一種特厚合金鋼板的製備方法
2023-07-23 10:04:56 1
一種特厚合金鋼板的製備方法
【專利摘要】本發明屬於冶金【技術領域】，特別涉及一種特厚合金鋼板的製備方法。本發明是對兩塊長寬尺寸相匹配的合金鋼連鑄板坯進行表面處理，然後在翻鋼機給鋼擺臂上疊合和對齊，然後送入真空室採用雙電子槍結構進行焊接，當待覆合的連鑄板坯碳當量＜0.3%時，前端電子槍從板坯的端部開始焊接，後端電子槍從坯料中間處開始焊接，當待覆合的連鑄板坯碳當量≥0.3%時，兩把電子槍間的距離縮短，前端電子槍將電子束調整為散焦模式，對焊縫進行預熱，後端的電子槍隨後進行焊接，對焊接完成的板坯進行加熱軋制，得到特厚合金鋼板。本發明的技術方案確保了待覆合連鑄坯之間的複合界面完全對齊，提高了合金特厚板的成品率。
【專利說明】一種特厚合金鋼板的製備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於冶金【技術領域】，特別涉及一種特厚合金鋼板的製備方法。
【背景技術】
[0002]向普通的碳錳鋼中添加一定量的合金元素(包括鉻、鎳、鑰、銅、鈮、釩、鈦等一種或多種同時添加)後，可獲得具有優異的高溫力學性能、抗高溫氧化性能、抗蝕性能、耐低溫和無磁性等不同特殊性能的各類合金鋼，目前，合金鋼被廣泛用於石油化工、煤轉化、核電、汽輪機缸體、火電和軍事等領域。這其中，高級別的模具鋼以及高溫耐熱用鋼等特殊合金鋼的特厚板(厚度> 100 mm)有非常大的市場缺口和極高的附加值，目前幾乎全部依賴於從國外進口。
[0003]目前，生產合金特厚鋼板主要採用鑄錠法和電渣重熔法。模鑄法具有內部組織潔淨度高和可以生產大尺寸鑄錠的優點，這種軋制方法儘管可以保證一定的壓縮比，但是由於模鑄工藝的先天性缺陷存在一系列問題，如大型模鑄鋼錠內部偏析很難避免，質量無法保證，以及鋼錠澆注工序長能耗大，還對環境造成一定汙染，並且軋製成材率低，一般不超過70% ;電渣重熔法可得到具有更高潔淨度的內部組織和消除鑄錠心部偏析，其原料為電渣重熔法生產的大型坯錠，具有非常高的內部質量，但是這種生產工藝效率低，需將鋼坯二次熔化，消耗大量能源，生產成本過高。
[0004]真空軋制複合技術是上世紀80年代，日本的JFE鋼鐵公司發明的一種製備特厚鋼板的技術。該技術通過電子束將表面處理過的兩塊或多塊疊合的連鑄板坯在高真空度的真空室內進行焊接封裝，使複合界面保持潔淨和高真空，然後通過加熱和軋制的方式對焊接封裝後的組合連鑄坯進行軋制複合，最終實現界面的良好冶金結合。
[0005]目前，通過真空軋制複合技術國內一些鋼廠已經能製造出高質量的普通低碳鋼(Q235)和低強度級別的合金鋼(Q345)特厚鋼板。然而在利用真空焊接封裝具有高碳當量(碳當量> 0.3%)的高強度級別的特厚合金鋼板過程中，由於焊縫高的裂紋敏感性，使接頭在真空電子束焊接後極容易發生開裂，無法進行後續的軋制複合，最終導致合金特厚板的成品率急劇降低。
【發明內容】
[0006]針對現有真空軋制複合高碳當量的合金特厚鋼板存在的問題，本發明提供一種特厚合金鋼板的製備方法，目的是不僅對原有的普通碳錳鋼和低合金鋼連鑄坯進行複合軋制製備，還可以有效實現特殊的高碳當量合金鋼連鑄坯的軋制複合。
[0007]實現本發明目的的技術方案按照以下步驟進行:
(I)表面處理:選取兩塊長寬尺寸相匹配的合金鋼連鑄板坯，首先用噴丸機對連鑄板坯表面進行噴丸，然後將噴丸處理後的連鑄板坯通過一個通高頻交流電的退磁線圈，使連鑄坯的剩磁 IOmm,並留出焊接位置，兩塊連鑄板坯各側面的單側尺寸偏差< 5mm ；
(2)翻鋼和對齊:將兩塊表面處理後的連鑄板坯的待覆合界面向上，一塊置於翻鋼機給鋼擺臂上，另一塊置於受鋼擺臂上，給鋼擺臂將連鑄板坯託起向受鋼擺臂方向轉動，同時受鋼擺臂向給鋼擺臂方向轉動，二者同時轉到兩塊板坯疊合後，給鋼擺臂停止轉動，而受鋼擺臂則反方向運動，直至兩塊疊合的板坯平穩地落在受鋼擺臂的固定支架上，此時給鋼擺臂回到初始位置，利用受鋼擺臂兩側的對齊裝置頂在板坯兩側，最終實現兩塊板坯的疊合和對齊；
(3)電子束焊接:將對齊的板坯吊裝至設有緩衝機構的工作平臺上，經導軌送入真空室後開始抽真空，當真空室內氣壓≤1X1O-2Pa時採用雙電子槍結構進行焊接；
當待覆合的連鑄板坯碳當量< 0.3%時，前端電子槍從板坯的端部開始焊接，後端電子槍從坯料中間處開始焊接，兩把電子槍保持相同的焊接速度，焊接功率5~50Kw，焊接電流為100~800mA ；
當待覆合的連鑄板坯碳當量> 0.3%時，兩把電子槍間的距離縮短，前端電子槍將電子束調整為散焦模式，對焊縫進行預熱，後端的電子槍隨後進行焊接，兩把電子槍保持相同的焊接速度，焊接功率5~50Kw，焊接電流為100~800mA ；
最終待覆合界面四周的全部焊縫實現高真空密封，焊接完成；
(4)加熱:將焊接完成的板坯置於加熱 爐中加熱至1000-1350?，保溫3(T300min，獲得均熱後的複合坯料；
(5)軋制:將加熱完成的複合坯料用軋機軋制，軋制溫度為880~ll00°C，軋制速度為0.3~2m/s，總壓下率為30-90%，最終獲得特厚複合鋼板。
[0008]其中，所述的翻鋼機的給鋼擺臂和受鋼擺臂分別通過固定支架與給鋼油缸和受鋼油缸相連，在油缸的驅動下轉動；在受鋼擺臂兩側設有對齊裝置，所述的對齊裝置由兩個對齊油缸和對齊支杆組成，對齊支杆通過對齊支架固定在受鋼擺臂上，兩個對齊支杆頂在板坯兩側的待覆合界面上，在對齊油缸的驅動下支杆推動未對齊鋼板緩慢地向前運動直至鋼板對齊。
[0009]所述的設有緩衝機構的工作平臺下方設有四個支撐杆，支撐杆在支撐油缸的驅動下可上下移動，在板坯降落時支撐杆緩慢升起，超過工作平臺高度，坯料緩慢落在支撐杆上，而後支撐杆緩慢落下，坯料最終平穩地落在平臺上。
[0010]與現有技術相比，本發明的特點和有益效果是:
(1)本發明的表面處理步驟中是首先用噴丸機對連鑄坯的六個表面進行噴丸，目的是去除連鑄坯表面的疏鬆氧化鐵皮，避免在後續的真空電子束焊接過程中汙染真空室；然後，將噴丸處理後的連鑄坯通過一個通高頻交流電的退磁線圈，使連鑄坯的剩磁≤3mT，目的是避免剩磁造成電子束偏移而影響焊接質量；最後，用大型龍門銑床將連鑄坯的整個待覆合表面的鏽層和氧化層去除，使得整個表面完全露出新鮮金屬，便於後續焊接；
(2)本發明的翻鋼和對齊步驟充分確保了待覆合連鑄坯之間的複合界面完全對齊；
(3)本發明的電子束焊接步驟中針對不同碳當量的連鑄板坯採用了不同的焊接方式，既節省了焊接時間，避免了因裂紋敏感性，使焊接接頭在真空電子束焊接後極容易發生開裂的問題，提高了合金特厚板的成品率。【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1是本發明對連鑄板坯進行翻鋼對齊的示意圖之一；
圖2是本發明對連鑄板坯進行翻鋼對齊的示意圖之二 ；
圖3是圖1的仰視圖；
圖4是圖1的右視圖；
其中1-1:連鑄板坯；1_2:給鋼擺臂；1_3:受鋼擺臂；1_4:固定支架；1-5:給鋼油缸；1-6:受鋼油缸；1_7:對齊支架；1_8:對齊油缸；1_9:對齊支杆；
圖5是本發明中設有緩衝機構的工作平臺的結構示意圖；
其中:2-1:對齊的連鑄板坯'2-2:工作平臺；2-3:支撐杆；2-4:支撐油缸；2_5:導軌； 圖6是本發明中針對不同碳當量的連鑄板坯雙電子槍焊接的布置圖；
其中(a)是針對碳當量 0.3%的連鑄板坯。
【具體實施方式】
[0012]本發明實施例中採用的坯料均為連鑄坯。
[0013]實施例1
選用S50C模具鋼為例，其碳當量7%。
[0014](I)表面處理:選取兩塊單坯尺寸為3mX 2mX 200mm的S50C模具鋼連鑄板坯，首先用噴丸機對連鑄板坯表面進行噴丸，然後將噴丸處理後的連鑄板坯通過一個通高頻交流電的退磁線圈，使連鑄坯的剩磁< 3mT，最後採用銑床加工去除連鑄板坯整個待覆合界面的鏽層和氧化層，使清理後的連鑄板坯待覆合界面最高點和最低點的高度差 10_，並留出焊接位置，兩塊連鑄板坯各側面的單側尺寸偏差< 5_ ；
(2)翻鋼和對齊:將兩塊表面處理後的連鑄板坯1-1的待覆合界面向上，一塊置於翻鋼機給鋼擺臂1-2上，另一塊置於受鋼擺臂1-3上，給鋼擺臂1-2將連鑄板坯1-1託起向受鋼擺臂1-3方向轉動，同時受鋼擺臂1-3向給鋼擺臂1-2方向轉動，二者同時轉到兩塊板坯疊合後，給鋼擺臂1-1停止轉動，而受鋼擺臂1-2則反方向運動，直至兩塊疊合的板坯平穩地落在受鋼擺臂1-3的固定支架1-4上，此時給鋼擺臂1-2回復到初始位置，利用受鋼擺臂1-3兩側的對齊裝置頂在板坯兩側,最終實現兩塊板坯的疊合和對齊；
(3)電子束焊接:將對齊的連鑄板坯2-1吊裝至電子束焊機的工作平臺2-2上，設有緩衝機構的工作平臺2-2下方設有四個支撐杆2-3，支撐杆2-3在支撐油缸2-4的驅動下可上下移動，在板坯降落時支撐杆2-3緩慢升起，超過工作平臺2-2的高度，坯料緩慢落在支撐杆2-3上，而後支撐杆2-3緩慢落下，坯料最終平穩地落在平臺上，經導軌2-5送入真空室後開始抽真空，當真空室內氣壓IXlO-2Pa時採用雙電子槍結構進行焊接；
如圖6 (a)所示，AB兩把電子槍之間的距離固定保持10mm，前端預熱用電子槍為散焦模式，焊接功率36kW，焊接電流600mA，焊接速度200mm/min，聚焦電流500mA ;後端電子槍隨後進行正常焊接，焊接電流600mA,焊接速度200mm/min,聚焦電流400mA,在兩把電子槍的共同作用下完成了複合坯四面焊縫的連接，焊縫質量良好未發生任何開裂；
(4)加熱:將焊接完成的板坯置於加熱爐中加熱至1000°C，保溫300min，獲得均熱後的複合坯料；
(5)軋制:將加熱完成的複合坯料用軋機軋制，軋制溫度為880°C，軋制速度為2m/s，軋制的壓下量分別為360、330、300、280、260、240mm,總的壓下率為60%，最終得到厚度為240mm的S50C特厚複合磨具鋼，其Z向抗拉強度620MPa。
[0015]實施例2
選用15CrMoRH中溫臨氫鋼為例，其碳當量>0.3%。
[0016](I)表面處理:選取兩塊單還尺寸為2.5mX 1.5mX 180mm的15CrMoRH中溫臨氫鋼連鑄板坯，首先用噴丸機對連鑄板坯表面進行噴丸，然後將噴丸處理後的連鑄板坯通過一個通高 頻交流電的退磁線圈，使連鑄坯的剩磁 10_，並留出焊接位置，兩塊連鑄板坯各側面的單側尺寸偏差 < 5mm ；
(2)翻鋼和對齊:將兩塊表面處理後的連鑄板坯1-1的待覆合界面向上，一塊置於翻鋼機給鋼擺臂1-2上，另一塊置於受鋼擺臂1-3上，給鋼擺臂1-2將連鑄板坯1-1託起向受鋼擺臂1-3方向轉動，同時受鋼擺臂1-3向給鋼擺臂1-2方向轉動，二者同時轉到兩塊板坯疊合後，給鋼擺臂1-1停止轉動，而受鋼擺臂1-2則反方向運動，直至兩塊疊合的板坯平穩地落在受鋼擺臂1-3的固定支架1-4上，此時給鋼擺臂1-2回復到初始位置，利用受鋼擺臂1-3兩側的對齊裝置頂在板坯兩側,最終實現兩塊板坯的疊合和對齊；
(3)電子束焊接:將對齊的連鑄板坯2-1吊裝至電子束焊機的工作平臺2-2上，設有緩衝機構的工作平臺2-2下方設有四個支撐杆2-3，支撐杆2-3在支撐油缸2-4的驅動下可上下移動，在板坯降落時支撐杆2-3緩慢升起，超過工作平臺2-2的高度，坯料緩慢落在支撐杆2-3上，而後支撐杆2-3緩慢落下，坯料最終平穩地落在平臺上，經導軌2-5送入真空室後開始抽真空，由於該種鋼對氫的含量非常敏感，因此需要更高的真空度，所以抽真空至
0.7 X 10?時採用雙電子槍結構進行焊接；
如圖6 Ca)所示，當待覆合的連鑄板坯碳當量> 0.3%時，兩把電子槍之間的距離固定保持10mm，焊接功率20kW，焊接電流500mA，焊接速度150mm/min，聚焦電流500mA ;後焊接電流500mA,焊接速度150mm/min,聚焦電流400mA,在兩把電子槍的共同作用下完成了複合坯四面焊縫的連接，焊縫質量良好未發生任何開裂；
(4)加熱:將焊接完成的板坯置於加熱爐中加熱至1350°C，保溫60min，獲得均熱後的複合坯料；
(5)軋制:將加熱完成的複合坯料用軋機軋制，軋制溫度為1100°C，軋制速度為0.3m/s，軋制的壓下量分別為 360、330、300、270、240、220、200、180、165、150、135、108mm，總的壓下率為70%，最終得到厚度為108mm的15CrMoRH中溫臨氫特厚鋼板，其200°C下的Z向抗拉強度21OMPa。
[0017]實施例3
選用Q345E的低合金結構鋼為例，其碳當量< 0.3%。
[0018](I)表面處理:選取兩塊單坯尺寸為3mX2mX225mm的Q345E的低合金結構鋼連鑄板坯，首先用噴丸機對連鑄板坯表面進行噴丸，然後將噴丸處理後的連鑄板坯通過一個通高頻交流電的退磁線圈，使連鑄坯的剩磁 10_，並留出焊接位置，兩塊連鑄板坯各側面的單側尺寸偏差 < 5mm ；
(2)翻鋼和對齊:將兩塊表面處理後的連鑄板坯1-1的待覆合界面向上，一塊置於翻鋼機給鋼擺臂1-2上，另一塊置於受鋼擺臂1-3上，給鋼擺臂1-2將連鑄板坯1-1託起向受鋼擺臂1-3方向轉動，同時受鋼擺臂1-3向給鋼擺臂1-2方向轉動，二者同時轉到兩塊板坯疊合後，給鋼擺臂1-1停止轉動，而受鋼擺臂1-2則反方向運動，直至兩塊疊合的板坯平穩地落在受鋼擺臂1-3的固定支架1-4上，此時給鋼擺臂1-2回復到初始位置，利用受鋼擺臂1-3兩側的對齊裝置頂在板坯兩側,最終實現兩塊板坯的疊合和對齊；
(3)電子束焊接:將對齊的連鑄板坯2-1吊裝至電子束焊機的工作平臺2-2上，設有緩衝機構的工作平臺2-2下方設有四個支撐杆2-3，支撐杆2-3在支撐油缸2-4的驅動下可上下移動，在板坯降落時支撐杆2-3緩慢升起，超過工作平臺2-2的高度，坯料緩慢落在支撐杆2-3上，而後支撐杆2-3緩慢落下，坯料最終平穩地落在平臺上，經導軌2-5送入真空室後開始抽真空，抽真空至IXKT2Pa Pa時採用雙電子槍結構進行焊接；
如圖6 (b)所示，待覆合的連鑄板坯碳當量< 0.3%，焊接3m的長邊時，兩把電子槍之間的距離固定保持1.5m,當焊接2m的短邊時，兩把電子槍的距離固定保持lm，焊接功率為30kV,焊接電流均為500mA,焊接速度均為300mm/min,聚焦電流均為400mA的條件下,在兩把電子槍的共同作用下完成了複合坯四面焊縫的連接，焊縫質量良好未發生任何開裂；
(4)加熱:將焊接完成的板坯置於加熱爐中加熱至1200°C，保溫300min，獲得均熱後的複合坯料；
(5)軋制:將加熱完成的複合坯料用軋機軋制，軋制溫度為1000°C，軋制速度為1.0m/s，軋制的壓下量分別為460、420、380、350、320、290、270、250mm，總的壓下率為50%，最終得到厚度為250mm的Q345E的特厚鋼板，其Z向抗拉強度530MPa。
【權利要求】
1.一種特厚合金鋼板的製備方法，其特徵在於按照以下步驟進行: (1)表面處理:選取兩塊長寬尺寸相匹配的合金鋼連鑄板坯，首先用噴丸機對連鑄板坯表面進行噴丸，然後將噴丸處理後的連鑄板坯通過一個通高頻交流電的退磁線圈，使連鑄坯的剩磁 IOmm,並留出焊接位置，兩塊連鑄板坯各側面的單側尺寸偏差< 5mm ； (2)翻鋼和對齊:將兩塊表面處理後的連鑄板坯的待覆合界面向上，一塊置於翻鋼機給鋼擺臂上，另一塊置於受鋼擺臂上，給鋼擺臂將連鑄板坯託起向受鋼擺臂方向轉動，同時受鋼擺臂向給鋼擺臂方向轉動，二者同時轉到兩塊板坯疊合後，給鋼擺臂停止轉動，而受鋼擺臂則反方向運動，直至兩塊疊合的板坯平穩地落在受鋼擺臂的固定支架上，此時給鋼擺臂回到初始位置，利用受鋼擺臂兩側的對齊裝置頂在板坯兩側，最終實現兩塊板坯的疊合和對齊； (3)電子束焊接:將對齊的板坯吊裝至設有緩衝機構的工作平臺上，經導軌送入真空室後開始抽真空，當真空室內氣壓< IXlO-2Pa時採用雙電子槍結構進行焊接； 當待覆合的連鑄板坯碳當量 0.3%時，兩把電子槍間的距離縮短，前端電子槍將電子束調整為散焦模式，對焊縫進行預熱，後端的電子槍隨後進行焊接，兩把電子槍保持相同的焊接速度，焊接功率5~50Kw，焊接電流為10(T800mA ； 最終待覆合界面四周的全部焊縫實現高真空密封，焊接完成； (4)加熱:將焊接完成的板坯置於加熱爐中加熱至1000-1350?，保溫3(T300min，獲得均熱後的複合坯料； (5)軋制:將加熱完成的複合坯料用軋機軋制，軋制溫度為88(Tll00°C，軋制速度為0.3~2m/s，總壓下率為30-90%，最終獲得特厚複合鋼板。
2.根據權利要求1所述的一種特厚合金鋼板的製備方法，其特徵在於所述的翻鋼機的給鋼擺臂和受鋼擺臂分別通過固定支架與給鋼油缸和受鋼油缸相連，在油缸的驅動下轉動；在受鋼擺臂兩側設有對齊裝置，所述的對齊裝置由兩個對齊油缸和對齊支杆組成，對齊支杆通過對齊支架固定在受鋼擺臂上，兩個對齊支杆頂在板坯兩側的待覆合界面上，在對齊油缸的驅動下支杆推動未對齊鋼板緩慢地向前運動直至鋼板對齊。
3.根據權利要求1所述的一種特厚合金鋼板的製備方法，其特徵在於所述的設有緩衝機構的工作平臺下方設有四個支撐杆，支撐杆在支撐油缸的驅動且可上下移動，在板坯降落時支撐杆緩慢升起，超過工作平臺高度，坯料緩慢落在支撐杆上，而後支撐杆緩慢落下，坯料最終平穩地落在平臺上。
【文檔編號】B23K37/04GK103692166SQ201310707559
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月20日 優先權日:2013年12月20日
【發明者】駱宗安, 謝廣明, 王光磊, 王國棟 申請人:東北大學