CN101701318A - 一种药芯焊丝外壳用钢及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种药芯焊丝外壳用钢及其制造方法。其解决目前存在的与药芯的成分匹配度差，杂质元素含量多，延伸率低，易出现断带，焊丝熔敷金属强韧性低等不足。措施：本发明的化学成分及重量百分比为：C：0.012～0.038％，Si0.003～0.009％，Mn：0.20～0.29％，Cu0.015～0.05％，Al：0.015～0.019％，Re：0.001～0.005％，P≤0.01％，S≤0.008％，N：≤0.002％，其余为Fe及不可避免的杂质。生产方法：对上述钢种成分进行铁水脱硫、转炉吹炼、RH真空处理等冶炼工序并连铸成坯；进行热轧；进行卷取；后依次进行酸洗、单机架进行冷轧、罩式炉退火、精整及涂油包装。本发明具有低碳、硅及硫磷，低屈强比，高纯净度，良好的延展性及与药芯的成分匹配性。

Description

一种药芯焊丝外壳用钢及其生产方法

技术领域

本发明涉及低合金钢制造领域，具体属于一种药芯焊丝外壳用钢及其制造方法。

背景技术

在现有的焊接材料中，药芯焊丝是技术含量最高的产品，也被称为是焊接材料的第4代产品。由于药芯焊丝兼具气体保护实芯焊丝、埋弧焊丝高效率、自动化和焊条品种多、适应面广、焊接工艺性能好两方面的优点，已成为当今最具发展前途的焊接材料，代表了当代焊接材料的发展方向。我国药芯焊丝的应用开始于20世纪80年代宝钢建设的初期，当时是进口日本新日铁的SAN-55A药芯焊丝。直至2000年，我国的药芯焊丝应用生产才步入正轨。现在我国本土企业，包括国外合资或独资在内的，药芯焊丝生产企业将近30家，年生产能力将近20万吨。目前国内药芯焊丝生产线总计60余条，除4条采用盘园法，1条采用钢管法外，其余全部是采用钢带法生产药芯焊丝。药芯焊丝性能主要决定于药芯焊丝原材料、药芯配方及生产装备和工艺。药芯焊丝制造要求所用钢带低碳，低硫磷，高纯净度，具有良好的延展性。药芯焊丝中钢带所占比重为80～85％。所以钢带质量的稳定性、纯净度等直接决定了药芯焊丝的性能优劣。目前制造药芯焊丝所用钢带多为spcc(即普通冷轧钢带)或08Al等低碳钢，其成分及含量分别为(％)：

牌号	C	Si	Mn	P	S	Als	Ni	Cr	Cu
										08Al	0.05～0.12	≤0.03	0.25～0.65	≤0.035	≤0.035	0.02～0.07	≤0.25	≤0.10	≤0.25
SPCC	≤0.12	-	≤0.50	≤0.040	≤0.045	≥0.015		0.02～0.06

药芯焊丝的专用钢带很少。spcc(即普通冷轧钢带)或08Al钢用做药芯焊丝的外壳用钢，其共同的不足是：仅靠C、Si、Mn元素来满足药芯焊丝制造工艺性能；其与药芯的成分匹配度差，杂质元素含量多，纯净度差，延伸率低，制作的焊丝直径均匀性差，制造过程中容易出现断带，焊丝熔敷余属强韧性低，且性能不稳定。

发明内容

本发明在于解决采用spcc或08Al钢用做药芯焊丝的外壳用钢存在的与药芯的成分匹配度差，杂质元素含量多，纯净度差，延伸率低，容易出现断带，焊丝直径均匀性差，熔敷金属性能低等不足，提供一种具有高强度、高纯净度、优良的延展性能、低屈强比特点，且生产工艺简单，制造成本低，易于实现工业化大生产的一种药芯焊丝外壳用钢及其生产方法。

实现上述目的的技术措施：

一种药芯焊丝外壳用钢，其特征在于：钢的化学成分及重量百分比为：C：0.012～0.038％，Si0.003～0.009％，Mn：0.20～0.29％，Cu0.015～0.05％，Al：0.015～0.019％，Re：0.001～0.005％，P≤0.01％，S≤0.008％，N：≤0.002％，其余为Fe及不可避免的杂质。

生产权利一种药芯焊丝外壳用钢的方法，其步骤：

1)将化学成分及重量百分比为：C：0.012～0.038％，Si0.003～0.009％，Mn：0.20～0.29％，Cu0.015～0.05％，Al：0.015～0.019％，Re：0.001～0.005％，P≤0.01％，S≤0.008％，N：≤0.002％，其余为Fe及不可避免的杂质的钢种成分进行铁水脱硫、转炉吹炼、RH真空处理等冶炼工序并连铸成坯；

2)进行热轧：其开轧温度控制在1030～1090℃，终轧温度控制在860～920℃，总轧制压下率控制为90％；

4)进行卷取：其卷取温度控制在520～580℃；

5)后依次进行酸洗、单机架进行冷轧、罩式炉退火、精整及涂油包装。

本发明中各元素的作用及机理

药芯焊丝专用冷轧钢带在成分设计上采用碳、锰作为基本强化元素，配以Al、Cu、稀土合金化，低Si，低S、P，在保证强度硬度的同时大大提高其塑性。成分设计的创新点在于采用稀土、Cu、Al联合微合金化，并严格控制其成分范围，保证药芯焊丝专用冷轧钢带强度硬度的同时，大大提高其延展性，以适应药芯焊丝在轧拔过程中宽工艺应用。

本发明钢中化学成分的设计是至关重要的，它决定了其力学性能充分满足药芯焊丝制造工艺要求。

为促进钢带中铁素体的生成，保证钢带具有低的屈服强度，高的抗拉强度，高的均匀延伸率，C和Mn应控制在合理的范围之内。C按重量百分比控制在0.012～0.038％，Mn控制在0.2～0.29％，可提高钢带A_r3点，促进铁素体生成。同时抑制了Mn的偏析，其结果是有效提高了金相组织的均匀性，确保了较高程度的延性和延伸凸缘成形性之间的平衡。

Si一般做为钢中的强化元素及脱氧剂，它的脱氧能力强于Mn，但它在提高强度的同时降低韧性，含量高也容易生成脱氧产物残留钢中，形成夹杂从而降低钢的均匀延伸率。故Si按重量百分比控制在0.003～0.009％。

Cu在含量较低的时候，能提高钢的抗拉强度，又能保持良好的塑性和韧性，作用与Ni相似，Ni是较稀缺的元素，固在钢中含量要求不高时，可采用Cu代替。Cu按重量百分比控制在0.015～0.05％可在保证抗拉强度的同时，使屈服强度有所降低。

在钢中加入稀土后，夹杂物既被细化又被球化。由于加入稀土后非金属夹杂弥散分布，这也具有减小奥氏体晶粒尺寸的作用，随着稀土元素的增加，奥氏体晶粒尺寸逐渐减小，也趋于均匀化，这有利于钢带特征组织的致密、纯净、均匀，从而提高均匀延伸率，同时兼具脱氧去硫作用，改善各项异性性能。本发明中稀土按重量百分比控制在0.001～0.005％。

由于本发明中限制Si含量在极低的范围，所以Al主要用来脱氧和细化晶粒。但如果铝用量过多，则会使钢带产生反常组织和有促进钢的石墨化倾向。并给冶炼浇铸等方面带来若干困难。本发明中Al按重量百分比控制在0.015～0.019％。

本发明中N、P、S属有害元素，应抑制在较低的范围之内，故N按重量百分比为小于0.002％，P小于0.010％，S小于0.008％。

本发明作为一种药芯焊丝专用钢带，具有低碳，低硅、低硫磷，低屈强比，高纯净度，具有良好的均匀延展性，适合全位置药芯焊丝的制造，各项性能充分满足药芯焊丝制造工艺要求。通过Al、Cu、稀土元素的微合金化，在保证钢带强度硬度的同时，大幅提高钢带的延展性，非常有利于药芯焊丝在轧拔过程不断丝。钢带合金元素少，冶炼、轧制成本低，工艺简单，利用工业性大生产制造。

具体实施方式

下面进行详细描述：

实施例1：

将钢的化学成分(按重量％)为：C 0.038，Si 0.003，Mn 0.29，Cu 0.05，Al 0.019，Re：0.005，P 0.008，S 0.005，N 0.0013，余量为Fe及其它不可避免杂质的钢种成分进行铁水脱硫、转炉吹炼、RH真空处理等冶炼工序并连铸成坯；进行热轧：其开轧温度控制在1080℃，终轧温度控制在900℃，总轧制压下率控制为90％；热轧后在580℃条件下卷取；后依次进行酸洗、单机架进行冷轧、罩式炉退火、精整及涂油包装。采用单机架冷轧后的终轧规格为0.8mm。

经检测，其成品钢带性能为R_el＝176MPa，R_m＝325MPa，A＝53％。技术指标优越性在于其抗拉强度达到325MPa，屈强比为0.54，延伸率达到53％。在拉丝速度25m/s的情况下，从钢带进入到拉拔出成品焊丝一气呵成，性能优良。成品焊丝熔敷金属试验结果为R_m＝550MPa，R_eL＝485MPa，A％＝29％，-20℃A_KV平均值为198J。

实施例2：

将钢的化学成分(按重量％)为：C 0.012，Si 0.009，Mn 0.2，Cu 0.015，Al 0.015，Re：0.001，P 0.01，S 0.008，N 0.002，余量为Fe及其它不可避免的杂质的钢种成分进行铁水脱硫、转炉吹炼、RH真空处理等冶炼工序并连铸成坯；进行热轧：其开轧温度控制在1045℃，终轧温度控制在875℃，总轧制压下率控制为90％；热轧后在520℃条件下卷取；后依次进行酸洗、单机架进行冷轧、罩式炉退火、精整及涂油包装。冷轧终轧规格为1.0mm。

经检测，成品钢带性能为R_el＝175MPa，R_m＝320MPa，A＝48％。技术指标优越性在于其抗拉强度达到320MPa，屈强比为0.55，延伸率达到48％。在拉丝速度18m/s的情况下，从钢带进入到拉拔出成品焊丝一气呵成，性能优良。成品焊丝熔敷金属试验结果为R_m＝565MPa，R_eL＝485MPa，A％＝28％，-20℃A_KV平均值为156J。

实施例3：

将钢的化学成分(按重量％)为：C 0.017，Si 0.005，Mn 0.255，Cu 0.025，Al 0.017，Re：0.0021，P 0.010，S 0.007，N 0.0019，余量为Fe及其它不可避免的钢种成分进行铁水脱硫、转炉吹炼、RH真空处理等冶炼工序并连铸成坯；进行热轧：其开轧温度控制在1030℃，终轧温度控制在860℃，总轧制压下率控制为90％；热轧后在550℃条件下卷取；后依次进行酸洗、单机架进行冷轧、罩式炉退火、精整及涂油包装。冷轧终轧规格为0.8mm。

经检测，成品钢带性能为R_el＝170MPa，R_m＝315MPa，A＝50％。技术指标优越性在于其抗拉强度达到315MPa，屈强比为0.54，延伸率达到50％。在拉丝速度25m/s的情况下，从钢带进入到拉拔出成品焊丝一气呵成，性能优良。成品焊丝熔敷金属试验结果为R_m＝550MPa，R_eL＝480MPa，A％＝27％，-20℃A_KV平均值为174J。

实施例4：

将钢的化学成分(按重量％)为：C 0.024，Si 0.006，Mn 0.23，Cu 0.032，Al 0.016，Re：0.0038，P 0.00，S 0.008，N 0.0019，余量为Fe及其它不可避免的钢种成分进行铁水脱硫、转炉吹炼、RH真空处理等冶炼工序并连铸成坯；进行热轧：其开轧温度控制在1065℃，终轧温度控制在900℃，总轧制压下率控制为70％；热轧后在570℃条件下卷取；后依次进行酸洗、单机架进行冷轧、罩式炉退火、精整及涂油包装。冷轧终轧规格为0.9mm。

经检测，成品钢带性能为R_el＝177MPa，R_m＝325MPa，A＝51％。技术指标优越性在于其抗拉强度达到325MPa，屈强比为0.54，延伸率达到51％。在拉丝速度22m/s的情况下，从钢带进入到拉拔出成品焊丝一气呵成，性能优良。成品焊丝熔敷金属试验结果为R_m＝560MPa，R_eL＝475MPa，A％＝28％，-20℃A_KV平均值为166J。

实施例5：

将钢的化学成分(按重量％)为：C 0.032，Si 0.008，Mn 0.243，Cu 0.045，Al 0.018，Re：0.004，P 0.009，S 0.006，N 0.0018，余量为Fe及其它不可避免的钢种成分进行铁水脱硫、转炉吹炼、RH真空处理等冶炼工序并连铸成坯；进行热轧：其开轧温度控制在1090℃，终轧温度控制在920℃，总轧制压下率控制为70％；热轧后在580℃条件下卷取，后依次进行酸洗、单机架进行冷轧、罩式炉退火、精整及涂油包装。冷轧终轧规格为0.8mm。

经检测，成品钢带性能为R_el＝180MPa，R_m＝325MPa，A＝53％。技术指标优越性在于其抗拉强度达到325MPa，屈强比为0.55，延伸率达到53％。在药芯焊丝制造厂轧拔，在拉丝速度25m/s的情况下，从钢带进入到拉拔出成品焊丝一气呵成，性能优良。成品焊丝熔敷金属试验结果为R_m＝550MPa，R_eL＝485MPa，A％＝27％，-20℃A_KV平均值为183J。

Claims (2)

1.一种药芯焊丝外壳用钢，其特征在于：钢的化学成分及重量百分比为：C：0.012～0.038％，Si0.003～0.009％，Mn：0.20～0.29％，Cu0.015～0.05％，Al：0.015～0.019％，Re：0.001～0.005％，P≤0.01％，S≤0.008％，N：≤0.002％，其余为Fe及不可避免的杂质。

2.生产权利要求1所述的一种药芯焊丝外壳用钢的方法，其步骤：

1)将化学成分及重量百分比为：C：0.012～0.038％，Si0.003～0.009％，Mn：0.20～0.29％，Cu0.015～0.05％，Al：0.015～0.019％，Re：0.001～0.005％，P≤0.01％，S≤0.008％，N：≤0.002％，其余为Fe及不可避免的杂质的钢种成分进行铁水脱硫、转炉吹炼、RH真空处理等冶炼工序并连铸成坯；

2)进行热轧：其开轧温度控制在1030～1090℃，终轧温度控制在860～920℃，总轧制压下率控制为90％；

4)进行卷取：其卷取温度控制在520～580℃；

5)后依次进行酸洗、单机架进行冷轧、罩式炉退火、精整及涂油包装。