本發(fā)明涉及冶金，具體涉及一種海洋裝備用含鈦焊絲鋼棒材及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、目前，世界各國在海上尋找石油、天然氣的活動正由淺海向深海發(fā)展，隨著海洋尋找石油、天然氣的調(diào)查、勘探工作不斷擴大，船舶和海工行業(yè)迅猛發(fā)展，含有ni、cr和mo等合金元素的高強低溫鋼得到了廣泛應(yīng)用。該類鋼需要同時滿足高強度、高韌性、抗層狀撕裂及耐腐蝕性能。該類鋼通常采用進口藥芯氣體保護焊絲進行焊接加工，不但價格昂貴，而且供貨周期長，制約了行業(yè)的發(fā)展。因此，開發(fā)適用于高強度海工鋼焊接的實心焊絲，取代長期依賴的藥芯焊絲，是國內(nèi)海工鋼配套焊接材料的發(fā)展趨勢。

2、目前國內(nèi)外的焊絲鋼坯料基本采用“電爐/轉(zhuǎn)爐煉鋼+lf精煉+真空處理+連鑄小方坯+連軋”工藝生產(chǎn)，但對于海洋特種裝備用鋼，其要求同時滿足高強度、高韌性、抗層狀撕裂及耐腐蝕性能。為了滿足焊縫的強度和低溫沖擊韌性要求，在成分設(shè)計時需要添加微量cr、mo、ni和ti進行微合金化處理，同時冶煉時嚴格深脫磷、硫，強脫氧，而且為了達到焊縫區(qū)的組織均勻性，對焊絲用鋼坯料縱橫向組織均勻性提出更高的要求，因此研究焊絲用鋼坯料的成形工藝，為下一步軋制盤圓和拉絲提供組織性能優(yōu)良的實心焊絲用鋼坯料，滿足國內(nèi)海洋特種裝備配套焊接材料，取代長期依賴進口的藥芯焊絲有著重要意義。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的主要目的在于提供一種海洋裝備用含鈦焊絲鋼棒材及其制備方法，為下一步軋制和拉拔變形，獲得組織性能優(yōu)良的海洋裝備配套用實芯焊絲，解決國內(nèi)特種海洋裝備配套用焊絲鋼長期依賴進口藥芯焊絲的問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

3、根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種海洋裝備用含鈦焊絲鋼棒材，按質(zhì)量百分比計，所述含鈦焊絲鋼棒材包括：c：0.03~0.09%，si：0.40~0.80%，mn：1.00~1.60%，p≤0.006%，s≤0.005%，cr：0.20~1.00%，mo：0.50~1.00%，ni：0.50~1.00%，ti：0.05~1.00%，zr：0.002~0.010%，[o]≤45ppm，[n]≤45ppm，其余為鐵和雜質(zhì)元素。

4、根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種海洋裝備用含鈦焊絲鋼棒材的制備方法，其用于制備上述含鈦焊絲鋼棒材，所述制備方法包括：依次進行真空感應(yīng)熔煉、電渣重熔冶煉、鍛造，得到所述含鈦焊絲鋼棒材，其中：

5、進行真空感應(yīng)熔煉包括依次進行配料、真空感應(yīng)爐熔煉和澆注，得到電極棒，其中：配料過程中，按照所述含鈦焊絲鋼棒材的元素質(zhì)量百分比，稱取碳塊、金屬硅、金屬錳、金屬鉻、金屬鉬、金屬鎳、鈦鐵合金、金屬鋯、純鐵作為原料；真空感應(yīng)爐熔煉過程中，將純鐵、金屬鉻、金屬鉬、金屬鎳裝入真空感應(yīng)爐中，真空度≤10pa時開始送電熔煉，熔清后調(diào)溫到1580~1620℃，真空度≤5pa時開始加入碳塊，攪拌條件下精練時間≥30min，然后充入惰性氣體，加入金屬硅、金屬錳、鈦鐵合金，攪拌條件下均勻化時間≥10min，最后加入金屬鋯，攪拌條件下均勻化時間≥5min，得到合金熔體；澆注過程中，將合金熔體澆注成電極棒，

6、進行電渣重熔冶煉包括依次進行電極棒表面處理和保護氣氛電渣重熔冶煉，得到電渣錠，其中：電極棒表面處理過程中，對電極棒表面進行拋光處理；保護氣氛電渣重熔冶煉過程中，采用caf2-cao-al2o3-tio2渣系，化渣加熱溫度為1050~1300℃，化渣時間為40~90min，電壓按100~40v控制，電流按30000~8000a控制，平均熔速按5.0~10.0kg/min控制，補縮時間≥30min，

7、進行鍛造包括依次進行電渣錠加熱、開坯成形、回爐加熱、精鍛和空冷，得到所述含鈦焊絲鋼棒材，其中：電渣錠加熱過程和回爐加熱過程中，加熱溫度為1100~1250℃，保溫時間根據(jù)電渣錠直徑大小計算；開坯成形過程中，采用一鐓一拔工藝，終鍛溫度≥800℃；精鍛過程中，終鍛溫度≥800℃。

8、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，在真空感應(yīng)爐熔煉過程之前，將溜槽在1100~1200℃的加熱爐內(nèi)加熱，保溫時間＞3h。

9、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，在配料過程之前，對純鐵、金屬鉻、金屬鉬、金屬鎳進行噴砂處理。

10、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，真空感應(yīng)爐熔煉過程中，開始送電熔煉后，先以第一功率熔化隨爐料，鋼水鋪滿坩堝底部后轉(zhuǎn)成第二功率，所述第一功率大于所述第二功率。

11、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，真空感應(yīng)爐熔煉過程中，真空度≤5pa。

12、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，真空感應(yīng)爐熔煉過程中，總精煉時間≥1h。

13、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，澆注過程中，電極棒的澆注溫度為1550~1580℃，開始澆注時的澆注速度為20~50kg/s，澆注錠身1/4高度后以50~100kg/s的澆注速度澆注其余錠身，冒口澆注以2~10kg/s的澆注速度澆注。

14、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，澆注完成后，進行破空與脫模處理，破空時間≥100min，動模時間≥240min。

15、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，caf2-cao-al2o3-tio2渣系中，各物質(zhì)的質(zhì)量比為：caf2:cao:al2o3:tio2比例為64%:20%:15%:1%。

16、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，保護氣氛電渣重熔冶煉過程中，采用c粉、al粒和si-ca粉進行脫氧、微調(diào)成分及減緩坯料原始成分的燒損。

17、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，保護氣氛電渣重熔冶煉過程中，結(jié)晶器冷卻出水的溫度≤55℃。

18、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，保護氣氛電渣重熔冶煉完成后，進行破空與脫模處理，破空時間≥120min，動模時間≥360min。

19、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，電渣錠加熱過程中，加熱速率≤80℃/s。

20、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，電渣錠加熱過程中，保溫時間按照以下公式計算：t=kd，其中k為保溫時間系數(shù)，取值為0.1-1.5，d為電渣錠直徑。

21、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，回爐加熱過程的加熱溫度及保溫時間同電渣錠加熱過程的加熱溫度及保溫時間。

22、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，開坯成形過程中，鐓粗比＞3.5，拔長時至少應(yīng)有一道次的壓下量≥20%。

23、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，精鍛過程中，采用四錘頭變形，鍛錘敲打頻率≥90次/min，坯料送進速度≤25mm/s。

24、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，冷卻過程在鏈式冷床中實施。

25、由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明至少具有如下有效效果：

26、本發(fā)明中，通過采用真空感應(yīng)熔煉+電渣重熔冶煉工藝，獲得了高純凈、組織均勻致密的焊絲用鋼錠，其中[o]≤45ppm，[n]≤45ppm，p≤0.006%，s≤0.005%；通過采用鐓粗+拔長+精鍛工藝成形，減少了組織各向異性，獲得組織均勻的焊絲鋼棒材，為下一步制備高純度、組織性能優(yōu)異的焊絲提供有利條件。

技術(shù)特征：

1.一種海洋裝備用含鈦焊絲鋼棒材，其特征在于，按質(zhì)量百分比計，所述含鈦焊絲鋼棒材包括：c：0.03~0.09%，si：0.40~0.80%，mn：1.00~1.60%，p≤0.006%，s≤0.005%，cr：0.20~1.00%，mo：0.50~1.00%，ni：0.50~1.00%，ti：0.05~1.00%，zr：0.002~0.010%，[o]≤45ppm，[n]≤45ppm，其余為鐵和雜質(zhì)元素。

2.一種海洋裝備用含鈦焊絲鋼棒材的制備方法，其特征在于，用于制備權(quán)利要求1所述的含鈦焊絲鋼棒材，所述制備方法包括：依次進行真空感應(yīng)熔煉、電渣重熔冶煉、鍛造，得到所述含鈦焊絲鋼棒材，其中：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的海洋裝備用含鈦焊絲鋼棒材的制備方法，其特征在于，在真空感應(yīng)爐熔煉過程之前，將溜槽在1100~1200℃的加熱爐內(nèi)加熱，保溫時間＞3h；在配料過程之前，對純鐵、金屬鉻、金屬鉬、金屬鎳進行噴砂處理。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的海洋裝備用含鈦焊絲鋼棒材的制備方法，其特征在于，真空感應(yīng)爐熔煉過程中，開始送電熔煉后，先以第一功率熔化隨爐料，鋼水鋪滿坩堝底部后轉(zhuǎn)成第二功率，所述第一功率大于所述第二功率；真空感應(yīng)爐熔煉過程中，真空度≤5pa；真空感應(yīng)爐熔煉過程中，總精煉時間≥1h。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的海洋裝備用含鈦焊絲鋼棒材的制備方法，其特征在于，澆注過程中，電極棒的澆注溫度為1550~1580℃，開始澆注時的澆注速度為20~50kg/s，澆注錠身1/4高度后以50~100kg/s的澆注速度澆注其余錠身，冒口澆注以2~10kg/s的澆注速度澆注；澆注完成后，進行破空與脫模處理，破空時間≥100min，動模時間≥240min。

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的海洋裝備用含鈦焊絲鋼棒材的制備方法，其特征在于，caf2-cao-al2o3-tio2渣系中，各物質(zhì)的質(zhì)量比為：caf2:cao:al2o3:tio2比例為64%:20%:15%:1%。

7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的海洋裝備用含鈦焊絲鋼棒材的制備方法，其特征在于，保護氣氛電渣重熔冶煉過程中，采用c粉、al粒和si-ca粉進行脫氧、微調(diào)成分及減緩坯料原始成分的燒損；保護氣氛電渣重熔冶煉過程中，結(jié)晶器冷卻出水的溫度≤55℃；保護氣氛電渣重熔冶煉完成后，進行破空與脫模處理，破空時間≥120min，動模時間≥360min。

8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的海洋裝備用含鈦焊絲鋼棒材的制備方法，其特征在于，電渣錠加熱過程中，加熱速率≤80℃/s，保溫時間按照以下公式計算：t=kd，其中k為保溫時間系數(shù)，取值為0.1-1.5，d為電渣錠直徑；回爐加熱過程的加熱溫度及保溫時間同電渣錠加熱過程的加熱溫度及保溫時間。

9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的海洋裝備用含鈦焊絲鋼棒材的制備方法，其特征在于，開坯成形過程中，鐓粗比＞3.5，拔長時至少應(yīng)有一道次的壓下量≥20%。

10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的海洋裝備用含鈦焊絲鋼棒材的制備方法，其特征在于，精鍛過程中，采用四錘頭變形，鍛錘敲打頻率≥90次/min，坯料送進速度≤25mm/s；冷卻過程在鏈式冷床中實施。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及冶金領(lǐng)域，公開了一種海洋裝備用含鈦焊絲鋼棒材及其制備方法。本發(fā)明通過真空感應(yīng)熔煉、電渣重熔冶煉、鍛造制備得到以下成分的含鈦焊絲鋼棒材：C：0.03~0.09%，Si：0.40~0.80%，Mn：1.00~1.60%，P≤0.006%，S≤0.005%，Cr：0.20~1.00%，Mo：0.50~1.00%，Ni：0.50~1.00%，Ti：0.05~1.00%，Zr：0.002~0.010%，[O]≤45PPm，[N]≤45PPm，其余為鐵和雜質(zhì)元素。本發(fā)明通過鋼成分設(shè)計以及工藝參數(shù)控制，制備出了高純凈、組織均勻致密的焊絲鋼棒材，為下一步制備高純度、組織性能優(yōu)異的焊絲提供了有利條件。

技術(shù)研發(fā)人員：林發(fā)駒,陳文雄,吳鋮川,杜思敏
受保護的技術(shù)使用者：成都先進金屬材料產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/28