專利名稱：一種大厚度板坯制造工藝方法
技術領域：
本發明屬于鋼鐵冶金領域，涉及一種大厚度板坯的制造工藝方法。
背景技術：
大厚度板坯是指厚度大于400mm的坯料，主要用于重型機械、模具、高層建筑、壓力容器、電力等重大技術裝備行業用優質特厚鋼板的生產制造，國內大厚度板坯的生產制造多采用大型模鑄鋼錠、電渣重熔板坯等形式。
傳統模鑄制坯生產工藝效率低，能耗高，坯料成材率低，同時由于模鑄鋼錠截面尺寸大，心部質量缺陷難以消除，不能滿足高質量特厚鋼板的質量要求。電渣重熔法生產的大型板坯，具有非常高的內部質量，適合高品質特厚鋼板的生產，但是這種生產工藝效率低，需將鋼坯二次熔化，消耗大量能源，導致生產成本高。專利CN101927336A “一種大型特厚板坯及其生產方法”公開了一種采用向兩塊或三塊連鑄坯之間澆注鋼水生產特厚板坯的方法，該方法需要將連鑄坯表面進行清理，并粘結一層含有鋁熱劑和造渣劑的涂層，同時需要將鋼坯預熱到一定溫度后澆注鋼水，并采用惰性氣體或保護渣進行保護澆注，工藝復雜，技術要求高，生產難度大。專利CN102009332A“一種疊軋焊工藝生產特厚板的方法”，公開了一種采用氬弧焊將多塊連鑄坯料焊接后再用真空泵抽真空的方式制造大厚度板坯并軋制特厚板的方法，但這種方法的生產效率極低，且存在真空度不高、焊接部位熔深較淺容易造成破真空等缺點，且容易導致結合面在后續加工過程中生成大量氧化物而影響產品內部質量。專利CN101590596A “一種真空復合軋制特厚板的方法”公開了一種對兩塊坯料結合面的四周(四條邊縫)全部采用真空電子束焊接的方法來生產大厚度坯料并軋制特厚板的方法，這種方法是采用水平焊接的方式，為防止接合面處形成局部封閉空間導致后續熱加工過程中產生氧化物，其首先要在坯料上焊接支撐板，然后由機械機構的支撐桿通過支撐板將坯料抬起，使復合面之間的距離達到Imm以上，同時要保持四個支撐桿的速度一致，坯料抬起后再抽真空到要求真空度，然后再下降坯料，進行真空電子束焊接。由于目前真空焊接是在大型真空室中進行，每次抽真空只能焊接一到兩條邊縫，一般需要多次抽真空，因此這種方法存在著操作復雜、生產效率低下，生產成本較高的問題。特別是800mm以上厚度的坯料由于需采用3塊或以上的連鑄坯料組焊制備，這種方法根本無法實現。埋弧焊和氣體保護焊作為低成本和高效率的焊接方式，在工業生產中特別是在鋼材的焊接方面有著廣泛的應用。例如，專利CN101239422A “小坡口角度全自動CO2氣保焊和埋弧焊的組合式焊接工藝”公開了一種CO2氣保焊和埋弧焊的組合式焊接方式，該組合焊接方式適用于鋼結構件的焊接。鋼結構的焊接僅僅是要求將兩個鋼結構件焊接在一起，只要保證焊接質量即可，可以采用單獨的埋弧焊、氣體保護焊、激光焊等多種焊接方法，該專利僅是提高鋼結構焊接效率的一種方法，主要解決的是在兩焊件焊縫間距8-10mm時減少清渣作業、提高焊接效率的問題，無法獨立應用于大厚度板坯制備過程。大厚度板坯制備過程中的焊接是一個全新的概念。大厚度板坯復合軋制是特厚板制造領域的一種全新工藝技術，而大厚度板坯的焊接制備是其中非常關鍵的一個工序，要求將兩塊以上經表面處理后的板坯料四周邊縫焊合，形成一塊大厚度板坯。在板坯四周邊縫焊接過程中，由于熔深有限，而板坯中間并沒有焊合，為保證大厚度板坯在軋制時四周焊縫不開裂，同時保證軋后特厚鋼板的內部質量，所以對焊接質量的要求非常高，既要保證焊縫質量，又要保證在焊接時不對復合表面造成二次污染，同時還要保證板坯接合面中間沒有空氣存在。鑒于上述原因，大厚度板坯復合軋制工藝中大厚度坯料的制備一般都采用真空電子束焊接的方式，而不能采用單獨的氣保焊、單獨的埋弧焊或其組合焊接工藝。另外，由于目前的大厚度板坯采用水平放置進行焊接的方式，為避免局部形成的封閉空間內氣體形成氧化物夾雜，要采用專利CN101590596A所述的機械支撐方式，因此也無法采用氣保焊、埋弧焊或其組合焊接工藝。綜上，現有的氣保焊、埋弧焊無法獨立應用于大厚度板坯復合軋制工藝中大厚度 坯料的制備，而真空電子束焊接雖然可以滿足上述技術要求而被廣泛使用，但是真空電子束焊接又存在操作復雜、生產效率低下，生產成本較高的問題。

發明內容
本發明克服了組合連鑄板坯的四條邊縫全部采用全真空電子束焊接的焊接方式存在的生產成本高、操作復雜、生產效率低下的問題，提供了一種在組合連鑄板坯豎直放置的條件下對連鑄板坯組的三條邊縫采用氣體保護焊和埋弧焊，最后一條邊縫在真空環境下采用真空電子束焊的焊接工藝。這種方法在保證板坯接合面質量的前提下，可以實現厚度600mm以上大厚度板坯的高效生產，廣泛應用于各類重大技術裝備用優質特厚鋼板的制造，且大幅度降低了生產成本，提高了生產效率。本發明通過以下技術方案實現一種大厚度板坯制造工藝方法，其特征是，I)以兩塊以上(包括兩塊)的連鑄板坯為原料，將所有連鑄板坯通過銑床、刨床等機加工方法，去除待復合表面的氧化鐵皮、油污等，實現表面潔凈，并將所有連鑄板坯四周加工成相同尺寸(即長度、寬度相等，厚度可以不同)，尺寸偏差〈5mm;2)將所有經步驟(I)表面處理的連鑄板坯擬焊接面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° ；3)將經步驟(2)加工好坡口的連鑄板坯疊放在一起后，旋轉90°豎直放置，并組齊對正、夾緊；4)采用氣體保護焊對組齊對正、夾緊后的連鑄板坯三個面上的邊縫進行打底焊接，焊絲直徑I. 2-2. 0mm，焊接電壓20-35V，焊接電流120-400A，焊接速度250-600mm/min，焊絲干伸長度15-25mm，保護氣體CO2或Ar+C02，保護氣體流量15_25L/min，熔深5_20mm ；5)采用埋弧自動焊對經氣體保護焊打底焊接后三個面上的邊縫進行填充及蓋面焊接，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,焊絲干伸長度25_45mm,溶深10-30mm ；6)將最后一個面的剩余邊縫在高真空下采用真空電子束進行焊接，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。本發明的有益效果是
I、本發明對連鑄板坯組的三條邊縫首先采用氣體保護焊進行打底焊接，在不對接合面產生污染的前提下自動高效地完成基礎焊接并為下一步埋弧焊做好準備；然后對這三條邊縫再采用埋弧自動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境下應用真空電子束焊工藝，完成坯料的最終焊接；因此相對四邊真空電子束焊工藝大幅度提聞了焊接效率；2、本發明采用固定順序進行先后焊接的工藝，不是氣體保護焊、埋弧焊和真空電子束焊的簡單結合，而是嚴格按照大厚度板坯制備的內在質量要求，在充分考慮了這些焊接方式的突出優勢，并將其優化組合的結果。因為氣體保護焊不會污染板坯組結合面同時可以實現自動化提高焊接效率，埋弧自動焊是比氣體保護焊更加高效的一種焊接方式，而氣體保護焊和埋弧焊操作均在正常環境下進行，不像真空焊接時需要反復進出真空室，從而不必反復抽真空操作，因此大幅減少了真空作業時間 ，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，降低了生產成本。3、本發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，而不會形成局部的封閉區域。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量的可能性，相比較現有真空焊接工藝而言，只需要一次性抽真空和焊接操作，同時由于板坯組為豎直放置焊接，避免了水平焊接時復雜的機械機構和升降操作，大幅度提聞了焊接效率。4、本發明進一步實驗證明，本發明的大厚度板坯制造工藝可以完全替代全真空環境下的制造工藝，所生產的大厚度板坯及特厚鋼板內部質量優良，性能優異，完全達到全真空復合軋制工藝的水平；且與全真空復合軋制工藝相比，本發明操作簡單、投資少，成本降低80%以上，生產效率大幅提高一倍以上，生產組織形式靈活，適用于大批量工業化生產大厚度板坯，尤其是適用于厚度> 800mm (全真空電子束焊接無法批量生產)的板坯生產，能夠較好地滿足各類重大技術裝備行業的用鋼需求。


圖I為本發明大厚度板還制造工藝不意圖；圖2為實施例I的鑄坯結合面金相組織圖；圖3為實施例I的鑄坯基體金相組織圖；圖4為實施例2的鑄坯結合面金相組織圖；圖5為實施例2的鑄坯基體金相組織圖。
具體實施例方式以下結合具體鋼板生產實施例，對此種大厚度板坯的制造工藝作詳細描述。實施例I :生產180_厚Q345B鋼板I)將生產好的兩支300mm厚Q345B連鑄板坯通過銑床加工，去除表面的氧化鐵皮、油污等，實現表面潔凈，并將兩支板坯加工成相同尺寸。2)將表面加工好的連鑄板坯擬焊接面的三條邊利用火焰切割方法加工坡口，坡口深度25_，坡口角度30°。
3)將加工好的連鑄板坯疊放在一起后，旋轉90°豎直放置，并組齊對正、夾緊。4)采用氣體保護焊的焊接方式，對連鑄板坯三個面上已加工好坡口的邊縫進行打底焊接，焊絲直徑2. Omm,焊接電壓20V,焊接電流200A,焊接速度300mm/min,焊絲干伸長度25mm,保護氣體為CO2,保護氣體流量20L/min,熔深15mm。5)將經氣體保護焊打底焊接后的三條邊縫，再采用埋弧自動焊進行填充及蓋面焊接；焊絲直徑5. Omm,焊接電壓30V,焊接電流400A,焊接速度350mm/min,焊絲干伸長度30mm,熔深20mm, —次性焊接完成。6)將剩余一條邊縫在高真空度下采用真空電子束焊接，最終形成600mm大厚度坯料。焊接電壓100KV，真空度I. 5 X IO-2Pa,焊接電流300mA，焊接速度150mm/min，熔深35mm ；7)對焊接好的600mm大厚度坯料采用車底式爐加熱，出爐溫度控制在1160 1280。。。 8)軋制過程中采用二階段軋制法，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300mm。9)軋后鋼板采用弱水冷卻，冷卻速度<5°C /S，表面返紅溫度620 780°C。10)對鋼板進行正火熱處理，熱處理溫度850 950°C，保溫系數I. 2 2. Omin/mmD利用該工藝生產的鋼板內部質量優良，鑄坯結合面與基體的微觀金相組織一致(見圖2、圖3)，各項性能檢測指標優異(見表1)，生產效率得到大幅度提升，生產成本明顯降低(見表2)。表I實施例I鋼板性能檢測數據匯總表
權利要求
1.一種大厚度板坯制造工藝方法，其特征是，包括以下步驟 1)以兩塊以上的連鑄板坯為原料，將所有連鑄板坯四周加工成相同尺寸； 2)將所有經步驟(I)表面處理的連鑄板坯擬焊接面的三條邊加工坡口，坡口深度10-40_，坡口角度 15-35° ； 3)將經步驟(2)加工好坡口的連鑄板坯疊放在一起后，旋轉90°豎直放置，并組齊對正、夾緊； 4)采用氣體保護焊對組齊對正、夾緊后的連鑄板坯三個面上的邊縫進行打底焊接，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，焊絲干伸長度15-25mm，保護氣體為CO2或Ar+C02，保護氣體流量15_25L/min，熔深5_20mm ； 5)采用埋弧自動焊對經氣體保護焊打底焊接后三個面上的邊縫進行填充及蓋面焊接，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，焊絲干伸長度25_45mm,溶深10_30mm ； 6)將最后一個面的剩余邊縫在高真空下采用真空電子束進行焊接，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。
2.如權利要求I所述的大厚度板坯制造工藝方法，其特征是，所述大厚度板坯的厚度^ 800mm。
3.如權利要求I或2所述的大厚度板坯制造工藝方法，其特征是，所述坡口加工方式為火焰切割或刨、銑方式。
4.如權利要求I或2所述的大厚度板坯制造工藝方法，其特征是，所述步驟(I)要將所有連鑄板坯的待復合面進行表面處理，實現表面潔凈。
5.如權利要求4所述的大厚度板坯制造工藝方法，其特征是，所述表面處理采用銑床或刨床處理。
全文摘要
本發明公開了一種大厚度板坯制造工藝方法，屬于鋼鐵冶金技術領域，該工藝方法利用兩塊以上連鑄板坯坯料疊放在一起后，通過采用氣體保護焊、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，形成一種大厚度板坯。本發明突破了現有大厚度坯料制造工藝復雜、內部質量無法保證或生產效率低下的限制性環節，提供了一種利用現有連鑄板坯優質高效生產大厚度板坯的方法，操作簡單、投資少、生產效率高，組織形式靈活，能夠更好地滿足大單重、大壓縮比的大厚度鋼板生產用原料要求，實現批量工業化工廠生產，尤其適用于厚度600mm以上大厚度板坯的生產，可廣泛應用于各類重大技術裝備用優質特厚鋼板的制造。
文檔編號B23K33/00GK102764936SQ20121026530
公開日2012年11月7日 申請日期2012年7月27日 優先權日2012年7月27日
發明者孫衛華, 崔健, 李敏, 王金華, 趙乾, 陳啟祥, 馬興云 申請人:濟鋼集團有限公司