一种复合包芯线和大线能量焊接用钢的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种复合包芯线和大线能量焊接用钢的制备方法，属于钢铁冶金技术领域。该包芯线基于氧化物冶金基本原理，选择多种合金的复合添加模式，通过合理的芯粉化学成分设计，融炼钢过程中的深脱氧、深脱硫及夹杂物无害化控制诸功能于一身，充分利用冶金过程化学反应，实现钢中夹杂物的微细化、球状化、弥散化及复合化控制。采用该包芯线制造的60mm EH36造船钢板，在线能量460kJ/cm时进行EGW焊接后，焊接热影响区‑40℃冲击功值≥170J。该包芯线用于替代目前大线能量焊接用钢生产时常用的Ni‑Mg合金后，可使吨钢合金成本从原工艺的大于300元降低至≤100元，经济和社会效益显著，具有很好的推广应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种复合包芯线和大线能量焊接用钢的制备方法
本专利技术涉及钢铁冶金
，具体涉及一种复合包芯线和大线能量焊接用钢的制备方法。
技术介绍
近年，随着造船、海洋工程、超高层建筑、桥梁、压力容器等制造业的迅速发展，高强钢中厚板的生产规模急速扩大，且随着构件的大型化和大跨度化，使用中厚钢板的下游企业为提高施工效率和降低成本，逐步开始采用高效的单道次大线能量焊接方法。而目前国产结构钢的TMCP或正火材只能承受50kJ/cm以下的焊接线能量，焊接施工时仍不得不沿用生产效率低下的多道次焊接方法，因此能够承受50kJ/cm以上热输入的大线能量焊接用钢研究开发已引起国内各钢铁企业的广泛关注。大线能量焊接时，由于焊接热影响区高温停留时间变长，容易导致奥氏体晶粒显著粗化，且单道次焊接比多道次焊接时焊后冷速小，导致在随后的相变过程中焊接热影响区易形成侧板条铁素体、魏氏组织和上贝氏体等非正常组织，造成焊接接头的强度和韧性严重恶化，同时产生焊接裂纹的几率增加，影响构件整体的安全使用。因此，亟待研究开发在大线能量焊接条件下，能够有效抑制焊缝金属和焊接热影响区奥氏体晶粒粗化，及其在随后的相变过程中能够促成晶粒组织细化的相关技术。90年代初，国外学者提出了“氧化物冶金”(0xidesMetallurgy)新概念，并由此在国际范围内出现了一种使钢中夹杂物变害为利的钢材组织控制新技术。该技术既有的研究结果表明，Ca、Mg、Zr、RE等合金元素与钢中的O、S具有极强的亲和力，在钢材冶炼过程中能够形成高熔点的氧化物、硫化物及其复合化合物，例如CaO、CeO2、MgO、CaS等的熔点均超过2500℃，热稳定性非常好。这类高熔点且弥散分布的微细第二相粒子，在高温下能够有效钉扎和阻止奥氏体晶粒长大，同时，这些微细的非金属夹杂物在焊后的冷却过程中还有利于促进晶内细密状针状铁素体的形成，缩小焊接部位和基材性能的差异，大幅度提高焊接接头的综合使用性能。氧化物冶金技术目前已被广泛应用于大线能量焊接用钢的工业生产。中国专利CN101724774A提出了一种“可大线能量焊接厚钢板制造过程中添加镁的方法”，CN102191356A提出了一种“大线能量焊接厚钢板的夹杂物控制方法”，是通过在锭模底部添加Ni-Mg合金的方式加入Mg脱氧剂，对钢中的夹杂物进行微细化控制，使钢液中小于3μm的夹杂物所占比例大于或等于80％，夹杂物面密度大于或等于300个/mm2；还有中国专利CN103938065A介绍了“一种大线能量焊接用钢中复合添加镁钛的方法”，其在连铸前分别在中间包喂入Mg-Y-Ni合金丝和Ti合金丝，从而可以稳定地在钢液中获得5～30ppm的镁含量以及0.005～0.020％的钛含量，可以在钢中获得大量粒度范围0.5～3μm的细小镁钛复合氧化物粒子。但是上述三项技术中都没有具体涉及到大线能量焊接厚钢板的制造方法及其对大线能量焊接性能指标的预期。CN107177716A介绍了“一种用于大线能量焊接用微合金钢的生产方法”，在HYE海洋平台用钢的实施例中，将金属Mg挤压成Ф4mm的金属镁线，外层包覆一层厚度0.5mm的金属铝带，再用厚度0.45mm的低碳钢带紧密包覆成直径为Ф9mm的Al-Mg合金包芯线，在控制钢水中[O]在45PPm后，以3m/秒的喂线速度按每吨钢水0.10m的喂线量喂入Al-Mg合金包芯线，制成厚度为30mm的HYE海洋平台钢板，采用150kJ/cm大线能量焊接时，钢板与焊接熔合线+1mm1/4处-40℃冲击韧性值达到140J。该技术在镁的添加方法和提高镁的利用率方面有创意，但采用该项技术制造的30～40mm钢板只能承受150kJ/cm的最大线能量，离目前市场的实际需求相差甚远，至今未见工业批量生产业绩报导。CN103215507介绍了“一种提高大线能量焊接性能的钢板冶炼方法”，该专利技术采用120t顶底复吹转炉-LF钢包炉精炼-VD真空精炼-连铸工艺，通过精确控制氧含量≤150ppm范围后，严格按照Ti铁—Al线—Ni-Mg线—Ca线顺序添加合金，且控制间隔时间不超过5min，使钢水中形成细小弥散的纳米级夹杂物有效钉扎焊接热影响区奥氏体晶粒长大。实施例的60mm钢板在线能量160kJ/cm～400kJ/cm范围内，焊接热影响区-40℃的冲击韧性值全部＞100J，满足400kJ/cm的大线能量焊接性能要求。但由于其生产工艺比较复杂且需要添加价格昂贵的Ni-Mg合金包芯线，导致吨钢冶炼成本至少需要增加300元以上。该技术产品或因销售价格因素，至今也未见大面积推广应用业绩报导，亟待研究开发新的替代技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种复合包芯线和大线能量焊接用钢的制备方法，该复合包芯线价格适中且生产工艺相对简单，能够替代目前国内外钢铁企业生产大线能量焊接用钢时常用的Ni-Mg合金包芯线。本专利技术的复合包芯线基于氧化物冶金基本原理，选择多种合金的复合添加方式，通过合理的芯粉化学成分设计，融炼钢过程中的深脱氧、深脱硫及夹杂物无害化控制诸功能于一身，充分利用冶金过程化学反应实现钢中夹杂物的微细化、球状化、弥散化及复合化控制。为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：一种复合包芯线，是由管状的包芯线外壳及充填于该管状外壳内的合金芯粉组成，按重量百分含量计，所述合金芯粉的化学组成如下：Si10～45％，Mn1.0～5.0％，Al1.0～10％，P≤0.06％，S≤0.025％，助剂元素20～35％，其余为Fe及不可避免杂质。所述合金芯粉中可以不含Ti，也可以含有20～35wt.％的Ti。所述合金芯粉优选的化学组成如下(wt.％)：Si15～25％，Ti22～28％，Mn1.5～2.5％，Al5～8％，P≤0.06％，S≤0.025％，助剂元素20～30％，其余为Fe及不可避免杂质。所述合金芯粉更优选的化学组成为如下两种：第一种组成(wt.％)：Si18.00％，Ti25.00％，Mn2.00％，Al6.00％，P≤0.025％，S≤0.025％，助剂25.00％，其余为Fe及不可避免的杂质；第二种组成(wt.％)：Si38.00％，Mn1.00％，Al1.50％，P≤0.025％，S≤0.025％，助剂元素23.00％，其余为Fe及不可避免的杂质。所述合金芯粉中的助剂元素为Mg、Ca、Zr和RE中的至少两种；所述助剂元素中，Mg为0～15％，Ca和/或Zr为5～25％，RE为1.0～10％，RE为Ce和/或La。所述包芯线外壳为SPCC冷轧钢带，冷轧钢带厚度0.35-0.7mm，包芯线直径9～13mm。该复合包芯线的制备过程为：首先准备原料粉末，原料粉末粒度≤3mm；将原料粉末按所述合金芯粉的组成混合，通过混粉机混合均匀后，采用冷轧钢带经冷弯成型机组包覆制成所需规格的包芯线。利用所述复合包芯线进行大线能量焊接用钢的制备，其制备方法包括以下步骤：(1)确定大线能量焊接用钢化学成分；(2)进行转炉冶炼后，将钢水置于LF钢包炉内进行一次精炼，再本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合包芯线，其特征在于：该复合包芯线是由管状的包芯线外壳及充填于该管状外壳内的合金芯粉组成，按重量百分含量计，所述合金芯粉的化学组成如下：Si 10～45％，Mn 1.0～5.0％，Al 1.0～10％，P≤0.06％，S≤0.025％，助剂元素20～35％，其余为Fe及不可避免杂质。/n

【技术特征摘要】
1.一种复合包芯线，其特征在于：该复合包芯线是由管状的包芯线外壳及充填于该管状外壳内的合金芯粉组成，按重量百分含量计，所述合金芯粉的化学组成如下：Si10～45％，Mn1.0～5.0％，Al1.0～10％，P≤0.06％，S≤0.025％，助剂元素20～35％，其余为Fe及不可避免杂质。


2.根据权利要求1所述的复合包芯线，其特征在于：按重量百分含量计，所述合金芯粉的化学组成如下：
Si38.00％，Mn1.00％，Al1.50％，P≤0.025％，S≤0.025％，助剂元素23.00％，其余为Fe及不可避免的杂质。


3.根据权利要求1所述的复合包芯线，其特征在于：所述合金芯粉中还可以含有20～35wt.％的Ti。


4.根据权利要求3所述的复合包芯线，其特征在于：按重量百分含量计，所述合金芯粉的化学组成如下：
Si15～25％，Ti22～28％，Mn1.5～2.5％，Al5～8％，P≤0.06％，S≤0.025％，助剂元素20～30％，其余为Fe及不可避免杂质。


5.根据权利要求1所述的复合包芯线，其特征在于：按重量百分含量计，所述合金芯粉的化学组成如下：
Si18.00％，Ti25.00％，Mn2.00％，Al6.00％，P≤0.025％，S≤0.025％，助剂25.00％，其余为Fe及不可避免的杂质。


6.根据权利要求1-5任一所述的复合包芯线，其特征在于：所述助剂元素为Mg、Ca、Zr和RE中的至少两种；所述助剂元素中，Mg为0～15％，Ca和/或Zr为5～25％，RE为1.0～10％，RE为Ce和/或La。


7.根据权利要求1-5任一所述的复合包芯线，其特征在于：所述包芯线外壳为SPCC冷轧钢带，冷轧钢带厚度0.35-0.7mm，包芯线直径9～13mm。


8.根据权利要求7所述的复合包芯线，其特征在于：该复合包芯线...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱伏先，李素坤，
申请(专利权)人：李素坤，
类型：发明
国别省市：辽宁;21