CN111172460B - 一种600MPa级屈服强度焊丝用钢盘条及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种600MPa级屈服强度焊丝用钢盘条及其生产方法，其中所述600MPa级屈服强度焊丝用钢盘条以质量百分计的化学成分包括：C：0.06～0.12；Si：0.35～0.45；Mn：1.55～1.70；P≤0.020；S≤0.010；Cr：0.25～0.40；Ni：1.70～1.95；Mo：0.42～0.52；Ti：0.10～0.12；余量为Fe和不可避免的杂质。提供的焊丝用钢盘条力学性能满足：屈服强度≥600MPa，延伸率≥25％，断面收缩率≥70％，可以应用于煤矿机械、集装箱、建筑、船舶、桥梁等高强度钢焊接领域中。

Description

一种600MPa级屈服强度焊丝用钢盘条及其生产方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种600MPa级屈服强度焊丝用钢盘条及其生产方法。
背景技术
随着我国经济的高速发展，钢铁材料逐渐由普通级别向高强度级别发展；同时，与之配套的高强度级别的焊丝钢的市场需求也越来越大。国内成熟的屈服强度600MPa级以上焊丝大部分需要进口，远远不能满足日益增长的低合金高强钢气体保护焊的需求。这样就会致使整个焊接接头成为严重的薄弱地带。可见，焊接材料的研究也严重制约着高强钢铁材料的广泛应用。所以，研制相应高强度焊接材料以解决母材和焊缝金属组织性能不匹配的问题势在必行。屈服强度600MPa级以上高强度焊丝主要应用于煤矿机械、集装箱、建筑、船舶、桥梁、军用车辆等的高强钢结构的焊接。
屈服强度600MPa级焊丝具有较高的强度，国内普遍用的焊丝屈服强度350～420MPa，高强度焊丝用钢的锰、硅的含量较高，容易使CCT转变曲线向右下方移动，并加入Ni、Cr、Mo、Ti合金推迟并延长转变时间，因此该钢种的冷却应采用延迟型冷却，使盘条在近似等温转变的条件下生成贝氏体组织。而高合金的加入使盘条强度增强的同时增加了对冷却速度的敏感性，使CCT曲线更加向右下方移动，容易产生马氏体等异常组织，异常组织的产生对焊丝的拉拔性能造成不利影响，容易使盘条发生脆断，因此控制盘条轧制工艺获得良好的目标组织和通条性能难度很大。
发明内容
针对现有技术中存在的问题的一个或多个，本发明的一个方面提供一种600MPa级屈服强度焊丝用钢盘条，所述600MPa级屈服强度焊丝用钢盘条以质量百分计的化学成分包括：C：0.06～0.12；Si：0.35～0.45；Mn：1.55～1.70；P≤0.020；S≤0.010；Cr：0.25～0.40；Ni：1.70～1.95；Mo：0.42～0.52；Ti：0.10～0.12；余量为Fe和不可避免的杂质。
上述600MPa级屈服强度焊丝用钢盘条的力学性能满足：屈服强度≥600MPa，延伸率≥25％，断面收缩率≥70％。
本发明的另一方面提供一种600MPa级屈服强度焊丝用钢盘条的生产方法，包括以下工序：高炉铁水―铁水预处理―转炉顶复吹冶炼—LF钢包炉精炼―小方坯连铸―加热炉加热—高压水除鳞—轧制—吐丝—斯太尔摩线延迟冷却—集卷—打捆—成品线材，其中所述铁水预处理工序中使得铁水中的硫含量≤0.06％；所述转炉顶复吹冶炼工序中控制出钢C含量0.02-0.03％，出钢温度1631-1659℃，造白渣终渣碱度按3.0控制，采用硅锰、低碳锰铁、金属锰、低碳铬铁合金化，终脱氧采用有Al脱氧，使得磷含量≤0.13％，硫含量≤0.06％；所述LF钢包炉精炼工序中就位温度为1545～1572℃，精炼离位温度1595～1617℃，精炼处理时间28～65min，全程按精炼规程进行吹Ar操作，根据转炉钢水成份及温度进行脱硫、成份微调及升温操作保证，[O]≤30ppm，[N]≤60ppm，[H]≤2.0ppm，采用低铝钛铁增钛，精炼末期采用硅钡线代替硅钙线，同时大压力吹氩气搅拌，软吹时间大于10min；所述小方坯连铸工序中过热度控制在25℃～30℃之间，拉速在1.9m/min-2.2m/min之间；所述加热炉加热工序中加热总时间≥2.5小时，其中加热炉预热段温度720-740℃，加热一段温度935-950℃，加热二段温度1210-1230℃，均热段温度：1245-1260℃；所述轧制包括粗轧、中轧和精轧，其中开轧温度控制在970℃～990℃；所述吐丝的温度为885℃～925℃。
基于以上技术方案提供的600MPa级屈服强度焊丝用钢盘条的生产方法通过添加Ni、Mo、Cr、Ti等合金元素，利用金属元素合金化提高焊丝强度，并通过合理控轧控冷，通过降低开轧温度、降低吐丝温度，使盘条在稍高于相变点的温度下进入保温罩提前进入相变区。采用斯太尔摩线延迟冷却进行缓慢冷却，获得均匀良好的组织，避免了马氏体异常组织的产生。获得的600MPa级屈服强度焊丝用钢盘条的力学性能满足：屈服强度≥600MPa，延伸率≥25％，断面收缩率≥70％，金相组织全部为强度很高的粒状贝氏体组织，用其制造的焊丝在焊接过程中飞溅少、电弧稳定，能够大规模生产，具有良好的推广价值，可以应用于煤矿机械、集装箱、建筑、船舶、桥梁等高强度钢焊接领域中。
附图说明
图1为实施例中炉1生产的600MPa级屈服强度焊丝用钢盘条的500倍金相图。
具体实施方式
本发明提供一种600MPa级屈服强度焊丝用钢盘条，其材料包含以下以质量百分计的化学成分：C：0.06～0.12；Si：0.35～0.45；Mn：1.55～1.70；P≤0.020；S≤0.010；Cr：0.25～0.40；Ni：1.70～1.95；Mo：0.42～0.52；Ti：0.10～0.12；余量为Fe和不可避免的杂质。
C能够迅速提高焊缝强度，但会降低冲击韧性及提高韧脆转变温度，抗裂性收到影响。高的碳含量是造成焊缝冷、热裂纹的主要原因。C含量较高时，极易引起送丝不畅和导电嘴堵塞，在拉拔的过程变形抗力大，既不利于快速拉拔，也对模具损耗产生较大影响，因此本发明采用较低含量的碳，含量优选为0.06～0.12％。
Mn元素是焊缝强化的有效元素，Mn元素可以提高焊缝金属的淬透性，抑制共析铁素体的产生，促进针状铁素体的形成。Si元素能够防止焊缝的氧化以及稳固基体保证焊缝强度，在焊接时起到脱氧作用与强化焊缝的作用，作为脱氧剂补充焊接过程中的烧损，防止气孔产生，细化熔滴，稳定电弧，保证焊缝力学性能。但较高的锰、硅含量也增加钢中偏析程度和夹杂物含量，出现带状组织，较高的锰和硅含量也不利于拉拔，加剧拉丝模磨损，增加用户成本，因此本发明采用较低含量的硅和锰，其中硅的含量优选为0.35～0.45％，锰的含量优选为1.55～1.70％。
磷、硫为钢中有害元素，含硫较高的钢在高温加工时，容易引起钢的热脆，磷能够使钢的塑性和韧性明显下降，使钢材发生冷脆，其在标准范围内越低越好。
Ni元素能够提高钢的强度和韧性，可提高铁素体基体韧性和促进铁素体的形成，含量高时，可显著改变钢的物理性质，提高钢的耐腐蚀能力，本发明中Ni的含量优选为1.70～1.95％。
Mo是获得高强度焊缝金属的主要元素，作为一种高熔点物质，对细化晶粒作用良好，且在提高强度的同时对塑韧性损伤不大，本发明中Mo的含量优选为0.42～0.52％。
Cr元素有利于提高焊缝韧性的同时还可以和碳形成弥散分布的碳化物提高焊缝强度，但是较高的铬元素增加了钢的淬透性，使钢材在轧制过程中对冷却速度的变化较为敏感，本发明中Cr的含量优选为0.25～0.40％。
Ti元素是一种微合金强化元素，它与N、C形成氮化钛及碳化钛质点来达到细化晶粒的目的，从而提高焊缝金属的综合机械性能，本发明中Ti的含量优选为0.10～0.12％。
本发明还提供一种600MPa级屈服强度焊丝用钢盘条的生产方法，其包括：高炉铁水―铁水预处理―转炉顶复吹冶炼—LF钢包炉精炼―小方坯连铸―加热炉加热—高压水除鳞—轧制(粗轧轧制—中轧轧制—精轧轧制)—吐丝—斯太尔摩线延迟冷却—集卷—打捆—成品线材。在生产过程中，如下表1控制非金属夹杂物目标。
表1：非金属夹杂物(级)
Figure GDA0002902214510000031
下面将结合实施例对本发明做进一步详细说明。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同方面。本发明提供了各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
以下以具体实施例详述本发明。实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的公开内容不限于下述的实施例。
下述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。
实施例中进行了三炉(炉1、炉2和炉3)600MPa级屈服强度焊丝用钢盘条的生产，其生产方法包括以下工序：高炉铁水―铁水预处理―转炉顶复吹冶炼—LF钢包炉精炼―小方坯连铸―加热炉加热—高压水除鳞—粗轧轧制—中轧轧制—精轧轧制—吐丝—斯太尔摩线延迟冷却—集卷—打捆—成品线材。
具体为：
1)铁水预处理：铁水中的硫含量≤0.060％；
2)转炉顶复吹冶炼
控制出钢C含量0.02-0.03％，出钢温度1631-1659℃，复吹转炉冶炼，为进一步减少钢中夹杂物含量，造白渣终渣碱度按3.0控制，采用硅锰、低碳锰铁、金属锰、低碳铬铁合金化，终脱氧采用有Al脱氧，加入脱氧剂及合金:低碳锰铁:1300kg钼铁:500kg镍板:1600kg铝铁:100kg低碳铬铁:500kg；使得磷含量≤0.13％，硫含量≤0.06％。下表2示出了三炉次的转炉顶复吹冶炼情况。
表2：铁水状况、脱氧剂及出钢状况
Figure GDA0002902214510000041
3)LF钢包炉精炼：就位温度为1545～1572℃，精炼离位温度1595～1617℃，精炼处理时间28～65min，全程按精炼规程进行吹Ar操作，根据转炉钢水成份及温度进行脱硫、成份微调及升温操作保证。[0]≤30ppm，[N]≤60ppm，[H]≤2.0ppm。采用低铝钛铁增钛，精炼末期采用硅钡线代替硅钙线，减少焊丝中钙元素的的摄入量，减轻对飞溅产生的影响。同时大压力吹氩气搅拌，软吹时间大于10min，增加钢液流动，使夹杂物充分上浮后去除，最终实现钢水脱硫、脱氧。利用LF精炼技术，提高了钢水纯净度，改善焊丝钢钢坯的内在质量。喂丝种类、氩气耗量、软吹时间、软吹流量、上台温度如表3所示。
表3：喂丝种类、软吹时间、软吹流量、上台温度
Figure GDA0002902214510000042
4)小方坯连铸：
实施全保护浇注，大包长水口氩封，开浇前2min开始向中包内充满氩气；大包开浇后向中包内投入碱性覆盖剂，使其迅速覆盖渣面，当渣面全面覆盖钢水后，才能将吹氩管撤出；中间包到结晶器加挂浸入式水口，防止钢水二次氧化，保证夹杂物的含量得到进一步控制。
液相线温度TL＝1511℃，过热度要求不大于35℃，尽量控制在25℃～30℃，采用恒拉速操作，拉速控制在1.9m/min-2.2m/min，连铸坯切割后及时下线缓冷，下铺上盖型，缓冷时间大于36小时，缓冷去氢，减少内部铸坯应力的产生。
5)加热炉加热：预热段时间25min，温度720-740℃，加热1段时间50min，温度935-950℃，加热2段时间55min，温度1210-1230℃，均热段时间30min，温度1245-1260℃。
6)轧制和吐丝
通过降低开轧温度，从1000～1050℃降低至970-990℃，降低吐丝温度，从925～935℃降低到885-925℃，平均降低20℃。使盘条在稍高于相变点的温度下进入保温罩提前进入相变区，辊道速度从0.2m/s降到0.1m/s，延长盘条在保温罩内时间，使焊丝盘条充分发生相变，避免了马氏体异常组织的产生，提高了焊丝的伸长率、断面收缩率等性能。
通过以上工序获得600MPa级屈服强度焊丝用钢盘条，其成品钢化学成分以及力学性能如下表4和表5所示。
表4：成品钢化学成分％
Figure GDA0002902214510000051
表5：成品钢力学性能
Figure GDA0002902214510000052
根据上表5的数据可知，各炉次的600MPa级屈服强度焊丝用钢盘条均具有优异的力学性能，满足：屈服强度≥600MPa，延伸率≥25％，断面收缩率≥70％，并且金相组织均匀，晶粒度11级，没有异常组织产生。图1示出了炉1的600MPa级屈服强度焊丝用钢盘条的500倍金相图，可见金相组织全部为强度很高的粒状贝氏体组织。并且，利用本发明生产的600MPa级屈服强度焊丝用钢盘条生产的高强度焊丝在焊接过程中飞溅少、电弧稳定。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种600MPa级屈服强度焊丝用钢盘条，其特征在于，所述600MPa级屈服强度焊丝用钢盘条以质量百分计的化学成分包括：C：0.06～0.12；Si：0.35～0.45；Mn：1.55～1.70；P≤0.020；S≤0.010；Cr：0.25～0.40；Ni：1.70～1.95；Mo：0.42～0.52；Ti：0.10～0.12；余量为Fe和不可避免的杂质；
所述600MPa级屈服强度焊丝用钢盘条的力学性能满足：屈服强度≥600MPa，延伸率≥25％，断面收缩率≥70％；
所述600MPa级屈服强度焊丝用钢盘条的生产方法包括以下工序：高炉铁水―铁水预处理―转炉顶复吹冶炼—LF钢包炉精炼―小方坯连铸―加热炉加热—高压水除鳞—轧制—吐丝—斯太尔摩线延迟冷却—集卷—打捆—成品线材，其中，所述铁水预处理工序中使得铁水中的硫含量≤0.06％；所述转炉顶复吹冶炼工序中控制出钢C含量0.02-0.03％，出钢温度1631-1659℃，造白渣终渣碱度按3.0控制，采用硅锰、低碳锰铁、金属锰、低碳铬铁合金化，终脱氧采用有Al脱氧，使得磷含量≤0.13％，硫含量≤0.06％；所述LF钢包炉精炼工序中就位温度为1545～1572℃，精炼离位温度1595～1617℃，精炼处理时间28～65min，全程按精炼规程进行吹Ar操作，根据转炉钢水成分 及温度进行脱硫、成分 微调及升温操作保证，[O]≤30ppm，[N]≤60ppm，[H]≤2.0ppm，采用低铝钛铁增钛，精炼末期采用硅钡线代替硅钙线，同时大压力吹氩气搅拌，软吹时间大于10min；所述小方坯连铸工序中过热度控制在25℃～30℃之间，拉速在1.9m/min-2.2m/min之间；所述加热炉加热工序中加热总时间≥2.5小时，其中加热炉预热段温度720-740℃，加热一段温度935-950℃，加热二段温度1210-1230℃，均热段温度：1245-1260℃；所述轧制包括粗轧、中轧和精轧，其中开轧温度控制在970-990℃；所述吐丝的温度为885℃～925℃。
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