一种焊缝夹杂物少的免涂装耐候钢及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种焊缝夹杂物少的免涂装耐候钢及其制备方法，属于耐候钢技术领域，采用的技术方案是通过优化化学成分之间的含量配比，优化耐候钢中Si、Mn、Ni、Cr、Cu、Mo、Ca含量并使各元素之间的配比符合：1.7≥J≥1.2，其中,J是(Si+Mn+50Ca)与(Cr+Ni+Cu+Mo)之间的比值。有益效果是：本发明专利技术提供的耐候钢在焊接时，各类焊缝的夹杂物数量明显减少、尺寸明显减小，因大型夹杂物而导致的焊缝裂纹倾向也明显降低，焊接冶金质量大大提高，探伤合格率提高；所述耐候钢既更耐大气腐蚀，又保持优异的力学性能，还适合于一般工业流程的板材、型材生产，且成本相对低廉。

【技术实现步骤摘要】
一种焊缝夹杂物少的免涂装耐候钢及其制备方法
本专利技术属于耐候钢
，具体涉及一种焊缝夹杂物少的免涂装耐候钢及其制备方法，尤其适用于焊接结构用免涂装耐候钢。
技术介绍
随着我国桥梁行业钢桥设计制造技术的发展，对特殊桥梁钢材料综合性能的要求越来越高。耐候钢由于其良好的耐候性能和力学性能，已逐渐广泛应用于免涂装耐候钢桥的建造。免涂装耐候钢桥作为一种绿色高效制造新技术的新型钢桥，具有全寿命周期成本降低、制造工期缩短、危害有机物释放减少、褐色外观与自然环境相协调等优势。现有耐候钢主要是采用Cr-Ni-Cu-Mo-Si合金系列组分，如专利“热轧态屈服强度500MPa级耐候桥梁钢及其制造方法”（CN101892431A）、“一种耐候厚钢板及其制造方法”（CN102021494A）、“一种含Mo的高性能桥梁耐候钢及其制备方法”（CN102534417B）、2015年公开的“一种桥梁用Q345qENH~Q420qENH级高性能耐候钢的焊接方法”（CN105252122A）、2016年公开的“485MPa级TMCP+回火耐候桥梁钢板及生产方法”（CN105779883A）、2016年公开的“一种耐候结构钢板及其生产方法”（CN106191669A）、2017年公开的“一种钢桥梁用Q420qENH免涂装耐候钢的焊接方法”（CN106956064A），上述耐候钢的化学成分如表1所示，表1现有技术耐候钢的化学成分（wt.%）。但是，大量工业性试验与实际工程应用发现，目前添加Cr、Ni、Cu、Mo的耐候钢在实际焊接、特别是熔化极二氧化碳气体保护焊接过程中，因这些耐候合金元素熔化、过渡到焊缝中，使熔池粘度提高，且熔池中的原子氧和氧化亚铁（FeO）使Cr和Mo氧化烧损而容易形成尺寸较大的夹杂物，进一步使熔池流动性下降，较多的夹杂物和气体因此难于上浮、滞留在焊缝中，有损焊缝的-40℃低温韧性，严重时甚至导致焊缝裂纹，从而恶化了焊接性能和焊缝的耐候性能。这种焊缝有害夹杂物在耐候钢焊缝断面上大量存在，其平均尺寸达到3µm及以上，在每平方毫米的区域中，平均数量达到400个以上，如何减少焊缝中夹杂物，对提高耐候钢的焊接性能及焊缝的耐候性能非常重要，但目前，尚无有效的解决措施。
技术实现思路
为解决耐候钢焊缝夹杂物多、低温韧性差的技术问题，本专利技术提供一种焊缝夹杂物少的免涂装耐候钢及其制备方法，通过优化化学成分之间的含量配比，优化Si、Ca，使其过渡到焊缝，以更好的控制熔池冶金反应，实现了免涂装耐候钢焊缝夹杂物的大大降低。本专利技术采用的技术方案是：一种焊缝夹杂物少的免涂装耐候钢，所述耐候钢中化学成分的质量百分比为：C：0.03~0.07，Si：0.35~0.80，Mn：0.90~1.40，P：0.005~0.0015，S≤0.005，Cr：0.25~0.55，Ni：0.25~0.60，Cu：0.25~0.50，Mo：0.03~0.25，Nb：0.010~0.045，Ti：0.005~0.015，V≤0.040，Al：0.020~0.045，Ca：0.003~0.015，余量为Fe，所述耐候钢中Si、Mn、Ni、Cr、Cu、Mo、Ca含量之间的配比符合：1.7≥J≥1.2，其中,J是(Si+Mn+50Ca)与(Cr+Ni+Cu+Mo)之间的比值。优选的，所述耐候钢Si含量的质量百分比为0.50~0.65。优选的，所述耐候钢Cr含量的质量百分比为0.35~0.50。优选的，所述耐候钢Ni含量的质量百分比为0.30~0.45。优选的，所述耐候钢Cu含量的质量百分比为0.28~0.38。优选的，所述耐候钢Mo含量的质量百分比为0.05~0.15。优选的，所述耐候钢根据化学成分计算的耐大气腐蚀指数I≥6.5，其中：I=26.01(%Cu)+3.88(%Ni)+1.20(%Cr)+1.49(%Si)+17.28(%P)-7.29(%Cu)(%Ni)-9.10(%Ni)(%P)-33.39(%Cu)2。优选的，所述耐候钢的焊缝为气体保护焊焊缝，保护气体为纯二氧化碳气体。采用的焊材是符合标准TB2374-2008T《铁道车辆用耐大气腐蚀钢及不锈钢焊接材料》的焊材。本专利技术还提供一种焊缝夹杂物少的免涂装耐候钢板的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：（1）冶炼钢水：采用脱硫剂、脱硅剂、脱磷剂预处理钢水后，以电弧炉或转炉控制1500~1650℃进行冶炼，得钢水；（2）LF炉精炼：钢水转至LF炉，采用CaO-Al2O3-SiO2三元渣系，向渣面撒入铝粒造还原渣，迅速降低渣中MnO+FeO含量到0.5wt.%以下；保证炉内微正压，控制吹氩流量350-650NL/min，精炼40~50min，调整化学成分的质量百分比为：C：0.03~0.07，Si：0.35~0.80，Mn：0.90~1.40，P：0.005~0.0015，S≤0.005，Cr：0.25~0.55，Ni：0.25~0.60，Cu：0.25~0.50，Mo：0.03~0.25，Nb：0.010~0.045，Ti：0.005~0.015，V≤0.040，Al：0.020~0.045，Ca：0.003~0.015，余量为Fe，所述耐候钢中Si、Mn、Ni、Cr、Cu、Mo、Ca含量之间的配比符合：1.7≥J≥1.2，其中,J是(Si+Mn+50Ca)与(Cr+Ni+Cu+Mo)之间的比值，静搅20~30分钟；（3）VD炉真空处理：真空度≤1毫巴，真空保持时间20~25分钟，破真空后静搅12~18分钟，喂入Al线和Si-Ca线，使终点[O]、[N]分别控制在[O]≤0.0025%、[N]≤0.0045%；（4）保护连铸：采用全程保护浇注方式，得板坯；（5）热机械轧制：将板坯加热至1200±20℃，控制温度≥1000℃粗轧3~7道次，得中间坯，再以800~920℃对中间坯进行4~7道次精轧，然后冷却得免涂装耐候钢板，其中，冷却时控制开冷温度760~800℃、返红温度500~700℃、冷速5～15℃/s。进一步的，所述制备方法还包括步骤（6）回火处理：回火温度500~600℃、保温时间为“板厚+(10~50)min”。上述技术方案中，对耐候钢的合金元素的化学组分进行了限定，其主要原因如下：Cr：既能增加淬透性，从而提高强度，又能在钢的表面形成致密的氧化膜，产生钝化效果，从而提高耐大气腐蚀性能。但Cr含量过高会提高钢、焊缝及热影响区的脆性转变温度，且在焊缝熔池反应过程中有形成较大尺寸夹杂氧化物而增加脆性和裂纹的倾向，因此，Cr含量限定在0.25~0.55wt.%。Ni：能显著增加钢的内锈层的致密性，使钢的腐蚀电位正移，显著提高耐大气腐蚀性能；有效改善断裂韧性，还显著降低钢、焊缝及热影响区的脆性转变温度，是最有效的确保低温韧性的合金元素。Ni的含量限定在0.30~0.60wt.%，若过高，则会因母材局部熔化而过渡到焊缝，增加熔池粘度而降低流动性，造成焊缝夹杂物数量容易增多，另一方面，Ni含量若是贵重元素，过高含量将大幅度增加成本，含量更优选0.30~0.45wt.%。Cu：钢表面易富集Cu形成致密稳定锈层而阻止腐蚀，且在钢的腐蚀反应过程中，Cu促使钢作为阳极发生钝化而减缓腐蚀；当Cu含量低于0.28wt.%时，其耐本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种焊缝夹杂物少的免涂装耐候钢，其特征在于，所述耐候钢中化学成分的质量百分比为：C：0.03~0.07，Si：0.35~0.80，Mn：0.90~1.40，P：0.005~0.0015，S≤0.005，Cr：0.25~0.55，Ni：0.25~0.60，Cu：0.25~0.50，Mo：0.03~0.25，Nb：0.010~0.045， Ti：0.005~0.015，V≤0.040，Al：0.020~0.045，Ca：0.003~0.015，余量为Fe，所述耐候钢中Si、Mn、Ni、Cr、Cu、Mo、Ca含量之间的配比符合：1.7≥J≥1.2，其中, J是(Si+Mn+50Ca)与(Cr+Ni+Cu+Mo)之间的比值。

【技术特征摘要】
1.一种焊缝夹杂物少的免涂装耐候钢，其特征在于，所述耐候钢中化学成分的质量百分比为：C：0.03~0.07，Si：0.35~0.80，Mn：0.90~1.40，P：0.005~0.0015，S≤0.005，Cr：0.25~0.55，Ni：0.25~0.60，Cu：0.25~0.50，Mo：0.03~0.25，Nb：0.010~0.045，Ti：0.005~0.015，V≤0.040，Al：0.020~0.045，Ca：0.003~0.015，余量为Fe，所述耐候钢中Si、Mn、Ni、Cr、Cu、Mo、Ca含量之间的配比符合：1.7≥J≥1.2，其中,J是(Si+Mn+50Ca)与(Cr+Ni+Cu+Mo)之间的比值。2.根据权利要求1所述的免涂装耐候钢，其特征在于，所述耐候钢Si含量的质量百分比为0.50~0.65。3.根据权利要求1所述的免涂装耐候钢，其特征在于，所述耐候钢Cr含量的质量百分比为0.35~0.50。4.根据权利要求1所述的免涂装耐候钢，其特征在于，所述耐候钢Ni含量的质量百分比为0.30~0.45。5.根据权利要求1所述的免涂装耐候钢，其特征在于，所述耐候钢Cu含量的质量百分比为0.28~0.38。6.根据权利要求1所述的免涂装耐候钢，其特征在于，所述耐候钢Mo含量的质量百分比为0.05~0.15。7.根据权利要求1所述的免涂装耐候钢，其特征在于，所述耐候钢根据化学成分计算的耐大气腐蚀指数I≥6.5，其中：I=26.01(%Cu)+3.88(%Ni)+1.20(%Cr)+1.49(%Si)+17.28(%P)-7.29(%Cu)(%Ni)-9.10(%Ni)(%P)-33.39(%Cu)2。8.一种焊缝夹杂物少的免涂装耐候钢板的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：（1）冶炼钢水：采用脱硫剂、脱硅剂、...

【专利技术属性】
技术研发人员：王青峰，曲晓敏，张春玲，胡兵，张月，孙瑞，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北,13