专利名称：一种复合微合金化焊丝用钢及其制备方法
技术领域：
本发明属于钢铁材料领域，特别涉及到一种采用多种合金元素复合合金化的焊丝用钢。
背景技术：
高钛合金焊丝是目前气体保护焊的主要材料，这类钢一般要求Ti的控制范围为0.10%-
0.25%内，目前这类钢种主要存在两个问题:一是高钛合金焊丝钢在连铸时钛容易氧化、氮化以Ti02、TiN颗粒形式进入保护渣引起保护渣性能恶化，导致连铸坯质量问题；二是焊接时合金元素在CO2气氛下也存在氧化，如果合金量不足，脱氧不充分，将导致焊缝中产生气孔，特别是熔滴不均匀导致焊接电流波动大、熔滴粗细不均匀，影响焊接质量，因此，目前高钛合金焊丝钢中钛合金元素一般都控制在0.12%以下，这导致钢中钛元素含量不足，焊接使用过程中钛元素的细晶、细化焊滴、稳定焊接电流的作用减弱；现有技术中也有将钛含量控制在较高水平的技术，主要集中在全保护浇铸、优化保护渣性能以及焊接气氛控制、焊接保护渣控制等方面，这 方面的技术可以作为钛含量超标后的补救措施；目前，需要从材料自身的问题出发，研究开发一种新的钢种，引入多种与Ti元素起相同或近似作用的元素进行复合微合金化，即发挥这些微合金化元素在焊接时细晶、细化焊滴、稳定电流、提高焊缝质量等方面的作用，又将钛含量降低到一定含量范围，减少因钛含量高导致的钢的连铸过程和焊接过程中控制钛元素的氧化、氮化问题；现有技术针对高钛焊丝钢连铸过程控制钛元素的氧化主要是通过连铸保护浇铸实现的，但钢中熔解的氧和氮，对钢中钛的氧化和氮化问题无法通过连铸保护浇铸解决；控制焊接过程合金元素氧化的问题，主要是通过气体保护焊接，但目前多采用CO2气氛保护，仍存在钛合金元素被CO2氧化及焊接过程二次氮化的问题；因此，目前需要从高钛合金焊丝材料本身出发，通过复合微合金化，降低钛合金元素含量，即开发一种多种合金元素复合微合金化的新材料。
发明内容
本发明的目的是提供一种复合微合金化焊丝用钢新材料，即在现有高钛合金钢的基础上引入多种与Ti元素起相同或近似作用的元素进行复合微合金化，降低钛元素含量，从而减少和控制钢在连铸及焊接使用过程中由于钛元素的氧化、氮化导致的各种问题。本发明的目的是通过下列技术方案来实现的:
一种复合微合金化焊丝用钢，其特征在于钢的化学成分为(重量百分比):0.06% ≤ C ≤ 0.15%, 0.81% ≤ Si ≤ 1.15%, 1.40% ≤ Mn ≤ 1.85%, 0.08% ≤ Ni ≤ 0.15%,0.05% ≤ Cr≤ 0.15%, 0.05% ≤ Mo ≤ 0.15%, 0.008% ≤ Ti ≤ 0.012%, 0.006% ≤ V ≤ 0.030%,0.015% ≤ Nb ≤ 0.025%, 0.0005% ≤ B ≤ 0.0030%, S ≤ 0.025%, P ≤ 0.025%, O ≤ 0.005%,余量为Fe。本发明的复合微合金化焊丝钢盘条的生产过程的特征为:采用转炉一钢包底吹Μ,一LF精炼一全保护连铸一热轧一STELMOR冷却制备流程,具体步骤特征为:
a)氧气转炉炼钢:出钢温度目标为1650-1680°C ;转炉冶炼终点成分质量百分数控制为:C 0.05%-0.06%, P彡0.010%, S彡0.020%，余量为铁；转炉冶炼终点炉渣的二元碱度控制在3.5-4.0，渣中FeO低于10% ;转炉出钢过程向钢包中加入硅铁和锰铁进行预脱氧和硅锰元素合金化，向钢包中加入渣重量5-8%的石灰提高渣碱度进行回硫、回磷控制，钢包的目标成分质量百分数为:C 0.05%-0.07%, Si 0.81%-L 15%, Mn 1.40%-1.85%, S 彡 0.020%,P彡0.020%，余量为铁。b)钢包吹氩:转炉出钢过程中对钢包进行底吹氩，吹氩压力控制在0.4-0.8MPa,压力调节以钢包液面“裸眼”直径在100mm-150mm范围为目标。c) LF精炼:双工位LF炉精炼，钢包到位后吹氩，吹氩压力控制在0.5-0.8MPa，压力调节以钢包液面“裸眼”直径140mm-150mm在范围内为目标；采用电石还原钢包渣，白渣保持时间25-30分钟；加入电石、白渣保持10分钟后依次加入镍铁、铬铁、钥铁、钒铁、铌铁、钛铁和硼铁，调整合金元素含量到目标范围:0.08%≤Ni≤0.15%,0.05%≤Cr≤0.15%，0.05% ≤ Mo ≤ 0.15%, 0.006% ≤ V ≤ 0.030%, 0.015% ≤ Nb ≤0.025%, 0.008% ≤ Ti ≤ 0.012%,0.0005% ≤ B ≤0.0030%, S ≤ 0.025%, P ≤ 0.025%, O ≤ 0.005% ；LF 精炼结束前 5 分钟，采用软吹氩，吹氩压力控制在0.4-0.5MPa，压力调节以钢包液面“裸眼”直径40mm-50mm为目标。 d)连铸过程:实现全保护浇铸，包括:大包长水口氩封保护浇铸，中间包采用低碳碱性覆盖剂覆盖，结晶器采用浸入式水口，结晶器内采用保护渣；浇铸过程中间包钢水过热度控制在25-30°C。e)热轧过程:加热炉出炉温度1000-1050°C，初轧温度930_960°C，精轧入口温度900-9200C，精轧出口温度 1000-1040°C，吐丝温度 830_850°C。f) STELMOR 冷却。本发明与现有的高钛合金焊丝用钢相比，通过引入V、Nb、B、Cr、Mo等合金元素进行复合微合金化，降低Ti元素的加入量，V、Nb、Mo元素与钛一样起到细化晶粒提高韧性的作用，Cr和B可以减少氮化钛的析出，另外，这些元素的加入降低了钢种氧、氮含量，特别是这些元素在连铸坯凝固及焊层凝固过程中，形成微纳米级别的氮化物，且这些元素析出时机不同，这些元素的氮化物不会相互融合长大，从而起到细晶和焊接液滴细密化的作用，而钛的含量降低到0.008%-0.012%,消除了含钛合金钢在连铸和焊接使用过程因为过量Ti氧化、氮化出现的问题；另外，微合金化元素的含量低，替代了传统高钛合金焊丝钢中大量的T1、N1、Mo等合金元素，降低了钢的生产成本。与现有技术相比较，采用本发明的优点如下:
I)本发明提出采用Nb、V、B、T1、Cr等进行复合微合金化，这些元素均具有形成氮化物、细化晶粒和脱氧作用，替代高钛合金钢中大量的钛元素，即发挥了这些微合金化元素在焊接时细晶、细化焊滴、稳定电流、提高焊缝质量等方面的作用，又将钛含量降低到一定含量范围，从根本上解决了因钛含量高导致的钢的连铸过程和焊接过程中钛元素过量氧化、氮化导致的质量问题。2)本发明提出的多元素复合微合金化的合金消耗总量比使用单一的Ti合金化生产高钛合金焊丝钢要少，特别是合金化前充分脱氧、合金化后全保护浇铸，控制了合金元素的氧化，降低了生产成本。3)本发明提出的多元素复合微合金化钢的制备方法中不用铝脱氧，钢液不经钙处理，不仅节约了成本，而且钢种无大尺寸的氧化铝、铝酸钙夹杂物，这些大尺寸夹杂物恰恰是导致焊接时钢液飞溅的重要因素，因此本发明的复合合金化焊丝钢焊接时电流平稳，金属飞溅少。
具体实施例方式以下结合实施例对本发明作进一步的阐述；实施例仅用于说明本发明，而不是以任何方式来限制本发明。实施实例I
采用100吨转炉冶炼，废钢加入量10%，冶炼终点成分质量为:C 0.05%, P 0.008%, S0.020%,出钢前倒渣取渣样分析，冶炼终渣的二元碱度为3.6，渣中FeO 9.5%，转炉出钢温度为1650°C ;钢包内钢水约30吨时，向钢包中加入硅铁、锰铁进行预脱氧和硅锰合金化，力口合金的同时向钢包内加入150kg石灰提高钢包渣的碱度进行回硫、回磷控制(按100吨钢包内洛重量约2吨计算石灰的加入量,石灰加入量为钢包内洛重量的7.5%),出钢后在钢包取样分析成分为:C 0.06%, Si 0.91%%，Mn 1.45%, S 0.018%, P 0.010% ;出钢后进入吹氩站吹氩排渣，吹氩压力控制在0.5MPa，钢包液面“裸眼”直径140mm，吹氩5分钟后钢包进入双工位LF炉精炼，钢包到位后继续先吹氩，吹氩压力控制在0.6MPa，钢包液面“裸眼”直径145mm ;向钢包内加入电石，对钢包渣彻底还原造白渣，白渣保持时间30分钟；加入电石、白渣保持10分钟后依次加入镍铁、铬铁、钥铁、钒铁、铌铁、钛铁和硼铁，调整合金元素含量到目标范围:Ni 0.15%, Cr 0.15%, Mo 0.15%, V 0.030%, Nb 0.015%, Ti 0.008%, B 0.0005%,有害杂质元素S 0.016%, P 0.020%, O 0.005% ；LF精炼结束前5分钟，采用软吹氩，吹氩压力控制在0.4MPa，压力调节以钢包液面“裸眼”直径45mm为目标；精炼结束进入到连铸工序，连铸中间包容量45t，采用大包长水口氩封保护、中间包采用低碳碱性覆盖剂、结晶器采用浸入式水口、结晶器采用低碳保护渣等措施实现无增碳全保护浇铸，铸坯尺寸为150mm方坯，拉坯速度2.4m/min·，浇铸过程中间包钢水过热度控制在25_30°C，即中间包钢液温度在1530-1540温度范围，连铸方坯通过热送热装进入加热炉，加热炉出炉温度1020°C，初轧温度940°C，精轧入口温度910°C，精轧出口温度1020°C，吐丝温度830°C，然后经斯太尔摩冷却得到盘条，取最终产品进行光谱成分分析:C 0.06%, Si 0.81%, Mn 1.40%, Ni 0.15%, Cr0.15%, Mo 0.15%, V 0.030%, Nb 0.015%, Ti 0.008%, B 0.0005%，有害杂质元素 S 0.016%, P
0.020%,O 0.005%。实践证明:本发明的多元复合微合金化钢在连铸过程中保护渣使用量正常，没有结壳、结鱼等变性现象，连铸坯表面无积渣、渣坑等质量问题，证明在连铸过程中Ti的氧化、氮化问题被控制，合金焊丝在使用时熔滴细小，电流波动小，焊层无气孔，证明合金焊丝焊接时无氧化、氮化问题出现，相比目前的高钛合金钢而言，克服了连铸过程和焊接使用过程过量Ti元素大量氧化、氮化导致的一系列问题。实施实例2
采用200吨转炉冶炼，铁水装入量178吨，废钢装入量23吨，冶炼终点成分质量为:C 0.06%, P 0.009%, S 0.018%，出钢前倒渣取渣样分析，冶炼终渣的二元碱度为3.8，渣中FeO 9.5%，转炉出钢温度为1660°C，钢包内钢水60吨时，向钢包中加入硅铁、锰铁进行预脱氧和硅锰合金化，加合金的同时向钢包内加入200kg石灰提高钢包渣的碱度进行回硫、回磷控制，(按200吨钢包内洛重量约3吨计算石灰的加入量,石灰加入量为钢包内洛重量的6.7%);出钢后在钢包取样分析成分为:C 0.07%, Si 0.95%%, Mn 1.75%, S 0.016%,P 0.012% ;出钢后进入吹氩站吹氩排渣，吹氩压力控制在0.8MPa，钢包液面“裸眼”直径140mm,吹氩5分钟后钢包进入双工位LF炉精炼，钢包到位后继续先吹氩，吹氩压力控制在0.7MPa，钢包液面“裸眼”直径145mm ;向钢包内加入电石，对钢包渣彻底还原造白洛，白渣保持时间30分钟；加入电石、白渣保持10分钟后依次加入镍铁、铬铁、钥铁、钒铁、铌铁、钛铁和硼铁，调整合金元素含量到目标范围=Ni 0.10%, Cr 0.10%, Mo 0.10%, V 0.020%, Nb
0.020%, Ti 0.010%, B 0.0008%,有害杂质元素 S 0.016%, P 0.018%, O 0.005% ；LF 精炼结束前5分钟，采用软吹氩，吹氩压力控制在0.5MPa，压力调节以钢包液面“裸眼”直径50mm为目标；精炼结束进入到连铸工序，连铸中间包容量45t，采用大包长水口氩封保护、中间包采用低碳碱性覆盖剂、结晶器采用浸入式水口、结晶器采用低碳保护渣等措施实现无增碳全保护烧铸，铸还尺寸为160_方还,拉还速度2.35m/min,烧铸过程中间包钢水过热度控制在30°C，即中间包钢液温度在15420C，连铸方坯通过热送热装进入加热炉，加热炉出炉温度1050°C，初轧温度950°C，精轧入口温度915°C，精轧出口温度1030°C，吐丝温度845°C，然后经斯太尔摩冷却得到盘条，取最终产品进行光谱成分分析:C 0.07%, Si 0.95%%，Mn
1.75%, Ni 0.10%, Cr 0.10%, Mo 0.10%, V 0.020%, Nb 0.020%, Ti 0.010%, B 0.0008%, S
0.016%, P 0.018%, O 0.005%。实 践证明:本发明的多元复合微合金化钢在连铸过程中保护渣使用量正常，没有结壳、结鱼等变性现象，连铸坯表面无积渣、渣坑等质量问题，证明在连铸过程中Ti的氧化、氮化问题被控制，合金焊丝在使用时熔滴细小，电流波动小，焊层无气孔，证明合金焊丝焊接时无氧化、氮化问题出现，相比目前的高钛合金钢而言，克服了连铸过程和焊接使用过程过量Ti元素大量氧化、氮化导致的一系列问题。实施实例3
采用250吨转炉冶炼，铁水装入量225吨，废钢装入量27吨，冶炼终点成分质量为:C
0.06%，P 0.009%, S 0.018%,出钢前倒渣取渣样分析，冶炼终渣的二元碱度为4.0，渣中FeO9%，转炉出钢温度为1680°C，出钢过程中向钢包中加入硅铁、锰铁进行预脱氧和硅锰合金化，加合金的同时向钢包内加入260kg石灰提高钢包渣的碱度进行回硫、回磷控制(按250吨钢包内洛重量约3.4吨计算石灰的加入量,石灰加入量为钢包内洛重量的7%),出钢后在钢包取样分析成分为:C 0.06%, Si 0.95%%, Mn 1.75%, S 0.016%, P 0.012% ;出钢后进入吹氩站吹氩排渣，吹氩压力控制在0.8MPa，钢包液面“裸眼”直径145_，吹氩5分钟后钢包进入双工位LF炉精炼，钢包到位后继续先吹氩，吹氩压力控制在0.8MPa，钢包液面“裸眼”直径145mm;向钢包内加入电石，对钢包渣彻底还原造白渣，白渣保持时间30分钟；加入电石、白渣保持10分钟后依次加入镍铁、铬铁、钥铁、钒铁、铌铁、钛铁和硼铁，调整合金元素含量到目标范围:Ni 0.08%, Cr 0.05%,Mo 0.05%, V 0.006%, Nb 0.015%, Ti 0.008%, B 0.0030%,有害杂质元素S 0.016%, P 0.018%, O 0.005% ；LF精炼结束前5分钟，采用软吹氩，吹氩压力控制在0.5MPa，压力调节以钢包液面“裸眼”直径50mm为目标；精炼结束进入到连铸工序，连铸中间包容量45t，采用大包长水口氩封保护、中间包采用低碳碱性覆盖剂、结晶器采用浸入式水口、结晶器采用低碳保护渣等措施实现无增碳全保护浇铸，铸坯尺寸为160mm方坯，拉坯速度2.35m/min，浇铸过程中间包钢水过热度控制在28 °C，即中间包钢液温度在15430C，连铸方坯通过热送热装进入加热炉，加热炉出炉温度1000°C，初轧温度930°C，精轧入口温度900°C，精轧出口温度1000°C，吐丝温度830°C，然后经斯太尔摩冷却得到盘条，取最终产品进行光谱成分分析:C 0.06%, Si 0.95%%, Mn 1.75%, Ni 0.08%, Cr 0.05%, Mo0.05%, V 0.006%, Nb 0.015%, Ti 0.008%, B 0.0030%, S 0.016%, P 0.018%, O 0.005% ;盘条经5道次拉拔制成合金焊丝。实践证明:本发明的多元复合微合金化钢在连铸过程中保护渣使用量正常，没有结壳、结鱼等变性现象，连铸坯表面无积渣、渣坑等质量问题，证明在连铸过程中Ti的氧化、氮化问题被控制，合金焊丝在使用时熔滴细小，电流波动小，焊层无气孔，证明合金焊丝焊接时无氧化、氮化问题出现，相比目前的高钛合金钢而言，克服了连铸过程和焊接使用过程过量Ti元素大量氧化、 氮化导致的一系列问题。
权利要求
1. 一种复合微合金化焊丝用钢，其特征在于钢的化学成分为(重量百分比): 0. 06% ≤ C ≤ 0. 15%, 0. 81% ≤ Si ≤ 1. 15%, 1. 40% ≤ Mn ≤1. 85%, 0. 08% ≤ Ni ≤0. 15%, 0. 05% ^ Cr ^ 0. 15%, 0. 05% ≤Mo ≤ 0. 15%, 0. 008% ≤ Ti ≤ 0. 012%, 0. 006% ≤ V ≤ 0. 030%, 0. 015% ≤ Nb ≤0. 025%, 0. 0005% ≤ B≤ 0. 0030%, S ≤ 0. 025%, P ≤ 0. 025%, 0≤ 0. 005%,余量为Fe。
2.如权利要求1所述的一种复合微合金化焊丝用钢的制备方法，其特征在于包括如下步骤: a)氧气转炉炼钢:出钢温度目标为1650-1680°C;转炉冶炼终点成分质量百分数控制为:C 0.05%-0.06%, P≤0.010%, S≤0.020%，余量为铁；转炉冶炼终点炉渣的二元碱度控制在3.5-4.0，渣中FeO低于10% ;转炉出钢过程向钢包中加入硅铁和锰铁进行预脱氧和硅锰元素合金化，向钢包中加入渣重量5-8%的石灰提高渣碱度进行回硫、回磷控制，钢包的目标成分质量百分数为:C 0.05%-0.07%, Si 0.81%-L 15%, Mn 1.40%-1.85%, S ≤0.020%,P≤0.020%，余量为铁； b)钢包吹氩:转炉出钢过程中对钢包进行底吹氩，吹氩压力控制在0.4-0.8MPa，压力调节以钢包液面“裸眼”直径在100mm-150mm范围为目标； c) LF精炼:双工位LF炉精炼，钢包到位后吹氩，吹氩压力控制在0.5-0.8MPa，压力调节以钢包液面“裸眼”直径140mm-150mm在范围内为目标；采用电石还原钢包渣，白渣保持时间25-30分钟；加入电石、白渣保持10分钟后依次加入镍铁、铬铁、钥铁、钒铁、铌铁、钛铁和硼铁，调整合金元素含量到目标范围:0.08%≤Ni≤0.15%,0.05%≤Cr≤0.15%， .0.05% ≤ Mo ≤ 0.15%, 0.006% ≤ 0.030%, 0.015% ≤ Nb ≤ 0.025%, 0.008% ≤ Ti ≤ 0.012%, .0.0005% ^ B ^ 0.0030%, S ≤ 0.025%, P ≤0.025%, O ≤ 0.005% ；LF 精炼结束前 5 分钟，采用软吹氩，吹氩压力控制在0.4-0.5MPa，压力调节以钢包液面“裸眼”直径40mm-50mm为目标； d)连铸过程:实现全保护浇铸，包括:大包长水口氩封保护浇铸，中间包采用低碳碱性覆盖剂覆盖，结晶器采用浸入式水口，结晶器内采用保护渣；浇铸过程中间包钢水过热度控制在 25-30 0C ； e)热轧过程:加热炉出炉温度1000-1050°C，初轧温度930-960 °C，精轧入口温度. 900-920°C，精轧出口温度 1000-1040°C，吐丝温度 830-850°C ；f)STELM0R 冷却。
全文摘要
本发明提供一种复合微合金化焊丝用钢及其制备方法，其特征在于钢的化学成分为(重量百分比)0.06%≤C≤0.15%，0.81%≤Si≤1.15%，1.40%≤Mn≤1.85%，0.08%≤Ni≤0.15%，0.05%≤Cr≤0.15%，0.05%≤Mo≤0.15%，0.008%≤Ti≤0.012%，0.006%≤V≤0.030%，0.015%≤Nb≤0.025%，0.0005%≤B≤0.0030%，S≤0.025%，P≤0.025%，O≤0.005%，余量为Fe；采用转炉—钢包底吹氩—LF精炼—全保护连铸—热轧—STELMOR冷却制备流程。本发明的复合合金化不仅有利于细化熔滴、稳定电流，提高焊缝质量，而且有助于提高焊缝强度。
文档编号C22C33/06GK103255354SQ20131021428
公开日2013年8月21日 申请日期2013年6月3日 优先权日2013年6月3日
发明者王宏明, 李桂荣, 赵玉涛 申请人:江苏大学