屈服强度为420Mpa级的低合金钢及拼接方法与流程

屈服强度为420mpa级的低合金钢及拼接方法
技术领域
1.本发明涉及一种低合金钢，尤其是涉及一种屈服强度为420mpa级的低合金钢，属于钢板酸轧工艺技术领域。本发明还涉及一种用于所述低合金钢的拼接方法。


背景技术：

2.利用焊接设备将前后两个钢卷焊接起来实现钢铁企业的连续生产，是提高生产效率、降低生产成本的重要工艺技术手段。被广泛应用于酸轧联合生机组、连续退火/镀锌机组等以实现连续高效的生产。激光焊是一种通过聚焦的激光束作为能源轰击焊件所产生的热量进行焊接的方法。由于激光具有折射、聚焦等光学性质，使得激光焊具有热输入低、焊接变形小，不受电磁场影响等特点被广泛应用于酸轧联合机组进行原料的焊接。由于420mpa级低合金钢合金含量高，淬透性和淬硬性较强焊接性较差，容易在酸洗和冷轧过程中发生沿焊缝断带事故，不利于连续生产严重影响生产效率和生产安全，需要对其生产节奏、过渡材、焊接关键工艺等进行详细研究，以便获得良好的焊接质量促进连续、高效的生产。通过相关专利的查询，利用激光焊机实现酸轧工序及其余工序焊接为相似的专利如下：
3.cn 113801059 a公布了一种440mpa级高强钢焊丝及激光-电弧复合焊接工艺，通过高强钢焊丝(化学成分为：c：0.03～0.08，si：0.40～0.80，mn：1.2～2.0，cr：0.20～0.60， ni：1.00～1.40，cu：0.005～0.015，p≤0.01，s≤0.01，余量为铁和通常炼钢存在的杂质。) 的优选，配合以恰当的激光-电弧复合焊接工艺(激光功率3～10kw，焦点处光斑直径0.2～ 0.4mm，离焦量0，光丝间距5～10mm，焊接速度0.8～1.5m/min，电弧电压20～25v，电流 165～230a，送丝速度5～8m/min，保护气体为ar 2％～5％o2混合气体)。获得的焊接接头抗拉强度≥580mpa，-40℃冲击吸收能量≥100j/cm2，焊缝平均腐蚀速率≤0.18mm/年，复合焊接接头疲劳强度≥420mpa。
4.cn 113118629 a公布了一种差强度激光拼焊板的制备方法，将两块厚度不同的dp钢板净化处理后，将风干后的两块dp钢(两块dp钢板的c含量差≤0.03％，mn含量差≤0.4％；屈服强度差≤100mpa，抗拉强度差≤180mpa)板置于焊接工作台，把单光束激光焊接工作头置于待焊钢板上方，并在焊接过程采用保护气体保护焊缝，焊接得到差强度激光拼焊板。采用保护气体测吹装置吹气，吹气口距离焊缝15～28mm；测吹装置吹气口与待焊dp钢板之间呈20～60
°
保护气体为氩气，气体流量为800～950l/h，焊接过程中，离焦量为0.3～0.8mm；激光功率为3.6～4.1kw；焊接速度5.5～8.5m/min；激光偏移量为0.5～1.0mm。实现了对冷轧低合金钢成品的焊接，焊接接头的屈服强度为355～380mpa，抗拉强度为560～580mpa，延伸率为20.5～25％。但未对生产节奏、过渡材选择依据、原料要求、带头/尾处理、焊缝质量评估等进行详细介绍，不利于对使用激光焊接设备完成屈服强度大于380mpa级低合金钢进行焊接，对国内外相同类型设备生产屈服强度大于380mpa级低合金钢的参考及推广意义不显著。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是：提供一种能确保酸轧工序稳定、高效生产的屈服强度为 420mpa级的低合金钢,本发明还提供了一种用于所述低合金钢的拼接方法。
6.为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种屈服强度为420mpa级的低合金钢，所述低合金钢为含有下述重量分组分的合金钢，
7.所述的重量分组分至少包括c：0.04％～0.13％，si：0.15～0.60％，mn：0.8％～1.40％，p： 0.010～0.030％，s≤0.008％，als：0.010％～0.080％，n≤0.008％，nb：0.03～0.08％，其余元素为fe及不可避免的杂质。
8.进一步的是，所述的重量分组分还包括v：0.035～0.065％，al：0.025～0.065％；所述的c为0.011～0.13％，si为0.45～0.60％，mn为1.00～1.30％，p≤0.012％，s≤0.006％， n≤0.004％。
9.用于所述低合金钢的拼接方法，所述的拼接方法以宽度和厚度相互适应的多件420mpa级的低合金钢钢卷为拼接对象,先对各件低合金钢钢卷需要拼接的端头进行修整，然后采用激光焊接的方式将各件低合金钢钢卷沿长度方向两两相对的连接为一个整体的超长连续钢带，
10.其中，焊接前后的两个钢卷中强度较高带钢的屈服强度应低于强度较低钢带屈服强度的 2倍，
11.被焊接的相邻两件低合金钢钢卷的碳当量按下述公式计算的数值控制在0.008～0.40范围，所述碳当量计算公式为ceq＝c mn/6 si/24 ni/40 cr/5 mo/4 v/14(％)。
12.上述方案的优选方式是，在激光焊接前先在焊缝间添加改性填充焊丝，并在焊接的过程中同时熔化该改性填充焊丝完成拼接缝的焊接工作，添加的所述改性填充焊丝的化学成分按下述要求控制，
13.c：0.02～0.15％、si：0.55～1.10％、mn：1.35～1.90％、p≤0.030％、s≤0.030％、cu≤ 0.50％、ti zr：0.02～0.30％、al：0.10％～0.50％，其余为fe及不可避免的杂质，
14.改性填充焊丝的直径不超过1.2mm。
15.进一步的是，对各件低合金钢钢卷需要拼接的端头进行修整采用的是双切剪，剪切过程中，剪刃与钢带的倾角按不超为2.5
°
控制，剪刃间隙按0.30～0.65mm控制，
16.剪刃间隙的控制根据钢带厚度按下述要求确定，当钢带厚度≤2.5mm时剪刃间隙为0.30mm，钢带厚度每增加0.5mm剪刃间隙增加0.05mm；剪刃更换周期≤7000t或剪切次数≤ 12000次，每次更换剪刃后都应对剪刃侧间隙进行标定，确保剪切横截面与带钢纵向成90
°
，且需确保证剪切端面光滑、平直，无毛刺、分层等缺陷。
17.上述方案的优选方式是，在对各件低合金钢钢卷需要拼接的端头进行修剪时，每件钢卷端头的修剪长度按下述要求控制，
18.当钢带厚度t＜2.75mm时切除量不低于5.7m，当2.75≤钢带厚度t＜4.0mm时切除量不低于4.8m，当钢带厚度t≥4.0mm时切除量不低3.9m，并确保带头带尾的缺陷能完全切除，不会恶化焊接质量。
19.进一步的是，在对各件低合金钢钢卷需要拼接的端头进行修整的同时，还需要带钢的几何形状进行检查，具体要求为，
20.带钢表面平直度≤255umit，镰刀弯≤30mm/10m,hc-h40的凸度≤155μm，浪性高度
≤ 13mm/5m,翘曲≤25mm，
21.相邻两件拼接钢带的厚度差≤1.6h1,宽度差≤340mm，拼接时当侧偏差不超过150mm，
22.其中，h1为较薄钢带的厚度，单位为mm；hc为带钢中部的厚度，单位为μm；h40带钢距离边部40mm处的厚度，单位为μm。
23.上述方案的优选方式是，所述的激光焊接为气体保护激光焊，所述的气体保护激光焊至少包括激光功率、焊接速度和喂丝速度几个焊接参数，各个参数分别按下述要求控制，
24.激光功率控制为12
±
0.8kw，焊接速度根据钢带厚度控制为3.5～5.6
±
0.3m/min，喂丝速度根据钢带厚度控制为1.7～3.8m/min，焊接完成后应用碾压轮对焊缝进行清理，碾压轮压力≤65kn、碾压轮高度为0～7.8mm，
25.其中，当钢带厚度≤2.5mm时其焊接速度控制为5.6
±
0.3m/min，厚度每增加0.5mm速度降低0.3m/min，焊接速度补偿范围为0～15％；当钢带厚度≤2.5mm时其喂丝速度为1.7
±ꢀ
0.3m/min，厚度每增加0.5mm速度增加0.3m/min，喂丝速度补偿范围为0～15％，
26.气体保护激光焊的保护气体为he占45～51nl/h n2占8.0～12.0nl/h co占1.8～2.3 nl/h的混合气体，所述混合气体的露点≤-50℃、压力值为0.4～0.7mpa、温度为5～50℃，
27.焊接时的辅助气体为he，其压力值为0.4～0.7mpa、流量为90～160nl/min、温度为5～ 50℃。
28.进一步的是，焊接完成后，需即时通过热循环对焊缝进行热处理，其具体过程中为，热处理功率为40kw、频率为30khz，焊缝热处理电流补偿量为0～15％，在焊缝热热处理的加热过程中加热速度≤20℃/s，冷却时以冷速≤15℃/s冷却至300℃以下空冷。
29.进一步的是，焊接完成的焊缝还需要按下述要求进行质量控制，
30.焊缝的厚度t1为原钢带厚度的1.02～1.20倍；
31.对焊缝取样做杯突试验，取样点数至少3个，左右两个点取在距边部100～200mm范围内，第3点为带钢的中部，冲孔的孔径为15mm且冲孔距离焊缝为100mm；
32.杯突试验要求为，若裂口在热影响区及裂口垂直于焊缝方向以及裂口垂直于焊缝方向时，判定为焊缝合格；若裂口与焊缝重合时则判定为焊缝质量不合格，并且一大卷内不允许有两个焊缝否则判定为不合格，
33.如果焊接为宽度跳跃式拼接焊缝，还需要进行冲月牙弯实验，具体要求为，
34.1)在焊缝处冲切，冲切量为相对于窄带钢宽进去30mm，
35.2)窄变宽的情况下，从焊缝向入口侧偏离240mm位置和焊缝处进行两次冲切，
36.3)宽变窄的情况下，从焊缝向出口偏离240mm的位置和焊缝处进行两次冲切，
37.经测试无问题后方可进行宽度跳跃钢卷的过渡。
38.本发明的有益效果是：本技术提供的技术方案通过对屈服强度为420mpa级的低合金钢的组分按c：0.04％～0.13％，si：0.15～0.60％，mn：0.8％～1.40％，p：0.010～0.030％，s≤0.008％， als：0.010％～0.080％，n≤0.008％，nb：0.03～0.08％，其余元素为fe及不可避免的杂质控制，并在酸轧前按下述方法进行拼接，即以宽度和厚度相互适应的多件420mpa级的低合金钢钢卷为拼接对象,先对各件低合金钢钢卷需要拼接的端头进行
修整，然后采用激光焊接的方式将各件低合金钢钢卷沿长度方向两两相对的连接为一个整体的超长连续钢带，其中，焊接前后的两个钢卷中强度较高带钢的屈服强度应低于强度较低钢带屈服强度的2倍，被焊接的相邻两件低合金钢钢卷的碳当量按下述公式计算的数值控制在0.008～0.40范围，所述碳当量计算公式为ceq＝c mn/6 si/24 ni/40 cr/5 mo/4 v/14(％)。从而有效的解决了现有技术存在的生产过程中不稳，生产效率不高的技术问题，达到了提供一种能保证420mpa级的低合金钢酸轧工序生产稳定、高效的目的。
具体实施方式
39.为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供的一种能确保酸轧工序稳定、高效生产的屈服强度为420mpa级的低合金钢,本发明还提供了一种用于所述低合金钢的拼接方法。所述低合金钢为含有下述重量分组分的合金钢，所述的重量分组分至少包括c：0.04％～ 0.13％，si：0.15～0.60％，mn：0.8％～1.40％，p：0.010～0.030％，s≤0.008％，als：0.010％～ 0.080％，n≤0.008％，nb：0.03～0.08％，其余元素为fe及不可避免的杂质。所述的拼接方法以宽度和厚度相互适应的多件420mpa级的低合金钢钢卷为拼接对象,先对各件低合金钢钢卷需要拼接的端头进行修整，然后采用激光焊接的方式将各件低合金钢钢卷沿长度方向两两相对的连接为一个整体的超长连续钢带，其中，焊接前后的两个钢卷中强度较高带钢的屈服强度应低于强度较低钢带屈服强度的2倍，被焊接的相邻两件低合金钢钢卷的碳当量按下述公式计算的数值控制在0.008～0.40范围，所述碳当量计算公式为 ceq＝c mn/6 si/24 ni/40 cr/5 mo/4 v/14(％)。从而有效的解决了现有技术存在的生产过程中不稳，生产效率不高的技术问题，达到了提供一种能保证420mpa级的低合金钢酸轧工序生产稳定、高效的目的。
40.上述实施方式中，根据需要，本技术所述的重量分组分还包括v：0.035～0.065％，al： 0.025～0.065％；相应的，所述的c为0.011～0.13％，si为0.45～0.60％，mn为1.00～1.30％， p≤0.012％，s≤0.006％，n≤0.004％。相应的，为了提高焊接质量，本技术在激光焊接前先在焊缝间添加改性填充焊丝，并在焊接的过程中同时熔化该改性填充焊丝完成拼接缝的焊接工作，添加的所述改性填充焊丝的化学成分按下述要求控制，c：0.02～0.15％、si：0.55～ 1.10％、mn：1.35～1.90％、p≤0.030％、s≤0.030％、cu≤0.50％、ti zr：0.02～0.30％、al： 0.10％～0.50％，其余为fe及不可避免的杂质，改性填充焊丝的直径不超过1.2mm。而在对各件低合金钢钢卷需要拼接的端头进行修整采用的是双切剪，剪切过程中，剪刃与钢带的倾角按不超为2.5
°
控制，剪刃间隙按0.30～0.65mm控制，剪刃间隙的控制根据钢带厚度按下述要求确定，当钢带厚度≤2.5mm时剪刃间隙为0.30mm，钢带厚度每增加0.5mm剪刃间隙增加 0.05mm；剪刃更换周期≤7000t或剪切次数≤12000次，每次更换剪刃后都应对剪刃侧间隙进行标定，确保剪切横截面与带钢纵向成90
°
，且需确保证剪切端面光滑、平直，无毛刺、分层等缺陷。以及在对各件低合金钢钢卷需要拼接的端头进行修剪时，每件钢卷端头的修剪长度按下述要求控制，当钢带厚度t＜2.75mm时切除量不低于5.7m，当2.75≤钢带厚度t＜4.0mm 时切除量不低于4.8m，当钢带厚度t≥4.0mm时切除量不低3.9m，并确保带头带尾的缺陷能完全切除，不会恶化焊接质量。而且在对各件低合金钢钢卷需要拼接的端头进行修整的同时，还需要带钢的几何形状进行检查，具体要求为，带钢表面平直度≤255umit，镰刀弯≤ 30mm/10m,hc-h40的凸度≤155μm，浪性高度≤13mm/5m,翘曲≤
25mm，相邻两件拼接钢带的厚度差≤1.6h1,宽度差≤340mm，拼接时当侧偏差不超过150mm，其中，h1为较薄钢带的厚度，单位为mm；hc为带钢中部的厚度，单位为μm；h40带钢距离边部40mm处的厚度，单位为μ m。
41.进一步的，本技术所述的激光焊接为气体保护激光焊，所述的气体保护激光焊至少包括激光功率、焊接速度和喂丝速度几个焊接参数，各个参数分别按下述要求控制，激光功率控制为12
±
0.8kw，焊接速度根据钢带厚度控制为3.5～5.6
±
0.3m/min，喂丝速度根据钢带厚度控制为1.7～3.8m/min，焊接完成后应用碾压轮对焊缝进行清理，碾压轮压力≤65kn、碾压轮高度为0～7.8mm，其中，当钢带厚度≤2.5mm时其焊接速度控制为5.6
±
0.3m/min，厚度每增加0.5mm速度降低0.3m/min，焊接速度补偿范围为0～15％；当钢带厚度≤2.5mm时其喂丝速度为1.7
±
0.3m/min，厚度每增加0.5mm速度增加0.3m/min，喂丝速度补偿范围为0～ 15％，气体保护激光焊的保护气体为he占45～51nl/h n2占8.0～12.0nl/h co占1.8～2.3 nl/h的混合气体，所述混合气体的露点≤-50℃、压力值为0.4～0.7mpa、温度为5～50℃。
42.焊接时的辅助气体为he，其压力值为0.4～0.7mpa、流量为90～160nl/min、温度为5～ 50℃。同时，焊接完成后，需即时通过热循环对焊缝进行热处理，其具体过程中为，热处理功率为40kw、频率为30khz，焊缝热处理电流补偿量为0～15％，在焊缝热热处理的加热过程中加热速度≤20℃/s，冷却时以冷速≤15℃/s冷却至300℃以下空冷。相应的，焊接完成的焊缝还需要按下述要求进行质量控制，焊缝的厚度t1为原钢带厚度的1.02～1.20倍。各试验的具体要求或过程为，对焊缝取样做杯突试验，取样点数至少3个，左右两个点取在距边部100～200mm范围内，第3点为带钢的中部，冲孔的孔径为15mm且冲孔距离焊缝为100mm；
43.杯突试验要求为，若裂口在热影响区及裂口垂直于焊缝方向以及裂口垂直于焊缝方向时，判定为焊缝合格；若裂口与焊缝重合时则判定为焊缝质量不合格，并且一大卷内不允许有两个焊缝否则判定为不合格，
44.如果焊接为宽度跳跃式拼接焊缝，还需要进行冲月牙弯实验，具体要求为，
45.1)在焊缝处冲切，冲切量为相对于窄带钢宽进去30mm，
46.2)窄变宽的情况下，从焊缝向入口侧偏离240mm位置和焊缝处进行两次冲切，
47.3)宽变窄的情况下，从焊缝向出口偏离240mm的位置和焊缝处进行两次冲切，
48.经测试无问题后方可进行宽度跳跃钢卷的过渡。
49.综上所述，采用本技术提供的上述技术方案还具有以下优点，
50.通过对衔接材料材质(温度、平直度、镰刀弯、凸度)、厚度/宽度过渡、表面质量良、剪切工艺及质量、剪切工艺及质量、关键焊接工艺(焊丝成分、激光功率、焊接速度、喂丝速度、焊缝热处理能)的调控，获得表面光滑、无裂缝，焊缝区不存在夹杂、未焊透、错边等缺陷，经焊缝厚度、杯凸试验检测后确认良好质量的焊缝，以确保了酸轧工序稳定、高效的生产，对国内外相类似机组生产低合金钢生产提供指导。
51.具体实施例
52.1)本发明的目的在于提供一种420mpa级低合金钢酸轧工序焊接方法，通过对衔接材料材质(温度、平直度、镰刀弯、凸度)、厚度/宽度过渡、表面质量良、剪切工艺及质量、剪切工艺及质量、关键焊接工艺(焊丝选择、激光功率、焊接速度、喂丝速度、焊缝热处理能) 的调控，获得良好的焊缝质量，确保了酸轧工序的稳定、高效生产，对国内外相类似机组生
0.3m/min，喂丝速度补偿范围为0～15％)。焊接完成后需用碾压轮对焊缝进行清理，碾压轮压力≤65kn、碾压轮高度为0～7.8mm，且由于冷轧420mpa级低合金钢的合金含量较高需对焊缝进行热处理以改善其焊缝质量。
62.11)在焊接过程中全程需要气体保护，其中激光保护气体为he(45～51nl/h) n2(8.0～ 12.0nl/h) co(1.8～2.3nl/h)的混合气体(露点≤-50℃、压力0.4～0.7mpa、温度为5～ 50℃)；焊接时的辅助气体为he(压力0.4～0.7mpa、流量90～160nl/min、温度为5～50℃)。
63.12)依据序10)焊接后通过热循环对焊缝进行热处理，其功率为40kw、频率为30khz、焊缝热处理电流补偿量为0～15％，焊缝热热处理的加热过程中要求加热速度≤20℃/s，冷却时以冷速≤15℃/s冷却至300℃以下空冷。
64.13)焊接后的焊缝经焊后退火、打磨后，表面要求光滑、无裂缝，且焊缝区不能存在夹杂、未焊透、错边等缺陷，此外需通过焊缝厚度、杯凸试验对焊缝质量进行检查。
65.14)依据序13)焊缝的厚度(t1)为原料厚度的1.02～1.20倍(1.02t≤t1≤1.2t，其中t为原料厚度)；焊缝取样做杯突试验时，至少做3个点的检验，左右两个点取在距边部 100～200mm范围内、第3点为带钢的中部，冲孔的孔径为15mm且冲孔距离焊缝距离为100mm。若裂口在热影响区及时裂口垂直于焊缝方向以及裂口垂直于焊缝方向时，判定为焊缝合格；若裂口与焊缝重合时则判定为焊缝质量不合格。此外，一大卷内不允许有两个焊缝否则判定为不合格。进行宽度跳跃衔接时需进行冲月牙弯实验，要求：(1)在焊缝处冲切，冲切量为相对于窄带钢宽进去30mm；(2)窄变宽的情况下，从焊缝向入口侧偏离240mm位置(宽的一侧)和焊缝处进行两次冲切；(3)宽变窄的情况下，从焊缝向出口偏离240mm的位置(宽的一侧)和焊缝处进行两次冲切。经测试无问题后方可进行宽度跳跃钢卷的过渡。
66.实施例一
67.1)将钢卷温度为53℃、规格为3.50mm
×
1280mm的420mpa级低合金钢(化学成分为 0.08％c、0.42％si、1.20％mn、0.022％p、0.005％s、0.041％als、0.055％nb，其碳当量为0.29) 钢卷的带尾剪切4.8mm后，与温度45℃、规格为3.50
×
1310的420mpa级低合金钢(0.077％c、 0.43％si、1.18％mn、0.019％p、0.004％s、0.037％als、0.052％nb，其碳当量为0.28)钢卷的带头剪切4.9mm，采用焊接电流为12.5kw配合以2.4m/min的喂丝速度将焊丝(化学成分为 0.08％c、0.63％si、1.85％mn、0.017％p、0.007％s、0.017％cu、ti：0.027％)并以4.8m/min的速度进行焊接。经上述焊接工艺焊接后的焊缝平整光滑，无结瘤，无焊疤，无焊穿，杯凸试验未出现沿焊缝开裂、冲月牙弯效果良好，在酸洗和冷轧过程中均未出现焊缝导致的断带事故。
68.2)将钢卷温度为50℃、规格为4.10mm
×
1260mm的420mpa级低合金钢(化学成分为 0.09％c、0.47％si、1.25％mn、0.024％p、0.003％s、0.033％als、0.048％nb，其碳当量为0.30) 钢卷的带尾剪切4.9mm后，与温度43℃、规格为4.00
×
1275的热镀锌590dp(0.81％c、 0.22％si、1.75％mn、0.010％p、0.004％s、0.030％als、0.33％cr、0.14％mo、，其碳当量为0.469) 钢卷的带头剪切5.0mm，采用焊接电流为12.3kw配合以2.7m/min的喂丝速度将焊丝(化学成分为0.09％c、0.15％si、1.85％mn、0.012％p、0.007％s、0.030％cu、ti：0.010％)并以3.3m/min 的速度进行焊接。经上述焊接工艺焊接后的焊缝平整光滑，无结瘤，无焊疤，无焊穿，杯凸试验未出现沿焊缝开裂、冲月牙弯效果良好，在酸洗和冷轧过程中均未出现焊
缝导致的断带事故。
69.3)将钢卷温度为52℃、规格为4.3mm
×
1290mm的420la(化学成分为0.07％c、0.46％si、 1.20％mn、0.023％p、0.003％s、0.033％als、0.047％nb，其碳当量为0.29)钢卷的带尾剪切 4.7mm后，与温度48℃、规格为3.9
×
1320的热镀锌1180dp(化学成分为0.125％c、0.35％si、 2.32％mn、0.011％p、0.002％s、0.045％als、0.61％cr、0.025％nb、0.028％ti、0.33％mo、0.0025％b，其碳当量为0.73)钢卷的带头剪切7.6mm，采用焊接电流为12.5kw配合以3.6m/min的喂丝速度将焊丝(化学成分为0.10％c、0.60％si、1.80％mn、0.015％p、0.008％s、0.010％cu、ti： 0.025％)并以5.2m/min的速度进行焊接。经上述焊接工艺焊接后的焊缝质量不佳，杯凸试验未出现沿焊缝开裂，更改衔接料后进行生产。