專利名稱：冶煉大線能量焊接低合金鋼的復合添加劑及使用方法
技術領域：
本發(fā)明屬于低合金鋼的冶煉技術領域。尤其涉及一種冶煉大線能量焊接低合金鋼 的復合添加劑及使用方法。
背景技術：
近三十年來，為了提高大型工程結構的焊接效率，保證其使用的安全可靠性，焊接 效率高的單面埋弧焊、氣電焊、電渣焊等大線能量焊接技術相繼被采用，這給傳統(tǒng)的低合金 高強度鋼帶來了新的問題，即焊接粗晶熱影響區(qū)(HAZ)的強度和韌性變差，且易產生焊接 冷裂紋等缺陷。因此，HAZ韌性的改善成為低合金高強度鋼大線能量焊接研究和開發(fā)的熱 點和重點。大線能量焊接條件下低合金高強度鋼(抗拉強度為600 IOOOMPa)的組織轉變 行為與控制必須充分綜合考慮母材及其焊接熱影響區(qū)組織的形成過程及其控制方法。因為 大焊接熱輸入條件下的焊接熱影響區(qū)組織的粗化、熱影響區(qū)的軟化以及由此而造成的焊接 熱影響區(qū)的脆化和接頭強度的降低是低合金高強度鋼焊接中的主要問題。國內外對低合金高強度鋼的焊接熱影響區(qū)組織性能特征、奧氏體晶粒長大動力學 等方面進行了大量的研究與探索，研究和設計出新的大線能量焊接條件下高強度鋼及其制 造方法。如大線能量低焊接裂紋敏感性系列鋼及其生產方法”(ZL 02115877.0)、“高性能 耐火耐候建筑用鋼及其生產方法”(ZL 01133562. 9)、“大線能量焊接非調質高韌性低溫鋼 及其生產方法”(ZL 01128316. 5)、大線能量焊接高韌性抗鋅液腐蝕用鋼及其生產方法(ZL 01128476. 5)、“一種可大線能量焊接的厚鋼板及制造方法”(CN 200510023216. 0)、“大線能 量焊接水電站壓力管用鋼及其生產方法”(CN 200510019165. 4)、“可大線能量焊接的超高 強度厚鋼板及其制造方法”(ZL 200410017255. 5)、如“大線能量低焊接裂紋敏感性系列鋼 及其生產方法”(ZL02115877. 0)等專利技術，但存在如下問題1)焊接線能量低，一般為50 150kJ/cm ；2)對氧的含量未作出明確的規(guī)定，難以 提高產品質量和焊接線能量；3) Si含量較高，因較高含量的Si會促進M/A的形成，降低HAZ 的韌性；4)含有昂貴金屬釩，使產品的成本提高；5)有的采用調質工藝生產，因而生產過程 復雜、環(huán)節(jié)多、生產成本高，由于采用調質工藝生產，含碳量一般來講比非調質工藝要高，不 利于抗更大的線能量焊接和實現(xiàn)控制軋制和控制冷卻以及機械熱處理工藝(TMCP) ；6)鋼 中含有稀土元素，稀土元素為非常活潑的元素，不容易控制，而且容易污染鋼水，不利于產 品質量的提高；7)以上冶煉方法工藝過程復雜、時間長、不容易命中鋼中的目標成分Si、Ti 和ττ。

發(fā)明內容
本發(fā)明旨在克服已有技術缺陷，目的是提供一種成本低廉、化學成分和工藝過程 簡單的冶煉大線能量焊接低合金鋼的復合添加劑及使用方法，所制備的復合添加劑成分命
中率高。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是該復合添加劑的化學成分及其含量 是Si 為 40 75wt%，Ca 為 5 15wt%，Ti 為 10 25wt%，Zr 為 5 25wt%，其余為 Fe 及不可避免的雜質；該復合添加劑的制備方法是按上述化學成分及其含量，以Si-Ca合金 為基礎，分別加入Ti、Zr，經真空感應爐熔煉并澆鑄而成。其中Ti是以Ti磁鐵礦高爐渣為原料經提煉而成的Ti合金；&為海綿金屬Ir或 為合金或為金屬&。冶煉大線能量焊接低合金鋼的復合添加劑的使用方法是采用轉爐或者電弧爐將 鐵水、或廢鋼、或鐵水與廢鋼經煉鋼后進行精煉和調整鋼水成分，在加入復合添加劑前保持 鋼水中的自由氧含量為10 200ppm，用復合添加劑進行脫氧與復合合金化，復合添加劑以 塊狀合金或者包芯線的形式加入鋼水，復合添加劑的加入量為每噸鋼0. 5 5kg，然后按常 規(guī)工藝進行連鑄和熱軋。由于采用上述技術方案，本發(fā)明以Si、Ca、Ti和ττ為主要組分，經真空感應爐熔 煉并澆鑄而成，故成本低廉、化學成分和工藝過程簡單。本發(fā)明所制備的復合添加劑有利于 形成針狀鐵素體形核的氧化物，多個元素按目標成分做成復合添加劑，一次性達到脫氧與 合金化的目的。具有工藝過程簡單、時間短、易于命中Si、Ti、&的目標成分的特點。本發(fā) 明制備的復合添加劑用于脫氧與復合合金化，所冶煉的大線能量焊接低合金鋼的抗拉強度 為600 lOOOMPa，在150 400kJ/cm的線能量下進行焊接，焊接后可不進行熱處理，焊接 HAZ的沖擊功不低于母材沖擊功的2/3。因此，用本發(fā)明制備的復合添加劑用于冶煉的大線能量焊接低合金高強度鋼，軋 制鋼板的焊接質量高、裂紋敏感性低、抗拉強度高。可有效降低焊接施工強度，提高焊接質 量，減少制造成本，節(jié)約資源和能源。因而適合埋弧焊、氣保焊、氣電焊、電渣焊的各種大線 能量焊接。
具體實施例方式下面結合具體實施方式
對本發(fā)明作進一步描述，并非對其保護范圍的限制。為避免重復，先將具體實施方式
中所加入的Ti和ττ分別描述如下，實施例中不再 贅述Ti是以Ti磁鐵礦高爐渣為原料經提煉而成的Ti合金；&為海綿金屬ττ或為 合金或為金屬&。實施例1一種冶煉大線能量焊接低合金鋼的復合添加劑及使用方法。該復合添加劑的化學 成分及其含量是Si為40 55wt%，Ca為10 15wt%，Ti為15 25wt%，Zr為15 25wt%，其余為Fe及不可避免的雜質。該復合添加劑的制備方法是按上述組分，以Si-Ca合金為基礎，分別加入Ti和 Zr，經真空感應爐熔煉并澆鑄而成。本實施例制備的復合添加劑的使用方法是采用轉爐將鐵水經煉鋼后進行精煉 和調整鋼水成分，在加入脫氧劑前保持鋼水中的自由氧含量為10 80ppm，用脫氧劑進行 脫氧與復合合金化，脫氧劑以塊狀合金的形式加入鋼水，脫氧劑的加入量為每噸鋼0. 5 1. 5kg，然后按常規(guī)工藝進行連鑄和熱軋。本實施例的連鑄鑄坯的化學成分及其含量是C為0. 03 0. 07wt%,Si為0. 1 0. 3wt%,Mn 為 1. 5 2. 5wt%,Ni 為 0. 2 0. 6wt%,Cu 為 0. 6 1. Owt%,Als 為 0. 02 0. 06wt%, Nb 為 0. 03 0. 07wt%, Ti 為 0. 01 0. 05wt%, Ca 為 0. 001 0. 003wt%, Mg 為 0. 001 0. 003wt%，Ba*0. 001 0. 003wt%，N 為 0. 006 0. 010wt%，B 為 0. 001 0. 002wt%,P < 0. 008wt%, S < 0. 007wt%，其余為Fe及不可避免的雜質。鑄坯的厚度為 210 250mm。熱軋工藝是鑄坯加熱至1150 1250°C，均熱2 3小時進行熱軋，軋制為40 60mm厚的鋼板；軋后控制弛豫10 15s，然后以5 15°C /s的冷卻速度進行在線冷卻。所軋制鋼板的抗拉強度為600 750MPa，可在150 200kJ/cm的線能量下進行焊 接，焊接后不需進行熱處理，焊接HAZ的沖擊功不低于母材沖擊功的2/3。實施例2一種冶煉大線能量焊接低合金鋼的復合添加劑及使用方法。該復合添加劑的化 學成分及其含量是Si為50 65wt%，Ca為8 13wt%，Ti為12 22wt%，Zr為10 22wt%，其余為Fe及不可避免的雜質。該復合添加劑的制備方法是按上述成分，以Si-Ca合金為基礎，分別加入Ti、Zr， 經真空感應爐熔煉并澆鑄而成。本實施例制備的復合添加劑的使用方法是采用電弧爐將廢鋼經煉鋼后進行精煉 和調整鋼水成分，在加入脫氧劑前保持鋼水中的自由氧含量為120 200ppm，用脫氧劑進 行脫氧與復合合金化，脫氧劑以塊狀合金或者包芯線的形式加入鋼水，脫氧劑的加入量為 每噸鋼3 5kg，然后按常規(guī)工藝進行連鑄和熱軋。本實施例的連鑄鑄坯化學成分及其含量是C為0. 04 0. 08wt %，Si為0. 2 0. 5wt %，Mn 為 2 3wt %，Ni 為 0. 3 0. 7wt %, Cu 為 0. 8 1. 2wt %，Als 為 0. 03 0. 06wt%, Nb 為 0. 02 0. 06wt%, Ti 為 0. 01 0. 05wt%, Ca 為 0. 001 0. 003wt%, Mg 為 0. 001 0. 003wt%, Ba 為 0. 001 0. 003wt%，N 為 0. 004 0. 008wt%，B 為 0. 001 0. 003wt%, P < 0. Olwt%, S < 0. 007wt%，其余為Fe及不可避免的雜質。鑄坯的厚度為 210 250mm。熱軋工藝是先將鑄坯加熱至1200 1300°C，均熱1. 5 2. 5小時，再進行熱軋， 軋制為30 50mm厚的鋼板；軋后控制弛豫12 20s，然后以10 15°C /s的冷卻速度在 線冷卻即可。所軋制鋼板的抗拉強度為700 850MPa，可在250 400kJ/cm的線能量下進行焊 接，焊接后不需進行熱處理，焊接HAZ的沖擊功不低于母材沖擊功的2/3。實施例3一種冶煉大線能量焊接低合金鋼的復合添加劑及使用方法。該復合添加劑的化 學成分及其含量是Si為60 75wt%，Ca為5 10wt%，Ti為10 20wt%，Zr為5 15wt%，其余為Fe及不可避免的雜質。該復合添加劑的制備方法是按上述組分，以Si-Ca 合金為基礎，加入Ti和&，經真空感應爐熔煉并澆鑄而成。本實施例制備的復合添加劑的使用方法是采用轉爐或者電弧爐將鐵水與廢鋼 經煉鋼后進行精煉和調整鋼水成分，在加入脫氧劑前保持鋼水中的自由氧含量為60 120ppm，用脫氧劑進行脫氧與復合合金化，脫氧劑以塊狀合金或者包芯線的形式加入鋼水， 脫氧劑的加入量為每噸鋼1 3kg，然后按常規(guī)工藝進行連鑄和熱軋。
本實施例的連鑄鑄坯化學成分及其含量是C為0. 02 0. 06wt%, Si為0. 1 0. 3wt%,Mn 為 1. 8 3. 0wt%,Ni 為 0. 4 0. 8wt%,Cu 為 1. 1 1. 5wt%,Als 為 0. 01 0. 05wt%, Nb 為 0. 02 0. 06wt%, Ti 為 0. 01 0. 05wt%, Ca 為 0. 001 0. 003wt%, Mg 為 0. 001 0. 003wt%,Ba 為 0. 001 0. 003wt%，N 為 0. 006 0. 010wt%，B 為 0. 0016 0. 0020wt%,P < 0. 009wt%,S < 0. OlOwt%，其余為Fe及不可避免的雜質。鑄坯的厚度為 210 250mm。熱軋工藝是鑄坯加熱至1200 1300°C，均熱1. 5 2. 5小時，進行熱軋，軋制為 60 80mm厚的鋼板，然后以15 25°C /s的冷卻速度進行在線冷卻即可。所軋制鋼板的抗拉強度為850 lOOOMPa，可在200 300kJ/cm的線能量下進行 焊接，焊接后不需進行熱處理，焊接HAZ的沖擊功不低于母材沖擊功的2/3。本具體實施方式
以Si、Ca、Ti和&為主要組分，經真空感應爐熔煉并澆鑄而成，故 成本低廉、化學成分和工藝過程簡單。所制備的復合添加劑有利于形成針狀鐵素體形核的 氧化物，多個元素按目標成分做成復合添加劑，一次性達到脫氧與合金化的目的。具有工藝 過程簡單、時間短、易于命中Si、Ti、&的目標成分的特點。用該復合添加劑脫氧與復合合 金化，所冶煉的大線能量焊接低合金鋼的抗拉強度為600 lOOOMPa，在150 400kJ/cm的 線能量下進行焊接，焊接后可不進行熱處理，焊接HAZ的沖擊功不低于母材沖擊功的2/3。因此，本具體實施方式
具有成本低廉、化學成分和工藝過程簡單的特點，所制備的 復合添加劑成分命中率高。軋制鋼板的焊接質量高、裂紋敏感性低、抗拉強度高。因而適合 埋弧焊、氣保焊、氣電焊、電渣焊的各種大線能量焊接。
權利要求
一種冶煉大線能量焊接低合金鋼的復合添加劑，其特征在于該添加劑的化學成分及其含量是Si為40～75wt％，Ca為5～15wt％，Ti為10～25wt％，Zr為5～25wt％，其余為Fe及不可避免的雜質；該添加劑的制備方法是按上述化學成分及其含量，以Si Ca合金為基礎，分別加入Ti和Zr，經真空感應爐熔煉并澆鑄而成。
2.根據(jù)權利要求1所述的冶煉大線能量焊接低合金鋼的復合添加劑，其特征在于所述 的Ti是以Ti磁鐵礦高爐渣為原料經提煉而成的Ti合金。
3.根據(jù)權利要求1所述的冶煉大線能量焊接低合金鋼的復合添加劑，其特征在于所述 的rLx為海綿金屬rLx或為合金或為金屬&。
4.如權利要求1 3所述的冶煉大線能量焊接低合金鋼的復合添加劑的使用方法，其 特征在于采用轉爐或者電弧爐將鐵水、或廢鋼、或鐵水與廢鋼經煉鋼后進行精煉和調整鋼 水成分，在加入復合添加劑前保持鋼水中的自由氧含量為10 200ppm，用復合添加劑進行 脫氧與復合合金化，復合添加劑以塊狀合金或者包芯線的形式加入鋼水，復合添加劑的加 入量為每噸鋼0. 5 5kg，然后按常規(guī)工藝進行連鑄和熱軋。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種冶煉大線能量焊接低合金鋼的復合添加劑及使用方法。該復合添加劑的化學成分及其含量是Si為40～75wt％，Ca為5～15wt％，Ti為10～25wt％，Zr為5～25wt％，其余為Fe及不可避免的雜質；該添加劑的制備方法是按上述化學成分及其含量，以Si-Ca合金為基礎，分別加入Ti和Zr，經真空感應爐熔煉并澆鑄而成。所制備的復合添加劑的使用方法是在加入復合添加劑前保持鋼水中的自由氧含量為10～200ppm，用復合添加劑進行脫氧與復合合金化，復合添加劑的加入量為每噸鋼0.5～5kg，然后按常規(guī)工藝進行連鑄和熱軋。本發(fā)明具有成本低廉、化學成分和工藝過程簡單的特點，所制備的復合添加劑成分命中率高。
文檔編號C22C33/06GK101985719SQ20101052864
公開日2011年3月16日 申請日期2010年11月1日 優(yōu)先權日2010年11月1日
發(fā)明者萬響亮, 吳開明, 孟令東, 尹雨群, 張莉芹, 朱寧, 王紅鴻, 耿建林, 趙晉斌, 魏然, 黃剛 申請人:武漢科技大學;南京鋼鐵股份有限公司