专利名称：冶炼大线能量焊接低合金钢的复合添加剂及使用方法
技术领域：
本发明属于低合金钢的冶炼技术领域。尤其涉及一种冶炼大线能量焊接低合金钢 的复合添加剂及使用方法。
背景技术：
近三十年来，为了提高大型工程结构的焊接效率，保证其使用的安全可靠性，焊接 效率高的单面埋弧焊、气电焊、电渣焊等大线能量焊接技术相继被采用，这给传统的低合金 高强度钢带来了新的问题，即焊接粗晶热影响区(HAZ)的强度和韧性变差，且易产生焊接 冷裂纹等缺陷。因此，HAZ韧性的改善成为低合金高强度钢大线能量焊接研究和开发的热 点和重点。大线能量焊接条件下低合金高强度钢(抗拉强度为600 IOOOMPa)的组织转变 行为与控制必须充分综合考虑母材及其焊接热影响区组织的形成过程及其控制方法。因为 大焊接热输入条件下的焊接热影响区组织的粗化、热影响区的软化以及由此而造成的焊接 热影响区的脆化和接头强度的降低是低合金高强度钢焊接中的主要问题。国内外对低合金高强度钢的焊接热影响区组织性能特征、奥氏体晶粒长大动力学 等方面进行了大量的研究与探索，研究和设计出新的大线能量焊接条件下高强度钢及其制 造方法。如大线能量低焊接裂纹敏感性系列钢及其生产方法”(ZL 02115877.0)、“高性能 耐火耐候建筑用钢及其生产方法”(ZL 01133562. 9)、“大线能量焊接非调质高韧性低温钢 及其生产方法”(ZL 01128316. 5)、大线能量焊接高韧性抗锌液腐蚀用钢及其生产方法(ZL 01128476. 5)、“一种可大线能量焊接的厚钢板及制造方法”(CN 200510023216. 0)、“大线能 量焊接水电站压力管用钢及其生产方法”(CN 200510019165. 4)、“可大线能量焊接的超高 强度厚钢板及其制造方法”(ZL 200410017255. 5)、如“大线能量低焊接裂纹敏感性系列钢 及其生产方法”(ZL02115877. 0)等专利技术，但存在如下问题1)焊接线能量低，一般为50 150kJ/cm ；2)对氧的含量未作出明确的规定，难以 提高产品质量和焊接线能量；3) Si含量较高，因较高含量的Si会促进M/A的形成，降低HAZ 的韧性；4)含有昂贵金属钒，使产品的成本提高；5)有的采用调质工艺生产，因而生产过程 复杂、环节多、生产成本高，由于采用调质工艺生产，含碳量一般来讲比非调质工艺要高，不 利于抗更大的线能量焊接和实现控制轧制和控制冷却以及机械热处理工艺(TMCP) ；6)钢 中含有稀土元素，稀土元素为非常活泼的元素，不容易控制，而且容易污染钢水，不利于产 品质量的提高；7)以上冶炼方法工艺过程复杂、时间长、不容易命中钢中的目标成分Si、Ti 和ττ。
发明内容
本发明旨在克服已有技术缺陷，目的是提供一种成本低廉、化学成分和工艺过程 简单的冶炼大线能量焊接低合金钢的复合添加剂及使用方法，所制备的复合添加剂成分命
中率高。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是该复合添加剂的化学成分及其含量 是Si 为 40 75wt%，Ca 为 5 15wt%，Ti 为 10 25wt%，Zr 为 5 25wt%，其余为 Fe 及不可避免的杂质；该复合添加剂的制备方法是按上述化学成分及其含量，以Si-Ca合金 为基础，分别加入Ti、Zr，经真空感应炉熔炼并浇铸而成。其中Ti是以Ti磁铁矿高炉渣为原料经提炼而成的Ti合金；&为海绵金属Ir或 为合金或为金属&。冶炼大线能量焊接低合金钢的复合添加剂的使用方法是采用转炉或者电弧炉将 铁水、或废钢、或铁水与废钢经炼钢后进行精炼和调整钢水成分，在加入复合添加剂前保持 钢水中的自由氧含量为10 200ppm，用复合添加剂进行脱氧与复合合金化，复合添加剂以 块状合金或者包芯线的形式加入钢水，复合添加剂的加入量为每吨钢0. 5 5kg，然后按常 规工艺进行连铸和热轧。由于采用上述技术方案，本发明以Si、Ca、Ti和ττ为主要组分，经真空感应炉熔 炼并浇铸而成，故成本低廉、化学成分和工艺过程简单。本发明所制备的复合添加剂有利于 形成针状铁素体形核的氧化物，多个元素按目标成分做成复合添加剂，一次性达到脱氧与 合金化的目的。具有工艺过程简单、时间短、易于命中Si、Ti、&的目标成分的特点。本发 明制备的复合添加剂用于脱氧与复合合金化，所冶炼的大线能量焊接低合金钢的抗拉强度 为600 lOOOMPa，在150 400kJ/cm的线能量下进行焊接，焊接后可不进行热处理，焊接 HAZ的冲击功不低于母材冲击功的2/3。因此，用本发明制备的复合添加剂用于冶炼的大线能量焊接低合金高强度钢，轧 制钢板的焊接质量高、裂纹敏感性低、抗拉强度高。可有效降低焊接施工强度，提高焊接质 量，减少制造成本，节约资源和能源。因而适合埋弧焊、气保焊、气电焊、电渣焊的各种大线 能量焊接。
具体实施例方式下面结合具体实施方式
对本发明作进一步描述，并非对其保护范围的限制。为避免重复，先将具体实施方式
中所加入的Ti和ττ分别描述如下，实施例中不再 赘述Ti是以Ti磁铁矿高炉渣为原料经提炼而成的Ti合金；&为海绵金属ττ或为 合金或为金属&。实施例1一种冶炼大线能量焊接低合金钢的复合添加剂及使用方法。该复合添加剂的化学 成分及其含量是Si为40 55wt%，Ca为10 15wt%，Ti为15 25wt%，Zr为15 25wt%，其余为Fe及不可避免的杂质。该复合添加剂的制备方法是按上述组分，以Si-Ca合金为基础，分别加入Ti和 Zr，经真空感应炉熔炼并浇铸而成。本实施例制备的复合添加剂的使用方法是采用转炉将铁水经炼钢后进行精炼 和调整钢水成分，在加入脱氧剂前保持钢水中的自由氧含量为10 80ppm，用脱氧剂进行 脱氧与复合合金化，脱氧剂以块状合金的形式加入钢水，脱氧剂的加入量为每吨钢0. 5 1. 5kg，然后按常规工艺进行连铸和热轧。本实施例的连铸铸坯的化学成分及其含量是C为0. 03 0. 07wt%,Si为0. 1 0. 3wt%,Mn 为 1. 5 2. 5wt%,Ni 为 0. 2 0. 6wt%,Cu 为 0. 6 1. Owt%,Als 为 0. 02 0. 06wt%, Nb 为 0. 03 0. 07wt%, Ti 为 0. 01 0. 05wt%, Ca 为 0. 001 0. 003wt%, Mg 为 0. 001 0. 003wt%，Ba*0. 001 0. 003wt%，N 为 0. 006 0. 010wt%，B 为 0. 001 0. 002wt%,P < 0. 008wt%, S < 0. 007wt%，其余为Fe及不可避免的杂质。铸坯的厚度为 210 250mm。热轧工艺是铸坯加热至1150 1250°C，均热2 3小时进行热轧，轧制为40 60mm厚的钢板；轧后控制弛豫10 15s，然后以5 15°C /s的冷却速度进行在线冷却。所轧制钢板的抗拉强度为600 750MPa，可在150 200kJ/cm的线能量下进行焊 接，焊接后不需进行热处理，焊接HAZ的冲击功不低于母材冲击功的2/3。实施例2一种冶炼大线能量焊接低合金钢的复合添加剂及使用方法。该复合添加剂的化 学成分及其含量是Si为50 65wt%，Ca为8 13wt%，Ti为12 22wt%，Zr为10 22wt%，其余为Fe及不可避免的杂质。该复合添加剂的制备方法是按上述成分，以Si-Ca合金为基础，分别加入Ti、Zr， 经真空感应炉熔炼并浇铸而成。本实施例制备的复合添加剂的使用方法是采用电弧炉将废钢经炼钢后进行精炼 和调整钢水成分，在加入脱氧剂前保持钢水中的自由氧含量为120 200ppm，用脱氧剂进 行脱氧与复合合金化，脱氧剂以块状合金或者包芯线的形式加入钢水，脱氧剂的加入量为 每吨钢3 5kg，然后按常规工艺进行连铸和热轧。本实施例的连铸铸坯化学成分及其含量是C为0. 04 0. 08wt %，Si为0. 2 0. 5wt %，Mn 为 2 3wt %，Ni 为 0. 3 0. 7wt %, Cu 为 0. 8 1. 2wt %，Als 为 0. 03 0. 06wt%, Nb 为 0. 02 0. 06wt%, Ti 为 0. 01 0. 05wt%, Ca 为 0. 001 0. 003wt%, Mg 为 0. 001 0. 003wt%, Ba 为 0. 001 0. 003wt%，N 为 0. 004 0. 008wt%，B 为 0. 001 0. 003wt%, P < 0. Olwt%, S < 0. 007wt%，其余为Fe及不可避免的杂质。铸坯的厚度为 210 250mm。热轧工艺是先将铸坯加热至1200 1300°C，均热1. 5 2. 5小时，再进行热轧， 轧制为30 50mm厚的钢板；轧后控制弛豫12 20s，然后以10 15°C /s的冷却速度在 线冷却即可。所轧制钢板的抗拉强度为700 850MPa，可在250 400kJ/cm的线能量下进行焊 接，焊接后不需进行热处理，焊接HAZ的冲击功不低于母材冲击功的2/3。实施例3一种冶炼大线能量焊接低合金钢的复合添加剂及使用方法。该复合添加剂的化 学成分及其含量是Si为60 75wt%，Ca为5 10wt%，Ti为10 20wt%，Zr为5 15wt%，其余为Fe及不可避免的杂质。该复合添加剂的制备方法是按上述组分，以Si-Ca 合金为基础，加入Ti和&，经真空感应炉熔炼并浇铸而成。本实施例制备的复合添加剂的使用方法是采用转炉或者电弧炉将铁水与废钢 经炼钢后进行精炼和调整钢水成分，在加入脱氧剂前保持钢水中的自由氧含量为60 120ppm，用脱氧剂进行脱氧与复合合金化，脱氧剂以块状合金或者包芯线的形式加入钢水， 脱氧剂的加入量为每吨钢1 3kg，然后按常规工艺进行连铸和热轧。
本实施例的连铸铸坯化学成分及其含量是C为0. 02 0. 06wt%, Si为0. 1 0. 3wt%,Mn 为 1. 8 3. 0wt%,Ni 为 0. 4 0. 8wt%,Cu 为 1. 1 1. 5wt%,Als 为 0. 01 0. 05wt%, Nb 为 0. 02 0. 06wt%, Ti 为 0. 01 0. 05wt%, Ca 为 0. 001 0. 003wt%, Mg 为 0. 001 0. 003wt%,Ba 为 0. 001 0. 003wt%，N 为 0. 006 0. 010wt%，B 为 0. 0016 0. 0020wt%,P < 0. 009wt%,S < 0. OlOwt%，其余为Fe及不可避免的杂质。铸坯的厚度为 210 250mm。热轧工艺是铸坯加热至1200 1300°C，均热1. 5 2. 5小时，进行热轧，轧制为 60 80mm厚的钢板，然后以15 25°C /s的冷却速度进行在线冷却即可。所轧制钢板的抗拉强度为850 lOOOMPa，可在200 300kJ/cm的线能量下进行 焊接，焊接后不需进行热处理，焊接HAZ的冲击功不低于母材冲击功的2/3。本具体实施方式
以Si、Ca、Ti和&为主要组分，经真空感应炉熔炼并浇铸而成，故 成本低廉、化学成分和工艺过程简单。所制备的复合添加剂有利于形成针状铁素体形核的 氧化物，多个元素按目标成分做成复合添加剂，一次性达到脱氧与合金化的目的。具有工艺 过程简单、时间短、易于命中Si、Ti、&的目标成分的特点。用该复合添加剂脱氧与复合合 金化，所冶炼的大线能量焊接低合金钢的抗拉强度为600 lOOOMPa，在150 400kJ/cm的 线能量下进行焊接，焊接后可不进行热处理，焊接HAZ的冲击功不低于母材冲击功的2/3。因此，本具体实施方式
具有成本低廉、化学成分和工艺过程简单的特点，所制备的 复合添加剂成分命中率高。轧制钢板的焊接质量高、裂纹敏感性低、抗拉强度高。因而适合 埋弧焊、气保焊、气电焊、电渣焊的各种大线能量焊接。
权利要求
一种冶炼大线能量焊接低合金钢的复合添加剂，其特征在于该添加剂的化学成分及其含量是Si为40～75wt％，Ca为5～15wt％，Ti为10～25wt％，Zr为5～25wt％，其余为Fe及不可避免的杂质；该添加剂的制备方法是按上述化学成分及其含量，以Si Ca合金为基础，分别加入Ti和Zr，经真空感应炉熔炼并浇铸而成。
2.根据权利要求1所述的冶炼大线能量焊接低合金钢的复合添加剂，其特征在于所述 的Ti是以Ti磁铁矿高炉渣为原料经提炼而成的Ti合金。
3.根据权利要求1所述的冶炼大线能量焊接低合金钢的复合添加剂，其特征在于所述 的rLx为海绵金属rLx或为合金或为金属&。
4.如权利要求1 3所述的冶炼大线能量焊接低合金钢的复合添加剂的使用方法，其 特征在于采用转炉或者电弧炉将铁水、或废钢、或铁水与废钢经炼钢后进行精炼和调整钢 水成分，在加入复合添加剂前保持钢水中的自由氧含量为10 200ppm，用复合添加剂进行 脱氧与复合合金化，复合添加剂以块状合金或者包芯线的形式加入钢水，复合添加剂的加 入量为每吨钢0. 5 5kg，然后按常规工艺进行连铸和热轧。
全文摘要
本发明涉及一种冶炼大线能量焊接低合金钢的复合添加剂及使用方法。该复合添加剂的化学成分及其含量是Si为40～75wt％，Ca为5～15wt％，Ti为10～25wt％，Zr为5～25wt％，其余为Fe及不可避免的杂质；该添加剂的制备方法是按上述化学成分及其含量，以Si-Ca合金为基础，分别加入Ti和Zr，经真空感应炉熔炼并浇铸而成。所制备的复合添加剂的使用方法是在加入复合添加剂前保持钢水中的自由氧含量为10～200ppm，用复合添加剂进行脱氧与复合合金化，复合添加剂的加入量为每吨钢0.5～5kg，然后按常规工艺进行连铸和热轧。本发明具有成本低廉、化学成分和工艺过程简单的特点，所制备的复合添加剂成分命中率高。
文档编号C22C33/06GK101985719SQ20101052864
公开日2011年3月16日 申请日期2010年11月1日 优先权日2010年11月1日
发明者万响亮, 吴开明, 孟令东, 尹雨群, 张莉芹, 朱宁, 王红鸿, 耿建林, 赵晋斌, 魏然, 黄刚 申请人:武汉科技大学;南京钢铁股份有限公司