸坯轧制得到盘条，
轧制后进行冷却，在冷却过程中，采用斯太尔摩冷却线进行冷却，调整斯太尔摩冷却线上保温罩和风机风档的开启状态，使盘条冷却速度为8±2m/s，冷却起始段辊道速度为1m/s，冷却后所述盘条组织为铁素体和珠光体，晶粒度≥10级，所述盘条抗拉强度范围为400~480MPa；
将冷却后所述盘条直接进行拉丝，拉拔速度控制为大于30m/s。
作为本发明的进一步改进，在所述冷却工序中，具体包括：
开启斯太尔摩冷却线上全部保温罩，开启斯太尔摩冷却线上前两个风机风挡。
作为本发明的进一步改进，在所述电炉冶炼工序中，其具体包括：
将冶炼原料中的铁水比控制为不小于75%，铁水中P质量含量控制为不大于0.1%、S质量含量控制为不大于0.004%，冶炼过程中全程进行供氧吹炼，并将熔池温度控制为不大于1550℃。
作为本发明的进一步改进，在所述电炉冶炼工序中，还包括：
将低碳锰铁、石灰、萤石按序依次加入电炉中进行冶炼，在冶炼过程中，将炉渣碱度范围控制为3.3~3.6，将温度升至不低于1605℃后出钢。
作为本发明的进一步改进，在所述连铸工序中，具体包括：
采用整体水口全保护氩封进行连铸浇筑，浇筑过程中，将钢水过热度控制为30~50℃，将连铸坯拉速控制为2.3±0.1m/s。
作为本发明的进一步改进，在所述连铸工序中，还包括：
结晶器水流量控制为1750±50L/min，结晶器液面高度设定为75±5%。
作为本发明的进一步改进，
在轧制工序中，将精轧入口温度范围控制为850~880℃，将轧制速度控制为100~110m/s，将吐丝温度控制为820~860℃。
作为本发明的进一步改进，制造得到的所述盘条断面收缩率≥80%。
作为本发明的进一步改进，制造得到的所述埋弧焊丝，进行熔敷金属试验，焊缝抗拉强度Rm满足：355MPa≤Rm≤460MPa，0℃低温冲击韧性≥100J。
本发明还提供一种埋弧焊丝，其采用上述的埋弧焊丝生产方法制造得到。
本发明的有益效果是：本发明通过优化炼钢和冷却工艺，在炼钢工序中，省略了传统的精炼环节，降低了成本、缩短了生产周期。在冷却工序中，结合非合金焊丝钢连续相转变曲线，通过适当提高冷速，成功细化了盘条晶粒，提高了塑韧性，使其更适应高速拉拔产线。此外，焊丝的抗拉强度和冲击韧性均得到优化，满足了高标准的焊接要求。
附图说明
图1是本发明一实施方式中的埋弧焊丝生产方法步骤示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施方式及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施方式仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
下面详细描述本发明的实施方式，实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本实施方式提供一种埋弧焊丝生产方法，本实施方式中的埋弧焊丝可用于匹配常规Q235和Q355钢板进行焊接，在焊丝生产过程中，钢水仅采用电炉冶炼，省去了精炼环节，并结合非合金焊丝钢的连续相转变曲线，通过适当提高轧后冷却速度，起到有效细化晶粒的作用，进而提高盘条塑韧性，能够实现盘条的高速拉拔，高效率生产得到埋弧焊丝。
在本实施方式中，盘条的化学成分以质量百分比计包括：C:0.05~0.09%，Si≤0.05%、Mn:0.6~0.8%、P≤0.02%、S≤0.018%、N≤0.009%、其余为Fe和不可避免的杂质。本实施方式中的盘条化学成分即为常规非合金焊丝钢化学成分，非合金钢含有碳元素外，还具有少量硅、锰、磷等少量元素，没有显著的其他合金元素。
碳能够保证钢的强度，但对于焊丝钢来说，过高的碳含量会显著降低钢的焊接性能和塑性，不利于冷加工性能，从而导致盘条的拉拔性能变差。同样，硅和锰含量过高时，会导致钢的断面收缩率和延伸率显著降低，即会使钢的冷加工性能变差，从而不利于拉拔，因此为保证盘条具有一定强度的同时，提高盘条的焊接性能和塑性，将化学成分以质量百分比计控制为：C:0.05~0.09%，Si≤0.05%、Mn:0.6~0.8%。
在焊丝钢中，硫、磷、氮都是有害元素，硫、磷在钢中是严重偏析元素，钢中硫化物夹杂会恶化钢材的性能，磷会降低钢的塑性和焊接性能，钢中氮元素会降低钢的韧性、破坏焊接性能，还会造成连铸坯开裂。因此，根据生成流程控制，将硫、磷、氮含量分别控制在0.02%、0.018%、0.009%以下。
如图1所示，埋弧焊丝生产方法包括步骤：
S1：按照上述化学成分配比，进行电炉冶炼后直接进行连铸，铸造形成连铸坯。
S2：将连铸坯轧制得到盘条。
S3：轧制后进行冷却，在冷却过程中，采用斯太尔摩冷却线进行冷却，调整斯太尔摩冷却线上保温罩和风机风档的开启状态，使盘条冷却速度为8±2m/s，冷却起始段辊道速度为1m/s，冷却后盘条组织为铁素体和珠光体，晶粒度≥10级，盘条抗拉强度范围为400~480MPa。
S4：将冷却后盘条直接进行拉丝，拉拔速度控制为大于30m/s。
在步骤S1中，电炉冶炼工序具体包括：
将冶炼原料中的铁水比控制为不小于75%，铁水中P质量含量控制为不大于0.1%、S质量含量控制为不大于0.004%，冶炼过程中全程进行供氧吹炼，并将熔池温度控制为不大于1550℃。将低碳锰铁、石灰、萤石按序依次加入电炉中进行冶炼，在冶炼过程中，将炉渣碱度范围控制为3.3~3.6，将温度升至不低于1605℃后出钢。
转炉冶炼在加入渣料后，钢液温度会降低，必须通过精炼环节才能达到后续浇筑所需要的温度。在本实施方式中，采用电炉冶炼，相比于转炉冶炼，电炉熔炼温度高且容易控制调节，可以省去精炼工序，来简化炼钢流程，降低成本。采用电炉冶炼过程中，在冶炼的不同阶段，炉内不仅能造成氧化性气氛，还能造成还原性气氛，前者有利于脱碳和去磷，后者有利于脱氧、去硫，从而对炉内气氛及钢液成分进行精确控制。
由于冶炼后直接进行连铸，而不进行精炼，将冶炼原料中的铁水比控制为不小于75%，且控制P和S的质量含量，相比于废钢，主要采用铁水进行冶炼在生产过程中可以更精确地控制钢液的成分，减少杂质。供氧吹炼是通过向熔池中吹入氧气，促使氧化还原反应发生，加速熔化炉料。氧气与金属或其他成分发生氧化反应，促使炉渣的形成，有助于去除金属中的杂质、硫、磷等有害元素，全程进行供氧吹炼，从而进一步有效减少杂质。在炼钢温度范围内，随温度升高，炉渣粘度下降，熔池温度越高，生成泡沫渣的条件越差。因此，控制熔池温度为不大于1550℃，以确保钢液的质量和成分符合要求。
在电炉冶炼后，直接进行连铸，通过在冶炼过程中的控制和后续的冷却工序对钢材的微观结构进行精确控制，来省去精炼步骤，从而降低炼钢成本。
连铸工序具体包括：
采用整体水口全保护氩封进行连铸浇筑，浇筑过程中，将钢水过热度控制为30~50℃，将连铸坯拉速控制为2.3±0.1m/s。结晶器水流量控制为1750±50L/min，结晶器液面高度设定为75±5%。
通过使用全保护氩封，可以有效减小结晶器口的氧化，避免氧化物的形成。从而提高铸坯表面的质量，减少氧化皮的生成。控制钢水过热度，使其在30~50℃的较窄范围内变化，钢水温度过高时，容易增加非金属夹杂，影响板坯内在质量、中心偏析加重等问题，钢水温度过低时，连铸坯表面容易产生夹渣、裂纹等缺陷，且非金属夹杂不易上浮，影响铸坯内在质量。控制拉速为2.3±0.1m/s，较慢的拉速可以减少铸坯内部裂纹和中心偏析，并减少铸坯表面产生的裂纹。
在结晶器内，通过控制水流量和液面高度来对铸坯进行冷却控制，与后续的轧制冷却相配合，调整盘条的微观组织结构。
在步骤S3中，轧制工序将精轧入口温度范围控制为850~880℃，将轧制速度控制为100~110m/s，将吐丝温度控制为820~860℃。
轧制后，采用斯太尔摩冷却线进行冷却，调整斯太尔摩冷却线上保温罩和风机风档的开启状态，使盘条冷却速度为8±2m/s，冷却起始段辊道速度为1m/s，冷却后盘条组织为铁素体和珠光体，晶粒度≥10级，盘条抗拉强度范围为400~480MPa。其中，晶粒度根据GB/T 6394—2017测量得到，抗拉强度根据GB/T228.1-2021测试得到。
具体的，通过开启斯太尔摩冷却线上全部保温罩，开启斯太尔摩冷却线上前两个风机风挡，来使盘条冷却速度为8±2m/s。
在本实施方式中，相较于现有技术，采用了较高的冷却速度，冷却速度的增加，使结晶的形核过程出现更大的温度滞后，过冷度的增加使形核的驱动力大，结晶速度快，晶核生成的临界半径越小。并且，原子的扩散/移动能力减弱，众多晶核形成后来不及充分长大，最终保持细小的尺寸。铁素体具有良好的塑性和韧性，而强度与硬度较低。珠光体相对于铁素体来说，具有更高的硬度和强度，但塑性较差。在钢材的冷却过程中，通过控制冷却速度和温度，在将微观组织全部控制为铁素体和珠光体的情况下，显著细化了晶粒。增加了钢材的塑韧性。从而在后续的拉拔过程中，能采用较高的拉拔速度。
本发明还提供一种埋弧焊丝，其采用上述埋弧焊丝生产方法制造得到。
综上所述，本实施方式通过优化炼钢和冷却工艺，在炼钢工序中，省略了传统的精炼环节，降低了成本、缩短了生产周期。在冷却工序中，结合非合金焊丝钢连续相转变曲线，通过适当提高冷速，成功细化了盘条晶粒，提高了塑韧性，使其更适应高速拉拔产线。此外，焊丝的抗拉强度和冲击韧性均得到优化，满足了高标准的焊接要求。
以下通过8个实施例进一步对本发明的具体实施方式予以介绍。
采用电炉冶炼，出钢前实施例1-4的铁水比依次为75%、77%、80%、85%，入站铁水中P的质量含量依次为0.10%、0.09%、0.08%、0.09%，入站铁水中S的质量含量次为0.004%、0.002%、0.003%、0.004%。
在冶炼过程中全程采取供氧吹炼方式，吹炼前期不通电，按“低碳锰铁-石灰-萤石”顺序加入合金和渣料，炉渣碱度依次为3.3、3.6、3.5、3.3，出钢温度依次为1605℃、1615℃、1625℃、1631℃。采用整体水口全保护氩封浇筑，过热度依次为30℃、50℃、38℃、45℃，拉速依次为2.3m/s、2.2m/s、2.2m/s、2.4m/s，结晶器水流量依次为1750L/min、1700L/min、1720L/min、1780L/min。
将小方坯经加热炉加热后进行连续轧制，实施例1-4精轧入口温度依次为850℃、880℃、875℃、856℃，轧制速度依次为105m/s、100m/s、110m/s、103m/s，之后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820℃、846℃、860℃、853℃，风机和保温罩全部关闭，斯太尔摩冷却线起始段辊道速度为1m/s，在保温罩内冷却速度依次为8m/s、9m/s、10m/s、6m/s，得到焊丝钢盘条抗拉强度依次为400MPa、455MPa、482MPa、430MPa，断面收缩率依次为82%、84%、82%、85%。
盘条不经退火处理，直接拉丝，拉丝速度为30m/s，之后镀铜盘卷。
将成品焊丝的表面镀铜磨掉，采用ICP和CS仪进行成分测试，化学成分组成以重量百分比计，见表1，参照标准GBT 8110-2008进行熔敷金属试验。之后进行力学性能检测试验，测试结果见表2。
表1
表2
应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列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，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。
Claims (10)
1.一种埋弧焊丝生产方法，其特征在于，所述埋弧焊丝的化学成分以质量百分比计包括：C:0.05~0.09%、Si≤0.05%、Mn:0.6~0.8%、P≤0.02%、S≤0.018%、N≤0.009%、其余为Fe和不可避免的杂质；
所述生产方法包括步骤：
按照上述化学成分配比，进行电炉冶炼后直接进行连铸，铸造形成连铸坯；
将所述连铸坯轧制得到盘条，
轧制后进行冷却，在冷却过程中，采用斯太尔摩冷却线进行冷却，调整斯太尔摩冷却线上保温罩和风机风档的开启状态，使盘条冷却速度为8±2m/s，冷却起始段辊道速度为1m/s，冷却后所述盘条组织为铁素体和珠光体，晶粒度≥10级，所述盘条抗拉强度范围为400~480MPa；
将冷却后所述盘条直接进行拉丝，拉拔速度控制为大于30m/s。
2.根据权利要求1所述的埋弧焊丝生产方法，其特征在于，在所述冷却工序中，具体包括：
开启斯太尔摩冷却线上全部保温罩，开启斯太尔摩冷却线上前两个风机风挡。
3.根据权利要求1所述的埋弧焊丝生产方法，其特征在于，在所述电炉冶炼工序中，其具体包括：
将冶炼原料中的铁水比控制为不小于75%，铁水中P质量含量控制为不大于0.1%、S质量含量控制为不大于0.004%，冶炼过程中全程进行供氧吹炼，并将熔池温度控制为不大于1550℃。
4.根据权利要求3所述的埋弧焊丝生产方法，其特征在于，在所述电炉冶炼工序中，还包括：
将低碳锰铁、石灰、萤石按序依次加入电炉中进行冶炼，在冶炼过程中，将炉渣碱度范围控制为3.3~3.6，将温度升至不低于1605℃后出钢。
5.根据权利要求1所述的埋弧焊丝生产方法，其特征在于，在所述连铸工序中，具体包括：
采用整体水口全保护氩封进行连铸浇筑，浇筑过程中，将钢水过热度控制为30~50℃，将连铸坯拉速控制为2.3±0.1m/s。
6.根据权利要求5所述的埋弧焊丝生产方法，其特征在于，在所述连铸工序中，还包括：
结晶器水流量控制为1750±50L/min，结晶器液面高度设定为75±5%。
7.根据权利要求1所述的埋弧焊丝生产方法，其特征在于，在轧制工序中，将精轧入口温度范围控制为850~880℃，将轧制速度控制为100~110m/s，将吐丝温度控制为820~860℃。
8.根据权利要求1所述的埋弧焊丝生产方法，其特征在于，制造得到的所述盘条断面收缩率≥80%。
9.根据权利要求1所述的埋弧焊丝生产方法，其特征在于，制造得到的所述埋弧焊丝，进行熔敷金属试验，焊缝抗拉强度Rm满足：355MPa≤Rm≤460MPa，0℃低温冲击韧性≥100J。
10.一种埋弧焊丝，其特征在于，采用权利要求1~9中任一项所述的埋弧焊丝生产方法制造得到。
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