[发明专利]冶炼大线能量焊接高强度钢的复合脱氧剂及使用方法

说明书

技术领域

本发明属于高强度钢的冶炼技术领域。尤其涉及一种冶炼大线能量焊接高强度钢的复合脱氧剂及使用方法。

背景技术

近三十年来，为了提高大型工程结构的焊接效率，保证其使用的安全可靠性，焊接效率高的单面埋弧焊、气电焊、电渣焊等大线能量焊接技术相继被采用，这给传统的低合金高强度钢带来了新的问题，即焊接粗晶热影响区(HAZ)的强度和韧性变差，且易产生焊接冷裂纹等缺陷。因此，HAZ韧性的改善成为低合金高强度钢大线能量焊接研究和开发的热点和重点。

大线能量焊接条件下低合金高强度钢(抗拉强度为600～1000MPa)的组织转变行为与控制必须充分综合考虑母材及其焊接热影响区组织的形成过程及其控制方法，因为大焊接热输入条件下的焊接热影响区组织的粗化、热影响区的软化以及由此而造成的焊接热影响区的脆化和接头强度的降低是低合金高强度钢焊接中的主要问题。

国内外对低合金高强度钢的焊接热影响区组织性能特征、奥氏体晶粒长大动力学等方面进行了大量的研究与探索，研究和设计出新的大线能量焊接条件下高强度钢及其制造方法，如大线能量低焊接裂纹敏感性系列钢及其生产方法”(ZL 02115877.0)、“高性能耐火耐候建筑用钢及其生产方法”(ZL 01133562.9)、“大线能量焊接非调质高韧性低温钢及其生产方法”(ZL 01128316.5)、大线能量焊接高韧性抗锌液腐蚀用钢及其生产方法(ZL 01128476.5)、“可大线能量焊接的超高强度厚钢板及其制造方法”(ZL 200410017255.5)和“大线能量低焊接裂纹敏感性系列钢及其生产方法”(ZL 02115877.0)等专利技术，但概括起来仍存在如下问题：

1)焊接线能量低，一般为50～150kJ/cm；2)对氧的含量未作出明确的规定，难以提高产品质量和焊接线能量；3)Si含量较高，因较高含量的Si会促进M/A的形成，降低HAZ的韧性；4)含有昂贵金属钒，使产品成本提高；5)有的采用调质工艺生产，含碳量一般来讲比非调质工艺要高，不利于抗更大的线能量焊接和实现控制轧制和控制冷却以及机械热处理工艺(TMCP)，且生产过程复杂、环节多、生产成本高；6)钢中含有稀土元素，稀土元素为非常活泼的元素，不容易控制，且容易污染钢水，不利于产品质量的提高；7)以上冶炼方法工艺过程复杂、时间长、不容易命中钢中的目标成分Si、Ti、Ca、Ba、Mg。

发明内容

本发明旨在克服已有技术缺陷，目的是提供一种成本低廉、工艺过程简单、成分命中率高的冶炼大线能量焊接高强度钢的复合脱氧剂及使用方法，使用该所复合脱氧剂所制造的钢板焊接质量高、裂纹敏感性低、抗拉强度高。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：该复合脱氧剂的化学成分及其含量是：Si为75～90wt％，Ca为1～5wt％，Ti为5～20wt％，Ba为1～10wt％，Mg为1～5wt％，其余为Fe及不可避免的杂质；该复合脱氧剂的制备方法是：按上述成分，以Si-Ca合金为基础，分别加入Ti、Ba和Mg，经真空感应炉熔炼并浇铸而成。

其中：Ti是以Ti磁铁矿高炉渣为原料，经提炼而成的Ti合金；Ba为Si-Ba合金或为金属Ba；Mg为钝化Mg丸或为Mg屑或Fe-Mg合金。

冶炼大线能量焊接高强度钢的复合脱氧剂的使用方法：采用转炉或者电弧炉将铁水、或废钢、或铁水与废钢经炼钢后进行精炼和调整钢水成分，在加入复合脱氧剂前保持钢水中的自由氧含量为10～200ppm，用复合脱氧剂进行脱氧与复合合金化，复合脱氧剂以块状合金或者包芯线的形式加入钢水，复合脱氧剂的加入量为每吨钢0.5～5kg，然后按常规工艺进行连铸和热轧。

由于采用上述技术方案，本发明以Si、Ca、Ti、Ba和Mg为主要成分，经真空感应炉熔炼并浇铸而成，将脱氧与合金化有机结合，有利于形成针状铁素体形核的氧化物，多个元素按目标成分做成复合脱氧剂，一次性完成脱氧与合金化，具有成本低廉、工艺过程简单、成分命中率高的特点。用该脱氧剂冶炼后经轧制的大线能量焊接低合金高强度钢板焊接质量高、裂纹敏感性低、抗拉强度高。所制造的钢抗拉强度为600～1000MPa，在150～800kJ/cm的线能量下进行焊接，焊接后可不进行热处理，焊接HAZ的冲击功不低于母材冲击功的2/3。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步描述，并非对保护范围的限制：