專利名稱：一種利用連鑄板坯制造150-400mm厚碳素結(jié)構(gòu)鋼板的工藝的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明屬于金屬材料領域，涉及一種利用連鑄板還制造150-400mm厚碳素結(jié)構(gòu)鋼板的工藝。
背景技術(shù)：
150-400mm厚碳素結(jié)構(gòu)鋼板廣泛應用于重型機械制造、結(jié)構(gòu)加工等國民經(jīng)濟領域。產(chǎn)品要求良好的塑韌性及內(nèi)部質(zhì)量。受連鑄坯料厚度的限制，國內(nèi)用連鑄坯生產(chǎn)保探傷保性能鋼板一般最厚到150mm，150mm以上鋼板一般采用模鑄鋼錠、電渣錠等形式，生產(chǎn)過程存在成材率低，能耗高，生產(chǎn)效率低等缺點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明突破連鑄坯坯料厚度限制，提供一種利用現(xiàn)有連鑄板坯生產(chǎn)保探傷保性能150mm以上厚度碳素結(jié)構(gòu)鋼板技術(shù),可生產(chǎn)最大厚度為400mm的保探傷保性能特厚碳結(jié)鋼板。本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)一種利用連鑄板還制造150_400mm厚碳素結(jié)構(gòu)鋼板的工藝，包括以下步驟(I)以兩塊以上(包含兩塊)四周相同尺寸(即長度、寬度相等，厚度可以不同)的連鑄板坯為原料，所用連鑄板坯包含如下化學成分(質(zhì)量百分比，wt%) C 0. 14 0. 20%, Si
0.20 0. 50%, Mn 0. 08 I. 40%, S 彡 0. 010% ；(2)對所有連鑄板坯待焊接面的三條邊通過火焰切割或刨、銑等形式加工坡口，坡口深度10-40mm，坡口角度15-35° ;將連鑄板坯疊放在一起，并旋轉(zhuǎn)90 °豎直放置，組齊對正，然后采用氣體保護焊的焊接方式，對連鑄板坯有坡口的三個面上的邊縫進行打底焊接，再采用埋弧自動焊進行填充及蓋面焊接，最后將剩余面上的邊縫在高真空下進行真空電子束進行焊接，組焊成大厚度坯料；或者不開坡口，將連鑄板坯疊放在一起，并旋轉(zhuǎn)90°豎直放置，組齊對正，然后全部采用真空電子束焊接的方式將4個面焊接成大厚度坯料；(3)對焊接好的大厚度坯料采用車底式爐或均熱爐進行加熱，出爐溫度控制在1160 1300。。；(4)出爐后軋制，第一階段開軋溫度1050 1150°C，第二階段開軋溫度820 920°C，中間坯厚度不小于成品厚度的I. 4倍；(5)對軋后鋼板進行弱水冷卻，冷卻速度<5°C /S，表面返紅溫度620 780°C ；(6)對鋼板進行正火熱處理，熱處理溫度860 950°C，保溫系數(shù)I. 2 2. Omin/mmD所述步驟(I)的連鑄板坯為經(jīng)轉(zhuǎn)爐煉鋼、LF和RH爐外精煉、連鑄工序的連鑄板坯，所述RH爐外精煉工序中要進行真空脫氣處理，要求真空度彡lOOPa，保壓時間10分鐘以上。所述步驟(2)連鑄板坯，其焊接前通過銑床、刨床等機加工方法，去除待復合表面的氧化鐵皮、油污等，實現(xiàn)表面潔凈。所述步驟(2)氣體保護焊，其焊絲直徑I. 2-2. Omm,焊接電壓20-35V，焊接電流120-400A,焊接速度250-600mm/min，焊絲干伸長度15_25mm，保護氣體CO2或Ar+C02，保護氣體流量15-25L/min，熔深5_20mm ；所述步驟(2)埋弧自動焊，其焊絲直徑4. 0-6. Omm,焊接電壓30-45V，焊接電流250-1600A，焊接速度 250-600mm/min，焊絲干伸長度 25_45mm，熔深 10_30mm ；所述步驟(2)真空電子束焊接，其焊接電壓30-150KV，真空度高于IX KT1Pa,焊接電流 100-500mA，焊接速度 50-700mm/min，熔深 20_50mm。 本發(fā)明利用經(jīng)轉(zhuǎn)爐煉鋼、爐外精煉的連鑄板坯，其化學成分如上所述，其化學成分設計原則如下C、Mn為主要強化元素，為降低生產(chǎn)成本，在保證易焊接性的前提下，C、Mn含量盡量高；S元素含量盡量降低，以減少鋼中夾雜物等對鋼板內(nèi)部質(zhì)量的影響。本發(fā)明爐外精煉工序中進行真空脫氣處理，要求真空度< lOOPa，保壓10分鐘以上，其主要目的一是為了充分脫氣，盡可能降低鋼中氫等氣體的含量，減少氫致裂紋等對鋼板內(nèi)部質(zhì)量的影響；二是為了使鋼水中的夾雜物盡可能上浮，減少鋼中夾雜物的含量。本發(fā)明采用氣體保護焊、埋弧焊和真空電子束焊組合焊接工藝，將坯料四周焊接在一起，組焊成大厚度坯料，焊接界面處坯料為高的真空狀態(tài)，在后續(xù)熱加工變形過程中，極易焊合在一起，形成一個整體，與基體保持一致，可充分利用形成的大厚度坯料增加軋制成品鋼板的壓縮比。本發(fā)明對焊接好的大厚度坯料采用車底式爐或均熱爐進行加熱，適當增加高溫段保溫時間，確保鋼板燒透、燒均勻。本發(fā)明軋制過程中采用二階段軋制法，在第一階段進行高溫低速大壓下軋制，通過反復再結(jié)晶過程細化晶粒；第二階段采用控制軋制，增加相變形核點細化晶粒，中間坯
I.4倍成品厚度是為了保證二階段軋制過程的累積變形量。本發(fā)明對軋后鋼板進行弱水冷卻，軋后水冷是為了更快地冷卻到相變點，防止晶粒過分長大，低冷卻速度是為了減少鋼板厚度方向上的組織性能差異。本發(fā)明對鋼板進行正火熱處理，使鋼板組織均勻，增加鋼板的塑韌性及鋼板厚度方向組織性能均勻性。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明生產(chǎn)的150-400_碳素結(jié)構(gòu)鋼板具備良好的綜合力學性能，探傷合格率達到98%以上，Z向拉伸斷面收縮率達到60%以上，坯材得率85%以上。生產(chǎn)工藝可操作性強，成本低，生產(chǎn)效率高。尤其是氣體保護焊、埋弧焊和真空電子束焊的組焊方式，具有以下優(yōu)勢I、本發(fā)明對連鑄板坯組的三條邊縫首先采用氣體保護焊進行打底焊接，在不污染結(jié)合面的前提下自動高效地完成基礎焊接，并為下一步埋弧焊做好準備；然后對這三條邊縫再采用埋弧自動焊的方式快速地完成焊縫的填充焊接，最后將剩余一條邊縫在真空環(huán)境下應用真空電子束焊工藝，完成坯料的最終焊接；相比四邊真空電子束焊工藝大幅度提高了焊接效率。2、本發(fā)明采用固定順序進行先后焊接的工藝，不是氣體保護焊、埋弧焊和真空電子束焊的簡單結(jié)合，而是嚴格按照大厚度板坯制備的內(nèi)在質(zhì)量要求，充分考慮了三種焊接方式的各自優(yōu)勢，將其優(yōu)化組合的結(jié)果。因為氣體保護焊不會污染板坯組結(jié)合面同時可以實現(xiàn)自動化提高焊接效率，埋弧自動焊是比氣體保護焊更加高效的一種焊接方式，而氣體保護焊和埋弧焊操作均在正常環(huán)境下進行，不像真空焊接時需要反復進出真空室，從而不必反復抽真空操作，因此大幅減少了真空作業(yè)時間，這種組合焊接順序和方式可以在保證焊接要求(特別是對結(jié)合面的潔凈度要求)的前提下大幅度提高焊接效率，降低了生產(chǎn)成本。3、本發(fā)明由于板坯組是豎直方向放置，因此可以保證坯料之間保持Imm左右的間隙，而不會形成局部的封閉區(qū)域。真空電子束焊確保了最終的焊接在高真空中完成，避免了結(jié)合面處存在空氣影響軋后質(zhì)量的可能性，相比較現(xiàn)有真空焊接工藝而言，只需要一次性抽真空和焊接操作，同時由于板坯組為豎直放置焊接，避免了水平焊接時復雜的機械機構(gòu)和升降操作，大幅度提聞了焊接效率。4、本發(fā)明組焊工藝可以完全替代全真空環(huán)境下的制造工藝，所生產(chǎn)的特厚鋼板內(nèi)部質(zhì)量優(yōu)良，性能優(yōu)異，完全達到全真空復合軋制工藝的水平；且與全真空復合軋制工藝相t匕，本發(fā)明操作簡單、投資少，成本降低80%以上，生產(chǎn)效率提高一倍以上，生產(chǎn)組織形式靈活，適用于大批量工業(yè)化生產(chǎn)，而全真空電子束焊接無法批量生產(chǎn)。


圖I為實施例I生產(chǎn)的鋼板原始鑄坯疊合面金相組織圖。實施具體方式以下結(jié)合具體的實施例，對此種150-400mm碳素結(jié)構(gòu)鋼板的制造工藝作詳細描述。實施例I :生產(chǎn)200mm厚Q235B鋼板I)高純凈度鋼水冶煉，鋼液經(jīng)轉(zhuǎn)爐冶煉后進行LF+RH雙精煉，LF精煉充分去除夾雜、脫硫，RH真空處理保持真空度IOOPa共14分鐘，精煉后鋼液中的氣體
13ppm，[H]2ppm。2)鋼水連鑄過程采用全程保護澆注，并使用電磁攪拌，恒速澆注，生產(chǎn)250mm厚同定尺的連鑄坯，熔煉成分分析結(jié)果如下表表I實施例I連鑄坯化學成分
權(quán)利要求
1.一種利用連鑄板坯制造150-400_厚碳素結(jié)構(gòu)鋼板的工藝，其特征是，包括以下步驟 (1)以兩塊以上四周相同尺寸的連鑄板坯為原料，所用連鑄板坯包含如下化學成分cO. 14 O. 20wt%, Si O. 20 O. 50wt%, Mn O. 08 I. 40wt%, S 彡 O. 010wt% ； (2)對所有連鑄板坯待焊接面的三條邊加工坡口，坡口深度10-40mm，坡口角度15-35°，將連鑄板坯疊放在一起，并旋轉(zhuǎn)90°豎直放置，組齊對正，然后采用氣體保護焊的焊接方式，對連鑄板坯有坡口的三個面上的邊縫進行打底焊接，再采用埋弧自動焊進行填充及蓋面焊接，最后將剩余面上的邊縫在高真空下進行真空電子束焊接，組焊成大厚度坯料；或者不開坡口，將連鑄板坯疊放在一起，并旋轉(zhuǎn)90°豎直放置，組齊對正，然后全部采用真空電子束焊接的方式將4個面焊接成大厚度坯料； (3)對焊接好的大厚度坯料采用車底式爐或均熱爐進行加熱，出爐溫度控制在1160 1300 0C ； (4)出爐后軋制，第一階段開軋溫度1050 1150°C，第二階段開軋溫度820 920°C，中間坯厚度不小于成品厚度的I. 4倍； (5)對軋后鋼板進行弱水冷卻，冷卻速度<5°C/S，表面返紅溫度620 780°C ； (6)對鋼板進行正火熱處理，熱處理溫度860 950°C，保溫系數(shù)I.2 2. Omin/mm。
2.如權(quán)利要求I所述的一種利用連鑄板還制造150-400mm厚碳素結(jié)構(gòu)鋼板的工藝,其特征是，所述步驟(I)的連鑄板坯為經(jīng)轉(zhuǎn)爐煉鋼、LF和RH爐外精煉、連鑄工序的連鑄板坯，所述RH爐外精煉工序中要進行真空脫氣處理，要求真空度彡lOOPa，保壓時間10分鐘以上。
3.如權(quán)利要求I所述的一種利用連鑄板還制造150-400mm厚碳素結(jié)構(gòu)鋼板的工藝,其特征是，所述步驟(2 )真空電子束焊接，其焊接電壓30-150KV，真空度高于I X KT1Pa,焊接電流 100-500mA，焊接速度 50-700mm/min，熔深 20_50mm。
4.如權(quán)利要求1-3中任意一項所述的一種利用連鑄板還制造150-400mm厚碳素結(jié)構(gòu)鋼板的工藝，其特征是，所述步驟(2)為對所有連鑄板坯待焊接面的三條邊加工坡口，坡口深度10-40mm，坡口角度15-35°，將連鑄板坯疊放在一起，并旋轉(zhuǎn)90°豎直放置，組齊對正，然后采用氣體保護焊的焊接方式，對連鑄板坯有坡口的三個面上的邊縫進行打底焊接，再采用埋弧自動焊進行填充及蓋面焊接，最后將剩余面上的邊縫在高真空下進行真空電子束進行焊接，組焊成大厚度坯料。
5.如權(quán)利要求4所述的一種利用連鑄板還制造150-400mm厚碳素結(jié)構(gòu)鋼板的工藝，其特征是，所述氣體保護焊，其焊絲直徑I. 2-2. 0mm，焊接電壓20-35V，焊接電流120-400A，焊接速度250-600mm/min，焊絲干伸長度15_25mm，保護氣體CO2或Ar+C02，保護氣體流量15_25L/min,溶深 5_20mm。
6.如權(quán)利要求4所述的一種利用連鑄板還制造150-400mm厚碳素結(jié)構(gòu)鋼板的工藝,其特征是，所述埋弧自動焊，其焊絲直徑4. 0-6. Omm,焊接電壓30-45V，焊接電流250-1600A，焊接速度250-600mm/min,焊絲干伸長度25_45mm,溶深10_30mm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用連鑄板坯制造150～400mm厚碳素結(jié)構(gòu)鋼板的工藝方法，屬于金屬材料領域。該工藝利用經(jīng)轉(zhuǎn)爐煉鋼、爐外精煉的連鑄板坯，板坯包含化學成分C 0.14～0.20wt％，Si 0.20～0.50wt％，Mn 0.08～1.40wt％，S≤0.010wt％；將兩支或多支經(jīng)表面加工清理的連鑄坯料疊放并將四周組合焊接成大厚度坯料后裝車底式爐或均熱爐加熱，出爐后軋制、水冷、熱處理，最終生產(chǎn)制造出120～400mm碳素結(jié)構(gòu)鋼板。本發(fā)明生產(chǎn)工藝簡單、成材率高，超聲波探傷合格率達到98％以上，性能優(yōu)異。
文檔編號B23P15/00GK102764961SQ201210264018
公開日2012年11月7日 申請日期2012年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月27日
發(fā)明者孫衛(wèi)華, 崔健, 王紹祿, 趙乾, 馬興云 申請人:濟鋼集團有限公司