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气保焊丝钢H11Mn2SiA的生产工艺实践

日期:2017年12月14日

《信息记录材料》杂志社官方网站    (论文发表)www.xxjlclzzs.com(论文发表)   论文发表于 《信息记录材料》杂志社


气保焊丝钢H11Mn2SiA的生产工艺实践

武宝仲 李哲 张涛

(河钢股份有限公司唐山分公司,唐山,063016)

摘要:文中重点阐述了气保焊丝钢H11Mn2SiA的成分设计、钢水洁净度、脱氧方式、夹杂物形态、残余元素,以及氮含量的控制。轧制过程参数对金相、性能的影响。通过以上控制,保证了盘条的表面质量和拉拔性能,得到了用户的认可。

关键词:焊丝;脱氧;氮含量 ;夹杂物

1前言

目前CO2保护已在汽车制造、机车和车辆制造、化工机械、农业机械、矿山机械等部门得到了广泛的应用。气保焊丝钢在加工过程中可以省去退火工艺,节省加工成本。焊接过程中,要求焊丝送丝平稳流畅,融化速度快,熔敷效率高,电弧飞溅极少,焊缝均匀美观。因此,气保焊丝钢用盘条必须做到化学成分均匀、非金属夹杂物含量低、钢质纯净,金相组织均匀[1,2]。唐钢于2001年开始生产气保焊丝钢,目前主要以ER70S-6H11Mn2SiA为主。完全满足了客户不经过中间退火,直接由φ5.5mm拉拔至φ0.8mm不断丝的要求。

2 成分设计与工艺路线

2.1成分设计

H11Mn2SiA的国家标准GB/T3429-2002《焊接用钢盘条》焊接用盘条要求较高的焊接质量,焊接使用时不能有气泡产生、飞溅小、敷熔率好,同时要求盘条具有良好的拉拔性能。

使用CO2作为保护气体,在焊接温度下,CO2具有很强的氧化性。此时会发生如下反应:C+CO2=2COFe+CO2=FeO+CO

碳含量过高,会产生大量CO气体,影响焊缝质量,并且碳会增加钢的强度,降低钢的拉拔性能,所以钢中的碳含量取下限[3]。同样,焊接温度下,会发生(2)式的反应,CO2会氧化钢中铁,钢中必须有大量的硅、锰脱氧元素。但是硅锰含量的提高会增加钢的抗拉强度,降低断面收缩率和延伸率。所以,硅锰含量宜下限控制。根据唐钢自身的生产情况,回归分析了碳、锰、硅与抗拉强度的关系式,如式:σb=460.377C%+58.898Mn%+75.778Si%+357.636气保焊丝的成分范围控制如表1所示:

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1  CMnSi成分控制范围,单位,%

硫含量通常认为是有害元素,但是硫能够降低熔池的粘性和表面张力,当硫含量超过0.020%时,由于熔滴表面张力过小,使熔滴无法保持球形,同时会因短路过度而增大飞溅。如果焊丝钢中的硫含量过低,就会影响焊接的熔敷效果,焊丝不平整规范。一般硫含量控制在0.010-0.020%要求。能溶于铁素体,使铁素体在室温下强度、硬度升高增加,塑性降低,发生冷脆,同时也使焊接性能变坏,因此磷含量越低越好。

2.2工艺路径

唐钢气保焊丝钢的工艺流程为:65t顶底复吹转炉65t LF精炼150mm×150mm连铸机→步进式加热炉→高线轧制φ5.5mm盘条。

3冶炼工艺过程控制

3.1氧含量与夹杂物的控制

钢中的夹渣物上浮遵循斯托克定律,液态夹杂物的上浮公式:

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式中:V夹杂物上浮速度,m/sg 重力加速度,9.8m/s2ρs钢液密度,g/cm3ρp夹杂物密度,g/cm3r 夹杂物半径,μmηp液态夹杂物粘度,Pa·Sηs钢水粘度,Pa·S

根据公式可知,夹杂物的半径越大,上浮速度越快,因此,转炉选用钡系脱氧剂。同时,为了得到液态的复合夹杂物,合金化选择硅锰合金取代低碳锰铁与硅铁的合金化方案。出钢时做好挡渣,避免下渣影响钢水质量。

气保焊丝钢为硅镇静钢,由于后续工艺的需要,要求钢中全氧控制在较低水平,若只用硅锰脱氧,难以到达要求。铝作为强脱氧剂,在LF精炼中可以用铝来辅助脱氧,造还原渣,以达到降低钢中全氧的目的。但是为了保证钢水的可浇性,必须保证钢种的Als60ppm。由于钙会导致焊丝飞溅率上升[9],据焊丝厂家反映,当[Ca]10ppm时,焊丝飞溅率3.5%。所以钢中不能添加钙元素,故而冶炼过程中不能使用钙处理来解决钢中Al2O3的水口套眼问题。在水口套眼炉次的铸坯中发现的氧化铝夹杂物,电镜照片和能谱如图1。所以采用硅锰+

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1 电镜照片和能谱

脱氧工艺,能够保证钢中全氧T[O]≤60ppm。这种脱氧方法产生的夹杂物可能有蔷薇辉石、锰铝榴石和纯Al2O3。把夹杂物控制在锰铝榴石的区域,如图2 MnO-SiO2-Al2O3相图所示,即得到了液态夹杂物,而且塑性好易变形。为了得到上述夹杂物,同时控制钢中的[Ca],精炼渣碱度不宜控制过高。二元碱度一般控制在2.0-2.5。通过低碱度的还原渣,保证钢中的[Ca]10ppm。飞溅率保证到3.0%以内,得到了业内的认可。

在连铸过程中做好保护浇铸,防止二次氧化与钢水吸氮,提高自流率。同时保证好中包顶渣的流动性,保证顶渣对夹杂物吸附的同时,确保顶渣的流动性,中包渣碱度过高容易结壳,塞棒调节结晶器液位能力降低,致使铸坯夹渣。进而导致盘条结疤或是氧化铁皮压入,影响盘条的表面质量。

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2  MnO-SiO2-Al2O3相图

3.2氮含量的控制

氮在钢中以氮化物形势存在,影响钢的时效性能,氮化物的析出还会引起晶格扭曲,恶化钢的塑性和冲击韧性,使钢变脆,因此钢中氮含量越低越好。

铁水氮含量一般在40-60ppm,转炉吹炼过程吸氮和脱氮同时进行。吹炼的中期由于碳氧反应生产大量的CO气泡,对钢中的[N]元素起到了真空作用,使脱氮的速率大于吸氮速率,但是吹炼后期由于碳氧反应的减弱,吸氮速率大于脱氮速率。所以吹炼后期应该注意氮氩切换,规范转炉操作,禁止吹炼后期氮气杀渣,减少补吹次数[14]

LF精炼过程中,电弧区的氮气被电离,导致钢水吸氮。所以精炼过程采用微正压控制炉内的气氛。同时保证好埋弧效果。在给电时,每KA电弧电流吹出凹坑深度平均为3mmLF工作电流为20-28kA,所以电极吹出的凹坑深度为60-90mm[15],所以保证好精炼渣的厚度。精炼渣厚度的计算公式

Lmm=U电弧V-20-25

另外在LF给电过程中,补加合金会破坏渣层的保护,导致增氮,因此避免LF给电过程中补加合金,尽量不要在LF进行大的成分调整。尽量减少LF的增氮量。

连铸需大包长水口进行氩封保护,开浇前,中包使用氩气清扫,减少吸氮。

通过以上措施,保证了成品氮含量控制在45ppm以内。避免了氮含量对拉拔性能的影响。氮含量具体控制情况如图3所示。

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3 N含量的变化趋势

3.3残余元素的控制

铬、镍、铜这些残余元素对拉拔性能产生不利影响。铬含量增加会使抗拉强度增高,如图4所示。

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4 Cr含量对Rm的影响

应该严格控制其含量。主要从入炉原料着手,采用优质铁水和废钢,降低铁水和废钢的带入量。

3.4铸坯质量

金属从浇铸温度至室温要经历:液态收缩、凝固收缩、固态收缩。液态收缩和凝固收缩都表现为合金体积的缩小,它是铸件产生、疏松缺陷的基本原因。合金的固态收缩虽然有体积变化,但它只引起铸件外部尺寸的变化,铸坯产生内应力、变形和裂纹等缺陷的基本原因。由于合金焊线钢中含碳量较低,固态收缩较大,所以合金焊线钢易产生内应力、变形、中心裂纹等缺陷。文献中通过GLEEBLE-1500热模拟做拉伸试验,得出ER70S-6的第三脆性区为720-960。因此,拉矫温度要注意避开第三温度脆性区,避免产生内裂纹。

生产中控制好节奏,保证低过热度,采用合理的电磁搅拌参数,有效避免铸坯的宏观偏析。同时稳定拉速,有效的保证了铸坯质量。

4 轧制过程参数的控制

盘条在后续加工过程中,需要满足多道次的轧制,要求盘条有合理的抗拉强度和良好的塑性指标。金相组织中应该含有较高的铁素体,避免马氏体和贝氏体产生。同时要有合理的晶粒度,晶粒度8-9级为宜。为有效的控制晶粒度,获得良好奥氏体组织,采用低温轧制,即降低开轧和终轧温度,通过形变细化奥氏体晶粒。吐丝温度控制在900℃以下,保证冷却温度<1/S。盘条晶粒组织晶粒度9级。

5结语:

在合理的工艺控制下,成品全氧60ppm,氮含量50ppm,钙含量<10ppm,化学成分的均匀稳定、合理的控轧空冷,消除了混晶,保证了盘条的拉拔性能,满足了由φ5.5mm直接拉拔至φ0.8mm不断丝的要求,飞溅率控制在3%以内,得到了用户的认可。

[1] 陈虎、宋超.ER70S-6焊线的拉拔试验[J].金属制品,2003, 29(6: 26.

[2] 魏福龙、赵瑞清、王志兰.合金焊丝钢浇注水口结瘤原因分析及措施[J].金属制品,2012,2(38): 52-55.

[3] 黎孝根.ER70S-6气保焊丝飞溅率实验研究[J].金属制品,2011,6(31): 67-72.

武宝仲,男,籍贯河北唐山,83年4月出生,助理工程师,本科学历,研究方向为钢铁冶金连铸工艺。



信息记录材料

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《信息记录材料》编辑部

2017-11-23



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