CN103343284A - 一种大线能量焊接q345级别钢板的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及钢铁产品领域,尤其涉及一种大线能量焊接Q345级别钢板的生产方法,其工艺流程包括冶炼、连铸、加热、除磷、控轧控冷、热矫、堆垛缓冷、火切至成品,针对三个关键点加以控制:冶炼成分设计、控轧控冷及终轧后的冷却。所述冶炼成分设计中,Ti/[N]=2.4~3.2。与现有技术相比,本发明的有益效果是:经现场实践,依本发明生产的大线能量焊接Q345级别钢板的焊接接头性能良好,试样断裂均发生在母材处,且焊接接头无软化现象;随着线能量的增大,HAZ区-20℃、-40℃横向冲击值减小;冷弯性能良好,力学性能及焊接性能完全超过标准要求;具有生产流程短、生产成本低、适合大批量生产等优点。
Description
技术领域
本发明涉及钢铁产品领域,尤其涉及一种大线能量焊接Q345级别钢板的生产方法。
背景技术
目前,国内外钢厂都在进行大线能量焊接用钢研究,但均未形成大线能量焊接专用钢品牌,而是仅仅作为品种钢的一个特性来推广应用。采用手工焊、埋弧焊等传统方法焊接,线能量一般为30~60KJ/cm,且多层焊、预热、垫板等焊接手段大大降低了施工效率。随着钢结构未来向大型化、厚规格化方向发展,为提高生产效率,采用>80KJ/cm的电渣焊、气电立焊等大线能量焊接工艺是必然趋势,钢板对大线能量焊接适应性被迫提高。
Q345钢是目前应用最为广泛的品种。普遍应用于高建、桥梁、压力容器、工程机械、海洋平台和造船等工程,常采用高效焊接形式,所以对线能量特性提出了更高要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种大线能量焊接Q345级别钢板的生产方法,为满足钢板对大线能量焊接的适应性,首先,钢板要满足低碳成分、低碳当量易焊接、低焊接裂纹敏感性、大线能量焊接即“三低一大”要求,保证母材性能良好;其次要有高的屈服强度,焊接工艺简单,体现大线能量的焊接特性。针对以铁素体-珠光体组织为主体钢板大线能量焊接热影响区韧性恶化的情况,通过调整、改进钢板冶炼、轧制、热处理等生产工艺,采取措施进行有效抑制HAZ晶粒粗大、抑制高温区奥氏体晶粒的长大改善焊接热影响区韧性。
为实现上述目的,本发明的技术方案是:
一种大线能量焊接Q345级别钢板的生产方法,其工艺流程包括冶炼、连铸、加热、除磷、控轧控冷、热矫、堆垛缓冷、火切至成品,针对三个关键点加以控制:冶炼成分设计、控轧控冷及终轧后的冷却,其具体控制如下:
1)冶炼成分设计(wt%):C≤0.13%、Si:0.25~0.45%、Mn:1.2~1.4%、Nb:0.10~0.30%、Ti:0.10~0.20%、P≤0.02%、S≤0.004%、[N]≤0.06%,CEV≤0.37,其余为铁及不可避免的微量杂质;
2)控轧控冷:连铸坯加热至1200~1230℃,总加热时间≥l0min/cm,其中最高加热温度为1230℃,均热温度≤l220℃,确保均热段在炉时间>60min;分两阶段轧制,I阶段开轧温度≤l140℃,累计压下率>60%;Ⅱ阶段开轧温度920℃,终轧温度<880℃,变形率控制在50%~60%;
3)终轧后的冷却:轧后快冷,冷却速率5~10℃/S,开冷温度≥850℃,返红温度≤680℃。
所述冶炼成分设计中,Ti/[N]=2.4~3.2。
本发明方案中降低连铸坯加热温度,能避免高温烧钢导致晶粒粗化,保持轧制前的奥氏体晶粒微细化。采用两段控轧,主要目的是尽可能多地形成铁素体相变核,有效细化铁素体晶粒。通过I阶段再结晶区反复变形使奥氏体晶粒微细化;Ⅱ阶段加大奥氏体未再结晶区的累积压下量,增加奥氏体单位体积的晶粒界面积和变形带面积,提高钢板强韧性。
上述冶炼成分设计中,C:0.08%~0.14%,碳化物会降低焊接性,影响HAZ韧性,降碳对大线能量钢板是必须的。另外低碳也体现着低碳当量、低焊接裂纹敏感性的特性。
锰是弱碳化物形成元素,且能改变铁素体的形核和长大,冷却条件下,通过析出强化和弥散强化,进一步细化晶粒,在保持强度的同时提高钢板韧性。
铌是强碳化物元素,不利于大线能量焊接的进行,但微量添加铌是对强度损失的弥补。
一定比例的Ti/[N],有利于在焊接高温下形成比较稳定的TiN,可钉扎奥氏体晶界,抑制晶粒长大,并在焊后冷却时增加针状铁素体沉淀核,促进铁素体形成,提高HAZ韧性。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
经现场实践,依本发明生产的大线能量焊接Q345级别钢板的焊接接头性能良好,试样断裂均发生在母材处,且焊接接头无软化现象;随着线能量的增大,HAZ区-20℃、-40℃横向冲击值减小;冷弯性能良好,力学性能及焊接性能完全超过标准要求,取得了良好的效果;同时具有生产流程短、生产成本低、适合大批量生产等优点,可以广泛适用于各厚板生产厂家。
附图说明
图1是本发明实施例一中大线能量焊接Q345钢板的金相组织照片。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明:
实施例1
本发明一种大线能量焊接Q345级别钢板的生产方法,其工艺流程包括冶炼、连铸、加热、除磷、控轧控冷、热矫、堆垛缓冷、火切至成品,针对三个关键点加以控制:冶炼成分设计、控轧控冷及终轧后的冷却,其具体控制如下
1)冶炼成分设计(wt%):C:0.12%、Si:0.30%、Mn:1.30%、Nb:0.2%、、Ti:0.15%、P≤0.01%、S≤0.003%、[N]0.05%、CEV0.35,其余为铁及不可避免微量杂质;其中Ti/[N]=3;
冶炼时,钢水先经电炉冶炼后,送入LF精炼炉精炼,在精炼过程强化造白渣进行二次脱硫,确保S≤0.003%。
2)浇铸:保真空破坏后,在1545~1550℃温度范围内浇铸连铸坯,连铸坯厚度250mm;
3)加热,加热温度为1150~1250℃;
4)除磷,水压18~22Mpa;
5)轧制成品厚度为20mm,连铸坯加热至1220℃,总加热时间20min,确保均热段在炉时间60min;按两阶段控制轧制,第一阶段采用大压下,各道次变形量控制在15~25%,终轧温度控制在950℃;第二阶段开轧温度控制在920℃、终轧温度880℃、变形率控制在60%;
6)终轧后的冷却:轧制结束后,直接进入加速冷却装置,冷却速率5℃/S,开冷温度850℃,返红温度680℃;进入热矫机后堆垛缓冷,堆垛温度不低于400℃,时间不小于16小时,最终得到的产品微观组织为铁素体和珠光体组织的混合组织,见图1;
7)火焰切割至成品。
实施例2
本发明一种大线能量焊接Q345级别钢板的生产方法,其工艺流程包括冶炼、连铸坯、加热、除磷、控轧控冷、热矫、堆垛缓冷、切割检查至成品,针对三个关键点加以控制:冶炼成分设计、控轧控冷及终轧后的冷却,其具体控制如下
1)冶炼成分设计(wt%):C:0.13%、Si:0.40%、Mn:1.40%、Nb:0.3%、、Ti:0.10%、P≤0.01%、S≤0.003%、[N]0.04%、CEV0.34,其余为铁及不可避免微量杂质;其中Ti/[N]=2.5;
冶炼时,钢水先经电炉冶炼后,送入LF精炼炉精炼,在精炼过程强化造白渣进行二次脱硫,确保S≤0.003%。
2)浇铸:保真空破坏后,在1545~1550℃温度范围内浇铸连铸坯,连铸坯厚度250mm;
3)加热,加热温度为1150~1250℃;
4)除磷,水压18~22Mpa;
5)轧制成品厚度为30mm,连铸坯加热至1230℃,总加热时间30min,确保均热段在炉时间60min;按两阶段控制轧制,第一阶段采用大压下,各道次变形量在15~25%,终轧温度控制在960℃;第二阶段开轧温度控制在930℃、终轧温度870℃、变形率控制在50%;
6)终轧后的冷却:轧制结束后,直接进入加速冷却装置,冷却速率10℃/S,开冷温度860℃,返红温度670℃;进入热矫机后堆垛缓冷,堆垛温度不低于400℃,时间不小于16小时,最终得到的产品微观组织为铁素体和珠光体组织的混合组织;
7)火焰切割至成品。
上述两个实施例生产的产品实物力学性能如下表1所示。
表1
取实施例1和实施例2中钢板制作样件,每个实施例各制作两组样件,进行气电立焊焊接试验:大线能量焊接主要的问题是在如此大的焊接能量下,焊接热影响区(HAZ)的组织将急剧长大,焊接部位的钢板韧性将大幅下降。因此大线能量钢板的焊接试验主要是对HAZ韧性的检验。
焊接条件为:常温,不预热,单层焊,焊丝牌号DWS-40G,焊丝直径1.6mm,焊接电流390~410A,焊接电压35~43V,各样件的焊接速度及线能量见下表2。
表2
经过对比发现,本发明短流程工艺试制的TMCP型Q345级别钢板完全满足采用80~140J/cm大线能量焊接的性能标准要求。
Claims (2)
1.一种大线能量焊接Q345级别钢板的生产方法,其工艺流程包括冶炼、连铸、加热、除磷、控轧控冷、热矫、堆垛缓冷、火切至成品,其特征在于,针对三个关键点加以控制:冶炼成分设计、控轧控冷及终轧后的冷却,其具体控制如下:
1)冶炼成分设计(wt%):C≤0.13%、Si:0.25~0.45%、Mn:1.2~1.4%、Nb:0.10~0.30%、Ti:0.10~0.20%、P≤0.02%、S≤0.004%、[N]≤0.06%,CEV≤0.37,其余为铁及不可避免的微量杂质;
2)控轧控冷:连铸坯加热至1200~1230℃,总加热时间≥l0min/cm,其中最高加热温度为1230℃,均热温度≤l220℃,确保均热段在炉时间>60min;分两阶段轧制,I阶段开轧温度≤l140℃,累计压下率>60%;Ⅱ阶段开轧温度920℃,终轧温度<880℃,变形率控制在50%~60%;
3)终轧后的冷却:轧后快冷,冷却速率5~10℃/S,开冷温度≥850℃,返红温度≤680℃。
2.根据权利要求1所述的一种大线能量焊接Q345级别钢板的生产方法,其特征在于,所述冶炼成分设计中,Ti/[N]=2.4~3.2。
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