專利名稱：焊絲用合金結構鋼、線材及其制造方法
技術領域：
本發明涉及結構鋼領域，特別是涉及一種焊絲用合金結構鋼的成分設計及其制造方法。此外，本發明還涉及一種由上述焊絲用合金結構鋼制成的焊絲。
背景技術：
焊絲是一種作為焊接時填充金屬或同時作為導電用的金屬絲焊接材料。在氣焊和鎢極氣體保護電弧焊時，焊絲用作填充金屬；在埋弧焊、電渣焊和其他熔化極氣體保護電弧焊時，焊絲既是填充金屬，同時也是導電電極。焊絲可分為3類第一種是軋制焊絲，包括碳鋼焊絲、低合金結構鋼焊絲、合金結構鋼焊絲、不銹鋼焊絲和有色金屬焊絲等；第二種是鑄造焊絲；第三種是藥芯焊絲。中國專利申請CN94101322.7公開了一種二氧化碳氣體保護焊特細焊絲，其含有較低的Mn、Si，所以韌性優良，適合拉拔，但強度難以達到技術要求；中國專利申請 CNOl 128326. 2、CN01133651. X、CN02119591. 9、CN00114334. 4、CNOl 106520. 6 涉及添加鈦、 硼等微量合金元素的合金鋼焊絲，其中加入Ti的技術目的是保證焊縫中Ti含量能達到獲得最佳的促進和細化針狀鐵素體的技術效果，加入B的技術目的是抑制先共析鐵素體的轉變、降低轉變溫度、細化組織以及固溶強化來提高強度；CN00110787. 9屬于純凈鋼系列，其對S、P、Sn、As等殘余元素進行了限定，但其強韌性不良；CN0410025569. X中添加了 Cu，其技術目的是提高耐腐蝕性能。從以上分析可以看出，現有焊絲及其結構鋼尚存在以下不足之處(1)強韌性不良；(2)采用Ti、B等微合金化提高強韌性，但實際焊接性能不良；(3)大多專利未對有害的殘余元素進行限定，純潔度不良。
發明內容
針對上述問題，本發明提供一種高純潔度(低有害元素含量、低氧化物夾雜)、易于拉拔，且能使焊縫獲得與母材相配合的強韌性的焊絲及其焊絲用合金結構鋼。根據本發明的焊絲用合金結構鋼，其化學成分的質量百分比是C :0. 08 0. 13 ； Mn 1. 20 1. 70 ；Si 0. 65 0. 90 ；Cr 彡 0. 10 ；Al 彡 0. 015 ；Mo 彡 0. 10 ；Ni 1. 30 1. 50 ;V ^ 0. 02 ；S 彡 0. 008 ；Cu 彡 0. 10 ;P 彡 0. 012 ；B ^ 0. 005 ；Ti 彡 0. 020 ；N 0. 0040 0. 0150 ；0 ^ 0. 0015 ；As 彡 0. 015 ；Sn 彡 0. 013 ；Sb 彡 0. 015 ；Ca ^ 0. 0004 ； 余量為Fe和不可避免的雜質。本發明的焊絲用合金結構鋼各主要化學成分元素在鋼中的作用如下C :0. 08% 0. 13% ；C是提高鋼強度的主要元素，保證一定的強度必須有一定的碳含量。C控制在0. 08% 0. 13%之間，可以保證獲得足夠的強度，同時保證鋼具有良好的強韌性。Mn 1. 20% 1. 70% ;Mn作為固溶強化元素，同時還可降低奧氏體-鐵素體相變溫度，能夠有效地提高鋼的淬透性。但是錳在鋼中有促進奧氏體化晶粒長大的缺點，因此為了保證Mn能在本發明中發揮良好的作用將其含量控制在1. 20% 1. 70%。Si 0. 65% 0. 90% ；Si能顯著提高鐵素體的強度，改變回火過程中碳化物的析出的形態、數量和尺寸，提高鋼的回火穩定性，間接促進沉淀強化。Si在一定程度上對鋼的塑性和韌性有不良影響，但硅能促進相變過程中碳元素的再分配，提高殘余奧氏體的穩定性，從而改善韌性。硅含量控制在0. 65% 0. 90%，可以在固溶強化的同時提高韌性。Ni 1. 30% 1. 50% ；Ni可以形成和穩定奧氏體，能顯著改善鋼材的韌性，本發明的鋼將Ni的質量百分比控制在1.30% 1.50%，優選為1.35% 1.45%。N 0. 0040% 0. 0150% ;N能夠擴大和穩定奧氏體，從而提高鋼的強韌性。鋼中含錳較多時，可顯著提高氮的溶解度，并可利用氮合金化以代替價格較貴的鎳。本發明中氮的質量百分比為0. 0040% 0. 0150%，優選為0. 0120% 0. 0150%。鉬、鉻、釩、鋁、銅、鈦、硼、硫、磷、砷、錫、銻、氧、鈣這些元素均被作為鋼中的雜質元素，必須控制在一定含量之下。其中優選地，Ti的質量百分比為0.010% 0.020%。控制鋁元素彡0. 015%、氧彡15ppm有利于控制氧化物夾雜；控制鈦、硼含量有利于改善焊接性能；在鋼結晶和加熱時，硫、磷、銅、砷、錫、銻等雜質元素易在晶界偏析，對鋼種整體質量有較大影響，特別是影響鋼材的韌性；鉬、鉻、釩元素含量，一般作為合金元素添加，在本發明中作為殘余元素控制，在技術條件允許情況下應盡可能降低其含量。控制鈣元素< 0. 0004%有利于提高鋼材的基體連續性，鈣元素容易形成塑性的球狀夾雜物，容易破壞鋼材的基體連續性，應在技術條件下盡可能降低，在鋼水精煉時禁止使用鈣脫氧，同時應加強原輔材料中鈦、鈣、硼、硫、磷、銅、砷、錫、銻等有害元素的控制與檢測。根據本發明的另一個方面，本發明還提供一種上述焊絲用合金結構鋼的制造方法，其采用三步法工藝流程第一步電弧爐冶煉-鋼包爐真空精煉；第二步澆注；第三步軋制成線材。本發明的焊絲用合金結構鋼的制造方法，包括以下步驟a.電弧爐冶煉，其中出鋼條件[C]彡0. 04% ； [P]彡0. 006% ；出鋼溫度1620 1660 0C ；b.鋼包精煉，其中采用Si進行沉淀脫氧，采用SWe粉和C粉進行渣面脫氧，真空脫氣中在真空度彡66. 7Pa下保持15 40min ；c.澆注；d.軋制，采用軋鋼機熱加工軋制方法，先對鋼坯進行加熱，其中均熱溫度為 1070 1200°C，保溫時間為100 160min，出爐溫度為1050 1180°C，然后進行軋制，其中軋機的進口溫度控制在780 850°C ；e.冷卻，采用在線緩冷，冷卻速度為40 80°C /h。優選地，所述步驟e中的冷卻速度為40 65°C /h。本發明還提供一種采用上述焊絲用合金結構鋼并采用上述方法步驟制成的線材或焊絲。
本發明具有以下有益效果1.根據本發明的結構鋼具有高純潔度夾雜物級別低(根據GB/T1056檢測可滿足硫化物AS 1.5，氧化物BS 1.5，硅酸鹽CS 1，不變形夾雜物DS 1)；氣體含量(氧 (15ppm, M1^ 1. 5ppm)。2.根據本發明的結構鋼具有良好的拉拔性能，Φ 5. 5mm可以拉拔至0. 5 1. 5mm。3.根據本發明的結構鋼具有良好的強韌性，縱向拉伸抗拉強度為760 890Mpa， 斷面收縮率Z彡44%。4、根據本發明的結構鋼經實施控制軋制與冷卻后進行緩冷，獲得珠光體+鐵素體的組織，熱軋線材的硬度在< 85HRB (采用洛氏硬度試驗)。本發明的結構鋼主要在鍋爐、電站、壓力容器等行業中用于超臨界及超超臨界容器的焊接及后續長時間的維修保養，還可以應用于垃圾焚燒等的鍋爐行業。
具體實施例方式表1示出了本發明的焊絲用合金結構鋼的不同實施例的化學成分的質量百分比；表2示出了本發明的焊絲用合金結構鋼的不同實施例的具體實施例的工藝參數及其力學性能。下面詳細描述本發明的焊絲用合金結構鋼的制造方法。第一步，電弧爐冶煉-鋼包精煉(1)電弧爐冶煉采用優質純凈廢鋼，EBT出鋼口必須完好，以確保出鋼鋼流順暢。熔化期提前造渣， 避免鋼液從大氣中吸氮。氧化過程要確保一定的脫碳量和脫碳速度，去除氣體和夾雜，最大限度降低磷，并用適量碳球造好泡沫渣。出鋼條件[C] ^0. 04% ； [P]彡0.006%，此出鋼條件與成品化學成分中的P含量有直接關系，P的去除只能在電弧爐(氧化性氣氛)中進行，后道工序(還原性氣氛)的P含量只可能增加不可能減少。出鋼溫度1620 1660°C。 EBT出鋼采用留鋼留渣操作，爐內留鋼10%，防止氧化渣進入鋼包。(2)鋼包精煉精煉過程采用硅沉淀脫氧，采用SiFe粉和C粉渣面脫氧，確保爐渣流動性良好和渣色變白。在鋼包進入真空脫氣前定氧，根據氧活度情況加入結晶硅，加入量按成品中的硅含量要求中限配加，并結合定氧值，判斷脫氧效果，決定是否再進行結晶硅用量調整。進真空脫氣前溫度根據鋼種情況加熱到合適值，必須保證真空過程降溫、軟吹氬過程降溫量及澆注過程降溫，真空后不再重復加熱。真空過程在真空度彡66. 7pa下保持時間15 40min 以上。第二步澆注按現有技術采用模鑄或連鑄工藝澆注鋼液。第三步軋制采用軋鋼機熱加工軋制方法，先將合格的坯料表面進行清理，再將其加熱，然后軋制至成品盤條。其中，鋼加熱溫度為1070 1200°C，保溫時間100 160min，出爐溫度 1050 1180°C。加熱均勻的鋼坯出爐后，正常開啟高壓除鱗機，軋機進口溫度(K0CKS減定徑軋制機組進口溫度)780 850°C。
軋成盤條后在線緩冷，冷卻速度40 80°C /h,不得吹風。根據表2中所列的不同實施例的具體成分設計，結合表3中所列的不同實施例的具體工藝參數可以得到本發明的焊絲用合金結構鋼。再如表3所示，本發明的結構鋼具有良好的強韌性，縱向拉伸抗拉強度為760 890Mpa，斷面收縮率Z > 44%。經實施控制軋制與冷卻后進行緩冷，獲得珠光體+鐵素體的組織，熱軋線材的硬度在< 85HRB左右。根據本發明的結構鋼還具有良好的拉拔性能能力，Φ5. 5mm可以拉拔至0. 5 1. 5mm。另外，根據GB/T 1056檢測，本發明的結構鋼具有高純潔度硫化物ASl. 5，氧化物5，硅酸鹽C彡1，不變形夾雜物D彡1，氣體含量氧彡15ppm，氫彡1. 5ppm。本發明的結構鋼主要在鍋爐、電站、壓力容器等行業中用于超臨界及超超臨界容器的焊接及后續長時間的維修保養，還可以應用于垃圾焚燒等的鍋爐行業。
權利要求
1.一種焊絲用合金結構鋼，其化學成分質量百分比為 C 0. 08 0. 13 ；Mn :1. 20 1. 70 ；Si :0. 65 0. 90 ；Cr 彡 0. 10 ；Al 彡 0. 015 ；Mo 彡 0. 10 ；Ni 1. 30 1. 50 ； V 彡 0. 02 ；S 彡 0. 008 ；Cu 彡 0. 10 ；P 彡 0. 012 ；B 彡 0. 005 ； Ti 彡 0. 020 ；N 0. 0040 0. 0150 ；0 彡 0. 0015 ；As 彡 0. 015 ； Sn 彡 0. 013 ； Sb 彡 0. 015 ；Ca 彡 0. 0004 ； 余量為Fe和不可避免的雜質。
2.根據權利要求1所述的焊絲用合金結構鋼，其特征在于，所述N的化學成分質量百分比為 0. 0120 0. 0150。
3.根據權利要求1或2所述的焊絲用合金結構鋼，其特征在于，所述M的化學成分質量百分比為1. 35 ~ 1.45。
4.根據權利要求1到3中任一項所述的焊絲用合金結構鋼，其特征在于，所述Ti的化學成分質量百分比為0. 010 0. 020。
5.一種焊絲用合金結構鋼的線材，其采用權利要求1-4中任一項所述的焊絲用合金結構鋼制成。
6.根據權利要求5所述的焊絲用合金結構鋼的線材的制造方法，其特征在于，包括步驟a.電弧爐冶煉，其中出鋼條件[C]彡0.04% ； [P]彡0. 006 % ；出鋼溫度1620 1660 0C ；b.鋼包精煉，其中采用Si進行沉淀脫氧，采用Sii^e粉和C粉進行渣面脫氧，真空脫氣中在真空度彡66. 7Pa下保持15 40min ；c.澆注；d.軋制，其中鋼坯的均熱溫度為1070 1200°C，保溫時間為100 160min，出爐溫度為1050 1180°C，軋機的進口溫度為780 850°C ；e.冷卻，采用在線緩冷，冷卻速度為40 80°C/h。
7.根據權利要求6所述的制造方法，其特征在于，所述步驟e中的冷卻速度為40 65 0C /h。
全文摘要
焊絲用合金結構鋼，其中C0.08～0.13；Mn1.20～1.70；Si0.65～0.90；Cr≤0.10；Al≤0.015；Mo≤0.10；Ni1.30～1.50；V≤0.02；S≤0.008；Cu≤0.10；P≤0.012；B≤0.005；Ti≤0.020；N0.0040～0.0150；O≤0.0015；As≤0.015；Sn≤0.013；Sb≤0.015；Ca≤0.0004；余量為Fe和不可避免的雜質。其制造方法包括a.電弧爐冶煉，出鋼條件[C]≥0.04％；[P]≤0.006％；出鋼溫度1620～1660℃；b.鋼包精煉，采用Si沉淀脫氧，采用SiFe粉和C粉渣面脫氧；c.澆注；d.軋制，均熱溫度1070～1200℃，保溫時間100～160min，出爐溫度1050～1180℃，進口溫度780～850℃；e.冷卻，在線緩冷，冷卻速度40～80℃/h。該結構鋼具有高純潔度、良好的拉拔性能和強韌性。
文檔編號C22C38/60GK102296251SQ20101020790
公開日2011年12月28日 申請日期2010年6月23日 優先權日2010年6月23日
發明者劉楨, 劉湘江, 江運宏 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司