專利名稱：一種150～300mm厚低合金高強(qiáng)度鋼板制造工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，涉及一種利用普通連鑄板坯生產(chǎn)150 300mm厚低合金高強(qiáng)度鋼板制造工藝方法。
背景技術(shù)：
150 300mm低合金高強(qiáng)度鋼板廣泛應(yīng)用于重型機(jī)械制造、高層建筑、橋梁、電力等國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域。產(chǎn)品要求較高的強(qiáng)度，良好的塑韌性及內(nèi)部質(zhì)量。受連鑄坯料厚度的限制，國(guó)內(nèi)用連鑄坯生產(chǎn)保探傷保性能特厚鋼板一般最厚到150mm，150mm以上鋼板一般采用模鑄鋼錠、電渣錠等形式，生產(chǎn)過程存在成材率低，能耗高，生產(chǎn)效率低等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明突破普通連鑄坯坯料厚度限制，提供一種利用現(xiàn)有連鑄板坯生產(chǎn)保探傷保性能150mm以上厚度低合金高強(qiáng)度鋼板生產(chǎn)工藝方法，可實(shí)現(xiàn)最大厚度300mm保探傷保性能鋼板的生產(chǎn)。本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種150 300mm厚低合金高強(qiáng)度鋼板制造工藝方法，其特征是，(I)以兩塊以上(包括兩塊)的四周相同尺寸(即長(zhǎng)度、寬度相等，厚度可以不同)的連鑄板坯為原料，所用連鑄板坯包含如下化學(xué)成分(質(zhì)量百分比，wt%) C0. 14 0. 20%，SiO. 20 0. 50%, Mnl. 10 I. 60%, S 彡 0. 010%，微合金化元素(Nb+V+Ti ) ( 0. 20% ；(2)對(duì)所有連鑄板坯的三條邊通過火焰切割或刨、銑等形式加工坡口，坡口深度10-40mm，坡口角度15-35° ;將連鑄板坯疊放在一起，旋轉(zhuǎn)90°豎直放置，并組齊對(duì)正，然后采用氣體保護(hù)焊的焊接方式，對(duì)連鑄板坯有坡口的三個(gè)面上的邊縫進(jìn)行打底焊接，再采用埋弧自動(dòng)焊進(jìn)行填充及蓋面焊接，最后將剩余面上的邊縫在高真空下進(jìn)行真空電子束進(jìn)行焊接，組焊成大厚度坯料；或者不開坡口，將連鑄板坯疊放在一起，并旋轉(zhuǎn)90°豎直放置，并組齊對(duì)正，然后全部采用真空電子束焊接的方式將4個(gè)面焊接成大厚度坯料；(3)對(duì)焊接好的大厚度坯料采用車底式爐或均熱爐進(jìn)行加熱，出爐溫度控制在1160 1280。。；(4)出爐后軋制，第一階段開軋溫度1000 1150°C，第二階段開軋溫度820 920°C，中間坯厚度不小于成品厚度的I. 4倍；(5)對(duì)軋后鋼板進(jìn)行弱水冷卻，冷卻速度<5°C /S，表面返紅溫度620 780°C ；(6)對(duì)鋼板進(jìn)行正火熱處理，熱處理溫度880 930°C，保溫系數(shù)I. 2 2. Omin/mmD所述步驟(2)氣體保護(hù)焊，其焊絲直徑I. 2-2. Omm,焊接電壓20-35V，焊接電流120-400A,焊接速度250-600mm/min，焊絲干伸長(zhǎng)度15_25mm，保護(hù)氣體CO2或Ar+C02，保護(hù)氣體流量15-25L/min，熔深5_20mm ；所述步驟(2)埋弧自動(dòng)焊，其焊絲直徑4. 0-6. Omm,焊接電壓30-45V，焊接電流250-1600A，焊接速度 250-600mm/min，焊絲干伸長(zhǎng)度 25_45mm，熔深 10_30mm ；所述步驟(2)真空電子束焊接，其焊接電壓30-150KV，真空度高于IX KT1Pa,焊接電流 100-500mA，焊接速度 50-700mm/min，熔深 20_50mm。所述步驟(2)連鑄板坯，其焊接前通過銑床、刨床等機(jī)加工方法，去除待復(fù)合表面的氧化鐵皮、油污等，實(shí)現(xiàn)表面潔凈。所述步驟(I)的連鑄板坯為經(jīng)轉(zhuǎn)爐煉鋼、爐外精煉、連鑄工序的連鑄板坯，所述爐外精煉工序中要進(jìn)行脫氣處理，要求彡IOOPa下保壓時(shí)間彡10分鐘以上。該工藝?yán)媒?jīng)轉(zhuǎn)爐煉鋼、爐外精煉的連鑄 板坯，采取多元微合金化成分設(shè)計(jì)的路線，化學(xué)成分如上所述；設(shè)計(jì)原則如下C、Mn為主要強(qiáng)化元素，為降低生產(chǎn)成本，在保證易焊接性的前提下，C、Mn含量盡量高；S元素含量盡量降低，以減少鋼中夾雜物等對(duì)鋼板內(nèi)部質(zhì)量的影響；Nb、V、Ti等微合金元素在加熱過程中抑制奧氏體的形變?cè)俳Y(jié)晶并阻止其晶粒長(zhǎng)大，并通過它們的碳氮化合物的應(yīng)變誘導(dǎo)析出，對(duì)鋼進(jìn)行沉淀強(qiáng)化。采用爐外精煉脫氣，要求IOOPa以下保壓時(shí)間彡10分鐘以上，其主要目的一是為了充分脫氣，盡可能降低鋼中氫等氣體的含量，減少氫致裂紋等對(duì)鋼板內(nèi)部質(zhì)量的影響；二是為了使鋼水中的夾雜物盡可能上浮，減少鋼中夾雜物的含量。將兩支或以上連鑄坯料邊部通過火焰切割或刨、銑等形式加工坡口，坡口深度10-40mm，坡口角度15-35° ;經(jīng)表面加工清理后疊放在一起后，通過氣體保護(hù)焊、埋弧焊和真空電子束焊三種組合焊接工藝，將坯料四周組合焊接在一起，組焊成大厚度坯料；充分利用形成的大厚度坯料增加軋制成品鋼板的壓縮比，由于焊接界面處坯料為高的真空狀態(tài)，在后續(xù)熱加工變形過程中，極易焊合在一起，形成一個(gè)整體，與基體保持一致。對(duì)焊接好的大厚度坯料采用車底式爐或均熱爐進(jìn)行加熱，適當(dāng)增加高溫段保溫系數(shù)，確保燒透、燒均勻。軋制過程中采用二階段軋制法。在第一階段軋制，進(jìn)行高溫低速大壓下軋制，通過反復(fù)再結(jié)晶過程細(xì)化晶粒；二階段控制軋制，增加相變形核點(diǎn)細(xì)化晶粒，中間坯I. 4倍成品厚度是為了保證二階段軋制過程的累積變形量。對(duì)軋后鋼板進(jìn)行弱水冷卻，冷卻速度<5°C /S，表面返紅溫度620 780°C。軋后水冷是為了更快的冷卻到相變點(diǎn)，防止晶粒過分長(zhǎng)大，低冷卻速度是為了減少鋼板厚度方向上的組織性能差異。對(duì)鋼板進(jìn)行正火熱處理，通過正火熱處理使鋼板組織均勻，增加鋼板的塑韌性及鋼板厚度方向組織性能均勻性。通過以上制造方法，所生產(chǎn)的15(T300mm低合金高強(qiáng)度鋼板具備良好的綜合力學(xué)性能，探傷合格率達(dá)到98%以上，Q345E級(jí)別鋼板低溫_40°C沖擊吸收功平均在160J以上，Z向拉伸斷面收縮率達(dá)到60%以上，坯材收得率88%以上。生產(chǎn)工藝可操作性強(qiáng)，成本低，生產(chǎn)效率高。尤其是氣體保護(hù)焊、埋弧焊和真空電子束焊的組焊方式，具有以下優(yōu)勢(shì)I、本發(fā)明對(duì)連鑄板坯組的三條邊縫首先采用氣體保護(hù)焊進(jìn)行打底焊接，在不對(duì)接合面產(chǎn)生污染的前提下自動(dòng)高效地完成基礎(chǔ)焊接并為下一步埋弧焊做好準(zhǔn)備；然后對(duì)這三條邊縫再采用埋弧自動(dòng)焊的方式快速地完成焊縫的填充焊接，最后將剩余一條邊縫在真空環(huán)境下應(yīng)用真空電子束焊工藝，完成坯料的最終焊接；因此相對(duì)四邊真空電子束焊工藝大幅度提高了焊接效率。
2、本發(fā)明采用固定順序進(jìn)行先后焊接的工藝，不是氣體保護(hù)焊、埋弧焊和真空電子束焊的簡(jiǎn)單結(jié)合，而是嚴(yán)格按照大厚度板坯制備的內(nèi)在質(zhì)量要求，在充分考慮了這些焊接方式的突出優(yōu)勢(shì)，并將其優(yōu)化組合的結(jié)果。因?yàn)闅怏w保護(hù)焊不會(huì)污染板坯組結(jié)合面同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化提高焊接效率，埋弧自動(dòng)焊是比氣體保護(hù)焊更加高效的一種焊接方式，而氣體保護(hù)焊和埋弧焊操作均在正常環(huán)境下進(jìn)行，不像真空焊接時(shí)需要反復(fù)進(jìn)出真空室，從而不必反復(fù)抽真空操作，因此大幅減少了真空作業(yè)時(shí)間，這種組合焊接順序和方式可以在保證焊接要求(特別是對(duì)接合面的潔凈度要求)的前提下大幅度提高焊接效率，降低了生產(chǎn)成本。3、本發(fā)明由于板坯組是豎直方向放置，因此可以保證坯料之間保持Imm左右的間隙，而不會(huì)形成局部的封閉區(qū)域。真空電子束焊確保了最終的焊接在高真空中完成，避免了接合面處存在空氣影響軋后質(zhì)量的可能性，相比較現(xiàn)有真空焊接工藝而言，只需要一次性抽真空和焊接操作，同時(shí)由于板坯組為豎直放置焊接，避免了水平焊接時(shí)復(fù)雜的機(jī)械機(jī)構(gòu)和升降操作，大幅度提聞了焊接效率。4、本發(fā)明進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)證明，本發(fā)明的大厚度板坯制造工藝可以完全替代全真空環(huán)境下的制造工藝，所生產(chǎn)的大厚度板坯及特厚鋼板內(nèi)部質(zhì)量?jī)?yōu)良，性能優(yōu)異，完全達(dá)到全真空復(fù)合軋制工藝的水平；且與全真空復(fù)合軋制工藝相比，本發(fā)明操作簡(jiǎn)單、投資少，成本降低80%以上，生產(chǎn)效率大幅提高一倍以上，生產(chǎn)組織形式靈活，適用于大批量工業(yè)化生產(chǎn)大厚度板坯，尤其是適用于厚度> 800mm (全真空電子束焊接無(wú)法批量生產(chǎn))的板坯生產(chǎn)。


圖I為實(shí)施例I生產(chǎn)的鋼板原始鑄坯疊合面金相組織圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合具體的實(shí)施例，對(duì)此種150 300mm低合金高強(qiáng)度鋼板的制造工藝作詳細(xì)描述。實(shí)施例I :生產(chǎn)254mm厚Q345E低合金高強(qiáng)度鋼板 I)高純凈度鋼水冶煉，鋼液經(jīng)轉(zhuǎn)爐冶煉后進(jìn)行LF+RH雙精煉，LF精煉充分去除夾雜、脫硫，RH真空處理保持真空度IOOPa下10分鐘，精煉后氣體
llppm，[H] I. 5ppm。2)鋼水連鑄過程采用全程保護(hù)澆注，并使用電磁攪拌，恒速澆注，生產(chǎn)兩支250mm厚相同尺寸的連鑄坯，熔煉成分分析結(jié)果如下表表I實(shí)施例I連鑄坯化學(xué)成分
權(quán)利要求
1.一種150 300mm厚低合金高強(qiáng)度鋼板制造工藝方法,其特征是， (1)以兩塊以上的四周相同尺寸的連鑄板坯為原料，所用連鑄板坯包含如下化學(xué)成分CO. 14 O. 20wt%, SiO. 20 O. 50wt%, Mnl. 10 I. 60wt%, S 彡 O. 010wt%,微合金化元素(O. 20wt% ;所述微合金化元素為Nb+V+Ti ； (2)對(duì)所有連鑄板坯的三條邊加工坡口，坡口深度10-40mm，坡口角度15-35°;將連鑄板坯疊放在一起，旋轉(zhuǎn)90°豎直放置，并組齊對(duì)正，然后采用氣體保護(hù)焊的焊接方式，對(duì)連鑄板坯有坡口的三個(gè)面上的邊縫進(jìn)行打底焊接，再采用埋弧自動(dòng)焊進(jìn)行填充及蓋面焊接，最后將剩余面上的邊縫在高真空下進(jìn)行真空電子束進(jìn)行焊接，組焊成大厚度坯料；或者不開坡口，將連鑄板坯疊放在一起，旋轉(zhuǎn)90°豎直放置，并組齊對(duì)正，然后全部采用真空電子束焊接的方式將4個(gè)面焊接成大厚度坯料； (3)對(duì)焊接好的大厚度坯料采用車底式爐或均熱爐進(jìn)行加熱，出爐溫度控制在1160 1280 0C ； (4)出爐后軋制，第一階段開軋溫度1000 1150°C，第二階段開軋溫度820 920°C，中間坯厚度不小于成品厚度的I. 4倍； (5)對(duì)軋后鋼板進(jìn)行弱水冷卻，冷卻速度<5°C/S，表面返紅溫度620 780°C ； (6)對(duì)鋼板進(jìn)行正火熱處理，熱處理溫度880 930°C，保溫系數(shù)I.2 2. Omin/mm。
2.如權(quán)利要求I所述的一種150 300mm厚低合金高強(qiáng)度鋼板制造工藝方法,其特征是，所述步驟(I)的連鑄板坯為經(jīng)轉(zhuǎn)爐煉鋼、爐外精煉、連鑄工序的連鑄板坯，所述爐外精煉工序中要進(jìn)行脫氣處理，要求彡IOOPa下保壓時(shí)間彡10分鐘以上。
3.如權(quán)利要求I所述的一種150 300mm厚低合金高強(qiáng)度鋼板制造工藝方法,其特征是，所述步驟(2)真空電子束焊接，其焊接電壓30-150KV，真空度高于I X KT1Pa,焊接電流100-500mA，焊接速度 50-700mm/min，熔深 20_50mm。
4.如權(quán)利要求1-3中任意一項(xiàng)所述的一種150 300mm厚低合金高強(qiáng)度鋼板制造工藝方法，其特征是，所述步驟(2)為對(duì)所有連鑄板坯的三條邊加工坡口，坡口深度10-40mm，坡口角度15-35°，采用氣體保護(hù)焊的焊接方式，對(duì)連鑄板坯有坡口的三個(gè)面上的邊縫進(jìn)行打底焊接，再采用埋弧自動(dòng)焊進(jìn)行填充及蓋面焊接，最后將剩余面上的邊縫在高真空下進(jìn)行 真空電子束進(jìn)行焊接，組焊成大厚度坯料。
5.如權(quán)利要求4所述的一種150 300mm厚低合金高強(qiáng)度鋼板制造工藝方法,其特征是，所述氣體保護(hù)焊，其焊絲直徑I. 2-2. Omm，焊接電壓20-35V，焊接電流120-400A，焊接速度250-600mm/min，焊絲干伸長(zhǎng)度15_25mm，保護(hù)氣體CO2或Ar+C02，保護(hù)氣體流量15-25L/min,溶深 5_20mm。
6.如權(quán)利要求4所述的一種150 300mm厚低合金高強(qiáng)度鋼板制造工藝方法,其特征是，所述埋弧自動(dòng)焊，其焊絲直徑4. 0-6. Omm,焊接電壓30-45V，焊接電流250-1600A，焊接速度250-600mm/min,焊絲干伸長(zhǎng)度25_45mm,溶深10_30mm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種150～300mm厚低合金高強(qiáng)度鋼板制造工藝方法。它所采用的連鑄板坯的化學(xué)成分為C 0.14～0.20%，Si 0.20～0.50%，Mn 1.10～1.60%，S≤0.010%，微合金化元素≤0.20%；將兩支或以上上述連鑄板坯加工坡口后疊放在一起，通過氣體保護(hù)焊、埋弧焊和真空電子束焊組合焊接成大厚度連鑄坯料；然后裝車底式爐或均熱爐加熱，出爐后經(jīng)厚板軋機(jī)軋制，并經(jīng)控制冷卻和熱處理后制得。所生產(chǎn)的低合金高強(qiáng)度鋼板具備良好的綜合力學(xué)性能，探傷合格率達(dá)到98%以上，Q345E級(jí)別鋼板低溫-40℃沖擊吸收功平均在160J以上，Z向拉伸斷面收縮率達(dá)到60%以上，坯材收得率88%以上。
文檔編號(hào)B23K28/02GK102764959SQ20121026386
公開日2012年11月7日 申請(qǐng)日期2012年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月27日
發(fā)明者孫衛(wèi)華, 尹世友, 崔健, 王紹祿, 趙乾, 馬興云 申請(qǐng)人:濟(jì)鋼集團(tuán)有限公司