[发明专利]一种大线能量焊接用钢中复合添加镁钛的方法

说明书

技术领域

本发明属于焊接钢技术领域，具体涉及一种大线能量焊接用钢中复合添加镁钛的方法,在钢中获得大量、细小镁钛复合氧化物从而提高钢大线能量焊接性。

背景技术

为提高焊接施工效率、降低建造成本，在造船、管线、压力容器等许多领域均要求采用大线能量焊接。如在造船领域，要求对16～35mm厚钢板采用一次焊接成型的方法提高施工效率，其一次焊接成型时的线能量高达100～200KJ/cm。

但是，在传统低合金钢焊接过程中，线能量超过50KJ/cm时焊接热影响区（HAZ：Heat Affected zone）原始奥氏体晶粒尺寸显著长大，且组织为粗大的先共析铁素体和侧板条铁素体组织，低温韧性显著降低。一般认为，采用微Ti处理的方法通过在凝固过程中形成大量弥散分布的TiN粒子，可以提高钢的大线能量焊接性。如新日铁申请的中国专利“大线能量焊接的焊接热影响区的低温韧性优异的高强度钢板”（公开号：CN1946862A）通过采用TiN＋Ni技术仅能满足100KJ/cm钢的大线能量焊接性；中国专利“一种适合大线能量焊接的Nb‐Ti微合金钢及冶炼方法”（公开号：CN1962916A）通过采用Nb‐Ti微合金化，也只能满足50～120KJ/cm的线能量焊接。中国专利“用于焊接结构的具有TiN＋ZrN析出相的钢板及其制造方法和使用该钢板的焊接结构”（公开号：CN1398302A）通过增加N含量获得大量TiN和ZrN粒子从而阻止焊接热影响区的原始奥氏体晶粒长大，但是N含量增加后第二相粒子尺寸显著增大，且N的增加影响连铸坯的工艺稳定性。由此可见，采用传统TiN技术难以满足较大线能量（100～200KJ/cm）焊接时焊接热影响区的低温韧性要求。

利用含Ti氧化物即所谓的“氧化物冶金”的技术思路可以显著提高钢在大线能量焊接条件下的低温韧性，这主要是由于Ti及Ti的复合氧化物具有促进晶内针状铁素体形核的能力，通过间接细化原始奥氏体晶粒尺寸的方式获得较高的焊接热影响区低温韧性。但是Ti的氧化物是在钢液中形成，容易上浮和长大，如何在钢中获得细小的Ti氧化物和含Ti复合氧化物成为Ti氧化物冶金技术的关键。通过在Ti处理钢中添加微量Mg（Effect of Mg on the Evolution of Non‐metalic Inclusions in Mn‐Si‐Ti Deoxidized Steel during Solidification.Experiments and Thermodynamic Calculations,Ironmaking and Steelmaking，2005，No.32(3)：251‐257），并形成大量Mg‐Ti‐O复合氧化物颗粒，可以显著细化氧化物尺寸，提高氧化物促进晶内铁素体形核能力，但是如何复合添加镁钛是技术难点。欧洲专利“大线能量焊接时具有优良低温韧性低合金高强钢”（公开号：EP1052303A2）介绍了采用Ti‐Mg复合的方法可以在试验钢中获得细小的氧化物粒子，但是该试验方法仅适用于实验室真空冶炼炉冶炼，中国专利“可大线能量焊接厚钢板制造过程中添加镁的方法”（公开号：101724774A）介绍了通过在铸模底部均匀铺垫NiMg合金的方法获得钢中稳定的Mg收得率，但是该方法适合于小规格真空冶炼炉冶炼，同时主要针对镁添加，不针对镁钛复合添加。中国专利“一种炼钢用钢水脱氧剂及其设备方法”（申请号：CN101020942A）介绍了一种含镁合金丝，该合金丝主要用于钢水脱氧，难以提高钢的大线能量焊接性。

因此，现有技术无法有效解决在钢中复合添加镁钛的方法，从而在钢中获得大量、细小的镁钛复合氧化物粒子。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大线能量焊接用钢中复合添加镁钛的方法，从而在钢中获得大量、细小的镁钛复合氧化物，提高钢大线能量焊接性。

本发明所述问题由以下技术方案解决：

连铸前分别在中间包中喂入Mg-Y-Ni合金丝和Ti合金丝，用于解决大线能量焊接用钢镁钛复合处理并稳定获得细小的镁钛复合氧化物粒子从而提高钢的大线能量焊接性问题。所述Mg-Y-Ni合金丝中Mg质量百分数含量为1-10%，Y质量百分数含量为1-10%；Ti合金丝中Ti质量百分数含量≥95%。

Mg-Y-Ni合金丝的喂入速度为5-15m/min，Ti合金丝的喂入速度为20-50m/min。

钢液进入中包前控制钢液中自由氧[O]的含量在20-50ppm范围。

对本发明中镁钛合金的添加方法进行说明，以下仅用%表示组成中的质量百分比。