[發明專利]一種復合包芯線和大線能量焊接用鋼的制備方法

有效

• 申請號: 202010429307.9
• 申請日: 2020-05-20
• 公開（公告）號: CN111500821B
• 公開（公告）日: 2022-01-18
• 發明（設計）人: 朱伏先;李素坤
• 申請（專利權）人: 李素坤
• 主分類號: C21C7/00
• 分類號: C21C7/00;C21C7/06;C21C7/064
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 于曉波

本發明公開了一種復合包芯線和大線能量焊接用鋼的制備方法，屬于鋼鐵冶金技術領域。該包芯線基于氧化物冶金基本原理，選擇多種合金的復合添加模式，通過合理的芯粉化學成分設計，融煉鋼過程中的深脫氧、深脫硫及夾雜物無害化控制諸功能于一身，充分利用冶金過程化學反應，實現鋼中夾雜物的微細化、球狀化、彌散化及復合化控制。采用該包芯線制造的60mm EH36造船鋼板，在線能量460kJ/cm時進行EGW焊接后，焊接熱影響區?40℃沖擊功值≥170J。該包芯線用于替代目前大線能量焊接用鋼生產時常用的Ni?Mg合金后，可使噸鋼合金成本從原工藝的大于300元降低至≤100元，經濟和社會效益顯著，具有很好的推廣應用前景。

技術領域

本發明涉及鋼鐵冶金技術領域，具體涉及一種復合包芯線和大線能量焊接用鋼的制備方法。

背景技術

近年，隨著造船、海洋工程、超高層建筑、橋梁、壓力容器等制造業的迅速發展，高強鋼中厚板的生產規模急速擴大，且隨著構件的大型化和大跨度化，使用中厚鋼板的下游企業為提高施工效率和降低成本，逐步開始采用高效的單道次大線能量焊接方法。而目前國產結構鋼的TMCP或正火材只能承受50kJ/cm以下的焊接線能量，焊接施工時仍不得不沿用生產效率低下的多道次焊接方法，因此能夠承受50kJ/cm以上熱輸入的大線能量焊接用鋼研究開發已引起國內各鋼鐵企業的廣泛關注。

大線能量焊接時，由于焊接熱影響區高溫停留時間變長，容易導致奧氏體晶粒顯著粗化，且單道次焊接比多道次焊接時焊后冷速小，導致在隨后的相變過程中焊接熱影響區易形成側板條鐵素體、魏氏組織和上貝氏體等非正常組織，造成焊接接頭的強度和韌性嚴重惡化，同時產生焊接裂紋的幾率增加，影響構件整體的安全使用。因此，亟待研究開發在大線能量焊接條件下，能夠有效抑制焊縫金屬和焊接熱影響區奧氏體晶粒粗化，及其在隨后的相變過程中能夠促成晶粒組織細化的相關技術。

90年代初，國外學者提出了“氧化物冶金”(0xides Metallurgy)新概念，并由此在國際范圍內出現了一種使鋼中夾雜物變害為利的鋼材組織控制新技術。該技術既有的研究結果表明，Ca、Mg、Zr、RE等合金元素與鋼中的O、S具有極強的親和力，在鋼材冶煉過程中能夠形成高熔點的氧化物、硫化物及其復合化合物，例如CaO、CeO₂、MgO、CaS等的熔點均超過2500℃，熱穩定性非常好。這類高熔點且彌散分布的微細第二相粒子，在高溫下能夠有效釘扎和阻止奧氏體晶粒長大，同時，這些微細的非金屬夾雜物在焊后的冷卻過程中還有利于促進晶內細密狀針狀鐵素體的形成，縮小焊接部位和基材性能的差異，大幅度提高焊接接頭的綜合使用性能。氧化物冶金技術目前已被廣泛應用于大線能量焊接用鋼的工業生產。

中國專利CN101724774A提出了一種“可大線能量焊接厚鋼板制造過程中添加鎂的方法”，CN102191356A提出了一種“大線能量焊接厚鋼板的夾雜物控制方法”，是通過在錠模底部添加Ni-Mg合金的方式加入Mg脫氧劑，對鋼中的夾雜物進行微細化控制，使鋼液中小于3μm的夾雜物所占比例大于或等于80％，夾雜物面密度大于或等于300個/mm²；還有中國專利CN103938065A介紹了“一種大線能量焊接用鋼中復合添加鎂鈦的方法”，其在連鑄前分別在中間包喂入Mg-Y-Ni合金絲和Ti合金絲，從而可以穩定地在鋼液中獲得5～30ppm的鎂含量以及0.005～0.020％的鈦含量，可以在鋼中獲得大量粒度范圍0.5～3μm的細小鎂鈦復合氧化物粒子。但是上述三項技術中都沒有具體涉及到大線能量焊接厚鋼板的制造方法及其對大線能量焊接性能指標的預期。