利用稀土提高Nb、Ti微合金钢焊接性能的方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010738113.7 (22)申请日 2020.07.28 (71)申请人 北京科技大学 地址 100083 北京市海淀区学院路30号 (72)发明人 李晶耿如明史成斌 (74)专利代理机构 北京金智普华知识产权代理 有限公司 11401 代理人 皋吉甫 (51)Int.Cl. C21C 7/06(2006.01) C21C 7/064(2006.01) C21C 7/10(2006.01) C21D 1/25(2006.01) C21D 8/02(2006.01) C2。

2、2C 38/02(2006.01) C22C 38/04(2006.01) C22C 38/22(2006.01) C22C 38/26(2006.01) C22C 38/28(2006.01) C22C 38/38(2006.01) (54)发明名称 一种利用稀土提高Nb、 Ti微合金钢焊接性能 的方法 (57)摘要 本发明公开了一种利用稀土提高Nb、 Ti微合 金钢焊接的方法， 属于钢铁冶金和钢铁材料领 域。 该方法依次包括转炉冶炼、 LF精炼、 RH精炼、 连铸、 热轧和热处理， 在LF精炼过程加入Nb、 Ti进 行微合金化处理， 在RH精炼过程加入稀土Ce合 金； 其中， 通过在转炉冶。

3、炼、 LF精炼、 RH精炼过程 控制氧、 硫含量， 提高稀土Ce合金加入前钢液的 洁净度， 并通过控制稀土Ce合金加入量， 控制稀 土在钢中的赋存状态， 通过固溶稀土促进Nb、 Ti 碳氮化物的析出。 本发明技术可用于应用于工程 机械、 石油管线、 海洋工程等领域的Nb、 Ti微合金 钢， 用于改善钢板的焊接性能。 权利要求书1页 说明书4页 附图1页 CN 111893240 A 2020.11.06 CN 111893240 A 1.一种利用稀土提高Nb、 Ti微合金钢焊接的方法， 其特征在于， 所述方法依次包括转炉 冶炼、 LF精炼、 RH精炼、 连铸、 热轧和热处理， 在LF精炼过程加。

4、入Nb、 Ti进行微合金化处理， 在 RH精炼过程加入稀土Ce合金； 其中， 通过在转炉冶炼、 LF精炼、 RH精炼过程控制氧、 硫含量， 提高稀土Ce合金加入前钢 液的洁净度， 并通过控制稀土Ce合金加入量， 控制稀土在钢中的赋存状态， 通过固溶稀土促 进Nb、 Ti碳氮化物的析出。 2.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， LF精炼、 RH精炼过程加入稀土Ce合金前采 用铝脱氧， LF精炼过程进行深度脱氧脱硫。 3.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， RH精炼过程到站钢液温度15801610， RH精炼过程真空处理10min以后加入适量的稀土Ce合金， 控制加稀土合金前钢液中的氧。

5、含 量在0.0010， 硫含量20min， 之后底吹氩软搅 拌不少于5min， RH精炼过程结束钢液中稀土Ce总量0.00200.0060。 4.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述热轧过程采用热机械控制工艺轧制。 5.根据权利要求4所述的方法， 其特征在于， RH精炼过程结束后连铸得200300mm的板 坯， 之后进行热机械控制工艺轧制， 热轧第一阶段开轧温度11801220， 第二阶段一次待 温900930， 终轧温度840870， 将上述连铸板坯轧制成2060mm钢板， 热轧后采用层 流冷却， 冷速1015/s， 终冷温度600650。 6.根据权利要求1所述的方法， 其特征在。

6、于， 热轧后钢板进行调质处理， 淬火保温温度 900930， 保温时间8min， 回火温度580640， 回火保温时间1530min， 回火后空冷。 7.一种Nb、 Ti微合金钢板， 所述Nb、 Ti微合金钢采用根据权利要求1至6中任一项所述方 法制得， 其特征在于， 生产制得的钢板的化学组成按照质量百分比计为C： 0.050.20， Si： 0.10.4， Mn： 1.02.0， P0.02， Nb： 0.030.06， V： 0.050.09， Cr： 0.1 0.4.Mo： 0.050.15， Ti： 0.0100.025， N： 0.0030.006， O0.0010， S700MPa。

7、， 抗拉强度750MPa， 母材-20下冲击功150J。 权利要求书 1/1 页 2 CN 111893240 A 2 一种利用稀土提高Nb、 Ti微合金钢焊接性能的方法 技术领域 0001 本发明属于钢铁冶金和钢铁材料领域， 具体涉及一种利用稀土提高Nb、 Ti微合金 钢焊接性能的方法。 Nb、 Ti微合金钢广泛的应用于工程机械、 石油管线、 海洋工程等领域， 该 方法能够有效的提高Nb、 Ti微合金钢的焊接性能。 背景技术 0002 随着工业的蓬勃发展， 对于钢铁材料的要求也逐渐提升， 传统普通碳素钢难以满 足需求。 从20世纪30年代开始， 低合金高强钢开始出现， 当时是指一些通过添加少。

8、量合金元 素， 使钢材屈服强度达到280MPa以上的钢种。 50年代开始， 科学家们开始研究Nb、 Ti在钢中 的应用， 显著提高了钢材各方面的性能。 随后， 结合TMCP控轧控冷技术并优化热处理工艺， Nb、 Ti微合金化技术及相关理论逐渐成熟， 大量具有高强度、 高性能的Nb、 Ti微合金钢不断 的开发并投入工程应用。 目前， 工程机械、 建筑构件的大型化和高层化以及海洋工程的深海 化发展， 对钢铁材料的强度、 韧性等提出了更高的要求， 同时要具有良好的焊接性能。 为了 满足社会经济发展对于钢铁材料的需求， 需要一种提高Nb、 Ti微合金钢的焊接性能的方法。 发明内容 0003 为了实现以。

9、上目的， 本发明设计了一种利用稀土提高Nb、 Ti微合金钢焊接的方法， 通过转炉冶炼、 LF+RH炉外精炼， 合理控制钢液中的氧、 硫含量， 提高稀土加入前钢液的洁净 度， 并匹配合适的稀土加入量， 控制稀土在钢中的赋存状态。 结合连铸、 热轧、 热处理工艺控 制， 利用固溶稀土促进了Nb、 Ti碳氮化物的析出， 显著提高了Nb、 Ti微合金钢的焊接性能。 0004 根据本发明的第一方面， 提供一种利用稀土提高Nb、 Ti微合金钢焊接的方法， 其特 征在于， 所述方法依次包括转炉冶炼、 LF精炼、 RH精炼、 连铸、 热轧和热处理， 在LF精炼过程 加入Nb、 Ti进行微合金化处理， 在RH精。

10、炼过程加入稀土Ce合金； 0005 其中， 通过在转炉冶炼、 LF精炼、 RH精炼过程控制氧、 硫含量， 提高稀土Ce合金加入 前钢液的洁净度， 并通过控制稀土Ce合金加入量， 控制稀土在钢中的赋存状态， 通过固溶稀 土促进Nb、 Ti碳氮化物的析出。 0006 进一步的， 所述方法在转炉冶炼前还包括铁水预处理步骤。 0007 LF精炼意指钢包精炼炉(Ladle refining furnace， LF)精炼。 0008 RH法即为真空循环脱气法， 是西德鲁尔钢铁公司(Ruhrstahl)和海拉斯公司 (Heraeus)于1957年共同开发的， 故以两公司名字的首字母命名。 0009 进一步的。

11、， LF精炼、 RH精炼过程加入稀土Ce合金前采用铝脱氧， LF精炼过程进行深 度脱氧脱硫。 0010 进一步的， RH精炼过程到站钢液温度15801610， RH精炼过程真空处理10min以 后加入适量的稀土Ce合金， 控制加稀土合金前钢液中的氧含量在0.0010， 硫含量20min， 之后底吹氩软搅拌不少于5min， RH精炼过 程结束钢液中稀土Ce总量0.00200.0060。 说明书 1/4 页 3 CN 111893240 A 3 0011 进一步的， 所述热轧过程采用热机械控制工艺(Thermo Mechanical Control Process， TMCP)轧制。 0012 进。

12、一步的， RH精炼过程结束后连铸得200300mm的板坯， 之后进行热机械控制工 艺轧制， 热轧第一阶段开轧温度11801220， 第二阶段一次待温900930， 终轧温度 840870， 将上述连铸板坯轧制成2060mm钢板， 热轧后采用层流冷却， 冷速1015/ s， 终冷温度600650。 0013 进一步的， 热轧后钢板进行调质处理， 淬火保温温度900930， 保温时间8min， 回火温度580640， 回火保温时间1530min， 回火后空冷。 0014 根据本发明的第二方面， 提供一种Nb、 Ti微合金钢， 所述Nb、 Ti微合金钢采用根据 前述任一方法制得， 其特征在于， 生产。

13、制得的钢板的化学组成按照质量百分比计为C： 0.05 0.20， Si： 0.10.4， Mn： 1.02.0， P0.02， Nb： 0.030.06， V： 0.05 0.09， Cr： 0.10.4.Mo： 0.050.15， Ti： 0.0100.025， N： 0.0030.006， O 0.0010， S700MPa， 抗拉强度750MPa， 母材-20oC下冲击功 150J。 0016 本发明的有益效果： 0017 针对Nb、 Ti微合金钢， 本发明采用合理的氧、 硫含量控制技术， 提高稀土加入前钢 液的洁净度， 并匹配合适的稀土加入量， 控制稀土在钢中的赋存状态。 稀土加入量较。

14、低时， 大部分稀土以夹杂物形式存在， 固溶稀土含量过低， 无法有效发挥其作用； 稀土加入量较高 时， 易形成稀土-铁金属间化合物， 危害钢的性能。 通过控制钢中稀土赋存状态， 结合连铸、 热轧、 热处理工艺控制， 利用固溶稀土促进了Nb、 Ti碳氮化物的析出。 焊接过程中， 这些Nb、 Ti碳氮化物能够起到抑制晶粒粗化以及第二相强化的作用， 从而大幅度提高了Nb、 Ti微合 金钢焊接热影响区性能， 从而大幅提高了大热输入焊接时热影响区的性能。 按照本发明冶 炼的钢板， 母材屈服强度700MPa， 抗拉强度750MPa， 焊接热输入为10-50kJ/cm下， 焊接 热影响区冲击性能提高1倍以上。。

15、 附图说明 0018 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案， 下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍， 显而易见地， 下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例， 对于本领域普通技术人员来讲， 在不付出创造性劳动的前提下， 还可以 根据这些附图示出的结构获得其他的附图。 0019 图1示出根据本发明实施例的利用稀土提高Nb、 Ti微合金钢焊接的方法流程图。 具体实施方式： 0020 下面结合实施例对本发明做进一步说明。 0021 本发明技术方案， 通过在钢液精炼过程中添加适量稀土Ce， 提高Nb、 Ti微合金钢焊 接热影响区性能的方法。 所述方法依次包括熔炼。

16、、 炉外精炼、 连铸、 热轧和热处理。 本发明首 先通过在炉外精炼过程控制稀土加入前钢液氧含量0.0010， 硫含量小于0.0010， 之后 说明书 2/4 页 4 CN 111893240 A 4 加入稀土合金。 控制板材稀土含量0.00150.0060， 结合连铸、 热轧、 热处理工艺控制， 利 用固溶稀土促进了Nb、 Ti碳氮化物的析出。 焊接过程中， 这些Nb、 Ti碳氮化物能够起到抑制 晶粒粗化以及第二相强化的作用， 从而大幅度提高了Nb、 Ti微合金钢焊接热影响区性能。 0022 实施例 0023 如图1所示， 本发明技术方案的工艺流程如下： 0024 铁水预处理210t转炉冶炼L。

17、F精炼RH精炼连铸TMCP轧制热处理。 具体 为： 0025 1)高炉冶炼得到的铁水进行铁水预处理脱硫， 之后倒入210t转炉进行冶炼， 转炉 出钢加入铝脱氧， 之后进行LF精炼； 0026 1)LF精炼工位进行深度脱氧脱硫， 并加入Nb、 Ti进行微合金微合金化处理。 0027 RH到站钢液温度15801610， RH真空处理10min以后加入适量的稀土合金， 控制 加稀土合金前钢液中的氧含量在0.0010， 硫含量0.0010， RH总的真空处理时间 20min， 之后底吹氩软搅拌不少于5min， RH精炼结束钢中稀土Ce总量0.00200.0060。 0028 2)RH精炼结束后连铸得2。

18、00300mm的板坯， 之后进行TMCP轧制。 热轧第一阶段开 轧温度11801220， 二阶段一次待温900930， 终轧温度840870， 将上述连铸板坯 轧制成2060mm钢板。 轧后采用层流冷却， 冷速1015/s， 终冷温度600650。 0029 3)热处理： 热轧后钢板进行调质处理， 淬火保温温度910950， 保温时间 8min， 回火温度580640， 回火保温时间1530min， 回火后空冷。 0030 冶炼制得的钢板的化学组成按照质量百分比计为C 0.050.20， Si 0.1 0.4， Mn 1.02.0， P0.02， Al 0.0200.030， Nb 0.030。

19、.06， V 0.05 0.09， Cr 0.10.4.Mo 0.050.15， Ti 0.0100.025， N 0.0030.006， O 0.0010， S0.0010， 其余为铁和不可避免的杂质元素， 同时稀土Ce含量0.0015 0.0050。 0031 表1实施例和对比例化学成分(wt) 0032 0033 表1是本发明三个具体实施例和两个对比例的化学成分(mass)。 实施例中根据 本发明所确定的化学成分进行控制， 保证钢板T.O含量低于0.0010， S含量低于0.0010， 并控制钢中稀土Ce含量为0.0025左右。 对比例1和2中的稀土、 氧和硫含量未达到本发明 要求。 0。

20、034 表2实施例和对比例母材性能和焊接热影响区力学性能 说明书 3/4 页 5 CN 111893240 A 5 0035 0036 由表2数据可以看出， 实施例的母材强度略高于对比例， 都能满足屈服强度 700MPa， 抗拉强度750MPa的要求。 经25kJ/cm的热输入焊接后， 实施例的焊接热影响区强 度性能、 冲击性能明显高于对比例， 其中冲击性能提升了1倍以上。 对比例1中稀土含量未达 到本专利要求， 因此热影响区冲击性能显著低于实施例。 对比例2中O、 S和稀土含量未达到 本专利要求， 导致钢中固溶稀土含量未达到本专利要求， 因此焊接热影响区冲击性能低于 实施例。 但由于加入了一。

21、定量的稀土， 相较对比例1， 亦略微改善了钢板焊接热影响区性能。 0037 综上所述， 针对Nb、 Ti微合金钢， 本发明采用合理的氧、 硫含量控制技术， 提高稀土 加入前钢液的洁净度， 并匹配合适的稀土加入量， 控制稀土在钢中的赋存状态， 利用钢中固 溶的稀土促进Nb、 Ti的第二相粒子的析出。 焊接过程中， 这些Nb、 Ti碳氮化物能够起到抑制 晶粒粗化以及第二相强化的作用， 从而大幅提高了大热输入焊接时热影响区的性能。 按照 本发明冶炼的钢板， 母材屈服强度700MPa， 抗拉强度750MPa， 焊接热输入为10-50kJ/cm 下， 焊接热影响区强度有所提高， 冲击性能提高1倍以上。 0038 本发明技术可用于应用于工程机械、 石油管线、 海洋工程等领域的Nb、 Ti微合金 钢， 用于改善钢板的焊接性能。 说明书 4/4 页 6 CN 111893240 A 6 图1 说明书附图 1/1 页 7 CN 111893240 A 7 。