專(zhuān)利名稱(chēng)：冶煉大線(xiàn)能量焊接高強(qiáng)度鋼的復(fù)合脫氧劑及使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高強(qiáng)度鋼的冶煉技術(shù)領(lǐng)域。尤其涉及一種冶煉大線(xiàn)能量焊接高強(qiáng)度鋼 的復(fù)合脫氧劑及使用方法。
背景技術(shù)：
近三十年來(lái)，為了提高大型工程結(jié)構(gòu)的焊接效率，保證其使用的安全可靠性，焊接 效率高的單面埋弧焊、氣電焊、電渣焊等大線(xiàn)能量焊接技術(shù)相繼被采用，這給傳統(tǒng)的低合金 高強(qiáng)度鋼帶來(lái)了新的問(wèn)題，即焊接粗晶熱影響區(qū)(HAZ)的強(qiáng)度和韌性變差，且易產(chǎn)生焊接 冷裂紋等缺陷。因此，HAZ韌性的改善成為低合金高強(qiáng)度鋼大線(xiàn)能量焊接研究和開(kāi)發(fā)的熱 點(diǎn)和重點(diǎn)。大線(xiàn)能量焊接條件下低合金高強(qiáng)度鋼(抗拉強(qiáng)度為600 IOOOMPa)的組織轉(zhuǎn)變 行為與控制必須充分綜合考慮母材及其焊接熱影響區(qū)組織的形成過(guò)程及其控制方法，因?yàn)?大焊接熱輸入條件下的焊接熱影響區(qū)組織的粗化、熱影響區(qū)的軟化以及由此而造成的焊接 熱影響區(qū)的脆化和接頭強(qiáng)度的降低是低合金高強(qiáng)度鋼焊接中的主要問(wèn)題。國(guó)內(nèi)外對(duì)低合金高強(qiáng)度鋼的焊接熱影響區(qū)組織性能特征、奧氏體晶粒長(zhǎng)大動(dòng)力學(xué) 等方面進(jìn)行了大量的研究與探索，研究和設(shè)計(jì)出新的大線(xiàn)能量焊接條件下高強(qiáng)度鋼及其制 造方法，如大線(xiàn)能量低焊接裂紋敏感性系列鋼及其生產(chǎn)方法”(ZL 02115877.0)、“高性能 耐火耐候建筑用鋼及其生產(chǎn)方法”(ZL 01133562. 9)、“大線(xiàn)能量焊接非調(diào)質(zhì)高韌性低溫鋼 及其生產(chǎn)方法”(ZL 01128316. 5)、大線(xiàn)能量焊接高韌性抗鋅液腐蝕用鋼及其生產(chǎn)方法(ZL 01128476. 5)、“可大線(xiàn)能量焊接的超高強(qiáng)度厚鋼板及其制造方法” (ZL 200410017255. 5)和 “大線(xiàn)能量低焊接裂紋敏感性系列鋼及其生產(chǎn)方法”(ZL 02115877. 0)等專(zhuān)利技術(shù)，但概括 起來(lái)仍存在如下問(wèn)題1)焊接線(xiàn)能量低，一般為50 150kJ/cm ；2)對(duì)氧的含量未作出明確的規(guī)定，難以 提高產(chǎn)品質(zhì)量和焊接線(xiàn)能量；3) Si含量較高，因較高含量的Si會(huì)促進(jìn)M/A的形成，降低HAZ 的韌性；4)含有昂貴金屬釩，使產(chǎn)品成本提高；5)有的采用調(diào)質(zhì)工藝生產(chǎn)，含碳量一般來(lái)講 比非調(diào)質(zhì)工藝要高，不利于抗更大的線(xiàn)能量焊接和實(shí)現(xiàn)控制軋制和控制冷卻以及機(jī)械熱處 理工藝(TMCP)，且生產(chǎn)過(guò)程復(fù)雜、環(huán)節(jié)多、生產(chǎn)成本高；6)鋼中含有稀土元素，稀土元素為 非?；顫姷脑兀蝗菀卓刂?，且容易污染鋼水，不利于產(chǎn)品質(zhì)量的提高；7)以上冶煉方法 工藝過(guò)程復(fù)雜、時(shí)間長(zhǎng)、不容易命中鋼中的目標(biāo)成分Si、Ti、Ca、Ba、Mg。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在克服已有技術(shù)缺陷，目的是提供一種成本低廉、工藝過(guò)程簡(jiǎn)單、成分命 中率高的冶煉大線(xiàn)能量焊接高強(qiáng)度鋼的復(fù)合脫氧劑及使用方法，使用該所復(fù)合脫氧劑所制 造的鋼板焊接質(zhì)量高、裂紋敏感性低、抗拉強(qiáng)度高。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是該復(fù)合脫氧劑的化學(xué)成分及其含量 Mi :Si 75 ~ 90wt%, Ca 1 ~ 5wt%, Ti 5 ~ 20wt%, Ba 1 ~ 1Owt%, Mg 1 ~5wt%，其余為!^e及不可避免的雜質(zhì)；該復(fù)合脫氧劑的制備方法是按上述成分，以Si-Ca 合金為基礎(chǔ)，分別加入Ti、Ba和Mg，經(jīng)真空感應(yīng)爐熔煉并澆鑄而成。
其中Ti是以Ti磁鐵礦高爐渣為原料，經(jīng)提煉而成的Ti合金；Ba為Si-Ba合金或 為金屬Ba ；Mg為鈍化Mg丸或?yàn)镸g屑或!^e-Mg合金。
冶煉大線(xiàn)能量焊接高強(qiáng)度鋼的復(fù)合脫氧劑的使用方法采用轉(zhuǎn)爐或者電弧爐將鐵 水、或廢鋼、或鐵水與廢鋼經(jīng)煉鋼后進(jìn)行精煉和調(diào)整鋼水成分，在加入復(fù)合脫氧劑前保持鋼 水中的自由氧含量為10 200ppm，用復(fù)合脫氧劑進(jìn)行脫氧與復(fù)合合金化，復(fù)合脫氧劑以塊 狀合金或者包芯線(xiàn)的形式加入鋼水，復(fù)合脫氧劑的加入量為每噸鋼0. 5 ^g，然后按常規(guī) 工藝進(jìn)行連鑄和熱軋。
由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明以Si、Ca、Ti、Ba和Mg為主要成分，經(jīng)真空感應(yīng)爐 熔煉并澆鑄而成，將脫氧與合金化有機(jī)結(jié)合，有利于形成針狀鐵素體形核的氧化物，多個(gè)元 素按目標(biāo)成分做成復(fù)合脫氧劑，一次性完成脫氧與合金化，具有成本低廉、工藝過(guò)程簡(jiǎn)單、 成分命中率高的特點(diǎn)。用該脫氧劑冶煉后經(jīng)軋制的大線(xiàn)能量焊接低合金高強(qiáng)度鋼板焊接質(zhì) 量高、裂紋敏感性低、抗拉強(qiáng)度高。所制造的鋼抗拉強(qiáng)度為600 lOOOMPa，在150 SOOkJ/ cm的線(xiàn)能量下進(jìn)行焊接，焊接后可不進(jìn)行熱處理，焊接HAZ的沖擊功不低于母材沖擊功的 2/3。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述，并非對(duì)保護(hù)范圍的限制
為避免重復(fù)，先將具體實(shí)施方式
中所加入的Ti、Ba和Mg分別描述如下，實(shí)施例中 不再贅述Ti是以Ti磁鐵礦高爐渣為原料，經(jīng)提煉而成的Ti合金；Ba為Si-Ba合金或?yàn)榻?屬Ba ；Mg為鈍化Mg丸或?yàn)镸g屑或!^e-Mg合金。
實(shí)施例1
一種冶煉大線(xiàn)能量焊接高強(qiáng)度鋼的復(fù)合脫氧劑及使用方法。該復(fù)合脫氧劑的化學(xué) 成分及其含量是Si為75 80wt%，Ca為2 5wt%，Ti為12 20wt%，Ba為1 3wt%， Mg為1.5 5wt%，其余為！^及不可避免的雜質(zhì)。
該復(fù)合脫氧劑的制備方法是按上述成分，以Si-Ca合金為基礎(chǔ)，分別加入Ti、Ba 和Mg，經(jīng)真空感應(yīng)爐熔煉并澆鑄而成。
該復(fù)合脫氧劑的使用方法是采用轉(zhuǎn)爐將鐵水經(jīng)煉鋼后進(jìn)行精煉和調(diào)整鋼水成 分，在加入復(fù)合脫氧劑前保持鋼水中的自由氧含量為10 80ppm，用復(fù)合脫氧劑進(jìn)行脫 氧與復(fù)合合金化，復(fù)合脫氧劑以塊狀合金的形式加入鋼水，復(fù)合脫氧劑的加入量為每噸鋼 0. 5 1. ^g，然后按常規(guī)工藝進(jìn)行連鑄和熱軋。
連鑄鑄坯的化學(xué)成分及其含量是C為0. 03 0. 07wt %，Si為0. 1 0. 3wt %，Mn 為 1. 5 2. 5wt%, Ni 為 0. 2 0. 6wt%, Cu 為 0. 6 1. Owt%, Als 為 0. 02 0. 06wt%, Nb 為 0. 03 0. 07wt%,Ti 為 0. 01 0. 05wt%,Ca 為 0. 001 0. 003wt%,Mg 為 0. 001 0. 003wt%，Ba 為 0. 001 0. 003wt%，N 為 0. 006 0. 010wt%，B 為 0. 001 0. 002wt%,P < 0. 008wt%,S < 0. 007wt%，其余為！^及不可避免的雜質(zhì)。鑄坯的厚度為210 250mm。
熱軋工藝是鑄坯加熱至1150 1250°C，均熱2 3小時(shí)進(jìn)行熱軋，軋制為40 60mm厚的鋼板；軋后控制弛豫10 15s，然后以5 15°C /s的冷卻速度進(jìn)行在線(xiàn)冷卻。
使用本實(shí)施例制備的復(fù)合脫氧劑所制造的鋼板抗拉強(qiáng)度為600 750MPa，可在 150 400kJ/cm的線(xiàn)能量下進(jìn)行焊接，焊接后不需進(jìn)行熱處理，焊接HAZ的沖擊功不低于母 材沖擊功的2/3。
實(shí)施例2
一種冶煉大線(xiàn)能量焊接高強(qiáng)度鋼的復(fù)合脫氧劑及使用方法。該復(fù)合脫氧劑的化學(xué) 成分及其含量是Si為80 85wt%，Ca為1 3wt%，Ti為8 16wt %，Ba為4 IOwt %， Mg為1 3wt%，其余為！^及不可避免的雜質(zhì)。
該復(fù)合脫氧劑的制備方法是按上述成分，以SiCa合金為基礎(chǔ)，分別加入Ti、Ba和 Mg，經(jīng)真空感應(yīng)爐熔煉并澆鑄而成。
該復(fù)合脫氧劑的使用方法是采用電弧爐將廢鋼經(jīng)煉鋼后進(jìn)行精煉和調(diào)整鋼水成 分，在加入復(fù)合脫氧劑前保持鋼水中的自由氧含量為120 200ppm，用復(fù)合脫氧劑進(jìn)行脫 氧與復(fù)合合金化，復(fù)合脫氧劑以塊狀合金或者包芯線(xiàn)的形式加入鋼水，復(fù)合脫氧劑的加入 量為每噸鋼3 ^g，然后按常規(guī)工藝進(jìn)行連鑄和熱軋。
連鑄鑄坯化學(xué)成分及其含量是C為0. 04 0. 08wt %，Si為0. 2 0. 5wt %，Mn 為 2 3wt %，Ni 為 0. 3 0. 7wt %，Cu 為 0. 8 1. 2wt %，Als 為 0. 03 0. 06wt %，Nb 為 0. 02 0. 06wt %, Ti 為 0. 01 0. 05wt %, Ca 為 0. 001 0. 003wt %，Mg 為 0. 001 0. 003wt%,Ba 為 0. 001 0. 003wt%，N 為 0. 004 0. 008wt%，B 為 0. 001 0. 003wt%, P < 0. 01wt%,S < 0. 007wt%，其余為！^及不可避免的雜質(zhì)。鑄坯的厚度為200 250mm。
熱軋工藝是先將鑄坯加熱至1200 1300°C，均熱1. 5 2. 5小時(shí)，再進(jìn)行熱軋， 軋制為30 50mm厚的鋼板；軋后控制弛豫12 20s，然后以10 15°C /s的冷卻速度在 線(xiàn)冷卻即可。
使用本實(shí)施例制備的復(fù)合脫氧劑所制造的鋼板抗拉強(qiáng)度為700 850MPa，可在 200 600kJ/cm的線(xiàn)能量下進(jìn)行焊接，焊接后不需進(jìn)行熱處理，焊接HAZ的沖擊功不低于母 材沖擊功的2/3。
實(shí)施例3
一種冶煉大線(xiàn)能量焊接高強(qiáng)度鋼的復(fù)合脫氧劑及使用方法。該復(fù)合脫氧劑的化學(xué) 成分及其含量是Si為85 90wt%，Ca為1 2. 5wt %，Ti為5 9wt %，Ba為2 7wt %， Mg為1 2. 5wt%，其余為！^及不可避免的雜質(zhì)。
該復(fù)合脫氧劑的制備方法是按上述成分，以SiCa合金為基礎(chǔ)，分別加入Ti、Ba和 Mg，經(jīng)真空感應(yīng)爐熔煉并澆鑄而成。
該復(fù)合脫氧劑的使用方法是采用轉(zhuǎn)爐或者電弧爐將鐵水、或廢鋼、或鐵水與廢 鋼經(jīng)煉鋼后進(jìn)行精煉和調(diào)整鋼水成分，在加入復(fù)合脫氧劑前保持鋼水中的自由氧含量為 60 120ppm，用復(fù)合脫氧劑進(jìn)行脫氧與復(fù)合合金化，復(fù)合脫氧劑以塊狀合金或者包芯線(xiàn)的 形式加入鋼水，復(fù)合脫氧劑的加入量為每噸鋼1 3kg，然后按常規(guī)工藝進(jìn)行連鑄和熱軋。
連鑄鑄坯化學(xué)成分及其含量是C為0. 02 0. 06wt %，Si為0. 1 0. 3wt %，Mn 為 1. 8 3. Owt%, Ni 為 0. 4 0. 8wt%, Cu 為 1. 1 1. 5wt%, Als 為 0. 01 0. 05wt%, Nb 為 0. 02 0. 06wt%,Ti 為 0. 01 0. 05wt%,Ca 為 0. 001 0. 003wt%,Mg 為 0. 001 0. 003wt %，Ba 為 0. 001 0. 003wt %，N 為 0. 006 0. 0IOwt %，B 為 0. 0016 0. 0020wt %， P < 0. 009wt%, S < 0. OlOwt %，其余為!^e及不可避免的雜質(zhì)。鑄坯的厚度為210 250mm。
熱軋工藝是鑄坯加熱至1200 1300°C，均熱1. 5 2. 5小時(shí)，進(jìn)行熱軋，軋制為 60 80mm厚的鋼板，然后以15 25°C /s的冷卻速度進(jìn)行在線(xiàn)冷卻即可。使用本實(shí)施例制備的復(fù)合脫氧劑所制造的鋼板抗拉強(qiáng)度為850 lOOOMPa，可在 450 800kJ/cm的線(xiàn)能量下進(jìn)行焊接，焊接后不需進(jìn)行熱處理，焊接HAZ的沖擊功不低于母 材沖擊功的2/3。本具體實(shí)施方式
以Si、Ca、Ti、Ba和Mg為主要成分，經(jīng)真空感應(yīng)爐熔煉并澆鑄而 成，將脫氧與合金化有機(jī)結(jié)合，有利于形成針狀鐵素體形核的氧化物，多個(gè)元素按目標(biāo)成分 做成復(fù)合脫氧劑，一次性完成脫氧與合金化，具有成本低廉、工藝過(guò)程簡(jiǎn)單、成分命中率高 的特點(diǎn)。用該脫氧劑冶煉后經(jīng)軋制的大線(xiàn)能量焊接低合金高強(qiáng)度鋼板焊接質(zhì)量高、裂紋敏 感性低、抗拉強(qiáng)度高。所制造的鋼抗拉強(qiáng)度為600 lOOOMPa，在150 800kJ/cm的線(xiàn)能量 下進(jìn)行焊接，焊接后可不進(jìn)行熱處理，焊接HAZ的沖擊功不低于母材沖擊功的2/3。
權(quán)利要求
1.一種冶煉大線(xiàn)能量焊接高強(qiáng)度鋼的復(fù)合脫氧劑，其特征在于該復(fù)合脫氧劑的化學(xué)成 分及其含量是Si為75 90wt%，Ca為1 5wt%，Ti為5 20wt%，Ba為1 10wt%， Mg為1 5wt %，其余為!^e及不可避免的雜質(zhì)；該復(fù)合脫氧劑的制備方法是按上述成分，以Si-Ca合金為基礎(chǔ)，分別加入Ti、Ba和 Mg，經(jīng)真空感應(yīng)爐熔煉并澆鑄而成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冶煉大線(xiàn)能量焊接高強(qiáng)度鋼的復(fù)合脫氧劑，其特征在于所述 的Ti是以Ti磁鐵礦高爐渣為原料，經(jīng)提煉而成的Ti合金。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冶煉大線(xiàn)能量焊接高強(qiáng)度鋼的復(fù)合脫氧劑，其特征在于所述 的Ba為金屬Ba或?yàn)镾i-Ba合金。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冶煉大線(xiàn)能量焊接高強(qiáng)度鋼的復(fù)合脫氧劑，其特征在于所述 的Mg為鈍化Mg丸或?yàn)镸g屑或?yàn)?^e-Mg合金。
5.如權(quán)利要求1 4所述的冶煉大線(xiàn)能量焊接高強(qiáng)度鋼的復(fù)合脫氧劑的使用方法，其 特征在于采用轉(zhuǎn)爐或者電弧爐將鐵水、或廢鋼、或鐵水與廢鋼經(jīng)煉鋼后進(jìn)行精煉和調(diào)整鋼 水成分，在加入復(fù)合脫氧劑前保持鋼水中的自由氧含量為10 200ppm，用復(fù)合脫氧劑進(jìn)行 脫氧與復(fù)合合金化，復(fù)合脫氧劑以塊狀合金或者包芯線(xiàn)的形式加入鋼水，復(fù)合脫氧劑的加 入量為每噸鋼0. 5 ^g，然后按常規(guī)工藝進(jìn)行連鑄和熱軋。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種冶煉大線(xiàn)能量焊接高強(qiáng)度鋼的復(fù)合脫氧劑及使用方法。該復(fù)合脫氧劑的化學(xué)成分及其含量是Si為75～90wt％，Ca為1～5wt％，Ti為5～20wt％，Ba為1～10wt％，Mg為1～5wt％，其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)。其制備方法是按上述成分，以Si-Ca合金為基礎(chǔ)，分別加入Ti、Ba和Mg，經(jīng)真空感應(yīng)爐熔煉并澆鑄而成。所制備的復(fù)合脫氧劑的使用方法是在加入復(fù)合脫氧劑前保持鋼水中的自由氧含量為10～200ppm，用復(fù)合脫氧劑進(jìn)行脫氧與復(fù)合合金化，復(fù)合脫氧劑的加入量為每噸鋼0.5～5kg，然后按常規(guī)工藝進(jìn)行連鑄和熱軋。本發(fā)明具有成本低廉、工藝過(guò)程簡(jiǎn)單、成分命中率高的特點(diǎn)，所制造的鋼板焊接質(zhì)量高、裂紋敏感性低、抗拉強(qiáng)度高。
文檔編號(hào)C22C38/16GK102031335SQ20101052865
公開(kāi)日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2010年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月1日
發(fā)明者萬(wàn)響亮, 吳開(kāi)明, 吳清明, 張莉芹, 曹志強(qiáng), 曹波, 李曲全, 王紅鴻, 羅登, 魏然, 黃剛 申請(qǐng)人:武漢科技大學(xué), 湖南華菱湘潭鋼鐵有限公司