药芯焊丝用冷轧钢板及其制造方法与流程

1.本实施例涉及一种药芯焊丝用冷轧钢板及其制造方法。更具体地，本实施例涉及一种通过优化合金元素的含量显著提高强度、低温韧性、焊接操作性和加工性的药芯焊丝用冷轧钢板及其制造方法。
背景技术：
：：2.通常，作为焊接生产性最高以及在不同位置容易焊接的焊接方法，有一种方法是药芯焊接(fcw，fluxcoredwelding)。fcw焊接方法所使用的焊接材料是药芯焊丝，其制造方法如下：将焊条用冷轧钢板拉拔而成的钢带(strip)加工成u型后，再将焊剂添加到所加工的u型管中。3.作为用于制造药芯焊丝的药芯焊丝用冷轧钢板，通常使用基于碳钢的冷轧钢板，在某些特殊用途下也会使用不锈钢。4.基于碳钢的药芯焊丝用冷轧钢板是低合金钢，因此要想确保根据使用环境的药芯焊丝的特性，除了填充到芯内部的基本焊剂成分以外，还需要添加用于确保使用特性的大量的合金元素。5.然而，如上所述，用于确保焊条使用特性的合金元素的含量增加时，由于焊剂成分等受到限制，存在难以确保稳定的焊接特性的问题。此外，由于这些合金元素大部分是以高纯度的粉末形式添加，不仅成为成本上升的原因，而且由于添加的合金元素的比重高，存在焊接时熔化的添加成分引起焊接部偏析等焊接不良的问题。6.例如，作为药芯焊丝用钢板的制造方法之一，已经提出通过添加钛(ti)等来制造冲击韧性和强度优异的焊条用钢的方法。然而，由于该方法添加很多昂贵的合金元素，不仅存在制造成本上升的问题，而且由于延展性低，存在难以确保拉拔加工性的问题。7.另外，已经提出一种技术，通过焊剂原料中添加钛(ti)、镁(mg)等，促进熔融金属的脱氧反应，以减少焊接缺陷。然而，为了充分获得熔融金属的脱氧效果，需要焊剂中添加很多合金元素，但是如此添加很多合金元素到焊剂时，存在焊接操作性下降的问题，例如发生焊接时微细粒子四处迸飞的飞溅(spatter)现象等诸多现象。8.因此，实际上需要开发出一种利用药芯焊丝用冷轧钢板的焊接钢带及其制造方法，可以获得超低温用环境下强度和低温韧性优异的焊接部，而且具有优异的焊接操作性和拉拔加工性。技术实现要素：9.(一)要解决的技术问题10.本实施例旨在提供一种通过适量添加镍(ni)和硼(b)等显著提高强度、低温韧性、焊接操作性和加工性的药芯焊丝用冷轧钢板及其制造方法。11.(二)技术方案12.根据一个实施例的药芯焊丝用冷轧钢板，以重量％计，所述钢板可以包含碳(c)：0.0005至0.01、锰(mn)：0.05至0.25％、硅(si)：0.03％以下且0％除外、磷(p)：0.0005至0.01％、硫(s)：0.001至0.008％、铝(al)：0.0001至0.010％、氮(n)：0.0005至0.003％、镍(ni)：0.5至1.7、硼(b)：0.0005至0.0030％、余量的fe和不可避免的杂质。13.根据另一个实施例的药芯焊丝用冷轧钢板的制造方法，可以包含：制造板坯的步骤，以重量％计，所述板坯包含碳(c)：0.0005至0.01、锰(mn)：0.05至0.25％、硅(si)：0.03％以下且0％除外、磷(p)：0.0005至0.01％、硫(s)：0.001至0.008％、铝(al)：0.0001至0.010％、氮(n)：0.0005至0.003％、镍(ni)：0.5至1.7、硼(b)：0.0005至0.0030％、余量的fe和不可避免的杂质；将所述板坯加热的步骤；将所述加热后的板坯热轧成热终轧温度为890至950℃而得到热轧钢板的步骤；将所述热轧钢板在550至700℃的温度下卷取的步骤；对所述卷取后的热轧钢板以50至85％的压下率进行冷轧而得到冷轧钢板的步骤；以及对所述冷轧钢板在700至850℃的温度下进行退火的步骤。14.(三)有益效果15.根据一个实施例的药芯焊丝用冷轧钢板，其适当地控制合金成分，从而显著提高加工性和生产性，同时随着焊剂成分的稳定化也易于确保焊接操作性，可以极大地改善操作的效率性。16.另外，根据一个实施例，可以廉价制造用于造船业、材料业、建筑业等的药芯焊丝用冷轧钢板。具体实施方式17.第一、第二、第三等词汇用于描述各部分、成分、区域、层和/或段，但这些部分、成分、区域、层和/或段不应该被这些词汇限制。这些词汇仅用于区分某一部分、成分、区域、层和/或段与另一部分、成分、区域、层和/或段。因此，在不脱离本发明的范围内，下面描述的第一部分、成分、区域、层和/或段也可以被描述为第二部分、成分、区域、层和/或段。18.本文所使用的术语只是出于描述特定实施例，并不意在限制本发明。除非上下文中另给出明显相反的含义，否则本文所使用的单数形式也意在包含复数形式。在说明书中使用的“包含”可以具体指某一特性、领域、整数、步骤、动作、要素及/或成分，但并不排除其他特性、领域、整数、步骤、动作、要素、成分及/或组的存在或附加。19.如果某一部分被描述为在另一个部分之上，则可以直接在另一个部分上面或者其间存在其他部分。当某一部分被描述为直接在另一个部分上面时，其间不存在其他部分。20.虽然没有另作定义，但是本文中使用的所有术语(包含技术术语和科学术语)的含义与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的意思相同。对于辞典中定义的术语，应该被解释为具有与相关技术文献和本文中公开的内容一致的意思，而不应该以理想化或过于正式的含义来解释它们的意思。21.另外，在没有特别提及的情况下，％表示重量％，1ppm是0.0001重量％。22.在本发明的一个实施例中，进一步包含附加元素是指余量的铁(fe)中一部分被附加元素替代，替代量相当于附加元素的添加量。23.在下文中，将详细描述本发明的实施例，以使本发明所属领域的普通技术人员容易实施本发明。然而，本发明能够以各种不同方式实施，并不限于本文所述的实施例。24.根据本发明的一个实施例的药芯焊丝用冷轧钢板，以重量％计，所述钢板可以包含碳(c)：0.0005至0.01、锰(mn)：0.05至0.25％、硅(si)：0.03％以下且0％除外、磷(p)：0.0005至0.01％、硫(s)：0.001至0.008％、铝(al)：0.0001至0.010％、氮(n)：0.0005至0.003％、镍(ni)：0.5至1.7、硼(b)：0.0005至0.0030％、余量的fe和不可避免的杂质。25.下面描述限制冷轧钢板的成分的理由。26.c：0.0005至0.01重量％27.碳(c)是为了提高钢的强度而添加的元素，而且是为了使焊接热影响区具有类似于母材的特性而添加的元素。如果c含量过少，则上述的效果不充分。另一方面，如果c含量过多，则由于高强度或加工硬化，可能会出现拉拔工艺中发生断裂等问题。此外，不仅发生焊接连接部的低温龟裂或冲击韧性降低，而且由于高硬度，需要多次热处理，才能加工成目标最终产品。因此，c含量可为0.0005至0.01重量％。具体地，例如，所述碳(c)的含量可为0.0005至0.008重量％、0.0005至0.005重量％、或0.001至0.005重量％。当碳含量满足所述范围时，可以进一步提高焊接热影响区的特性。28.mn：0.05至0.25重量％29.对于锰(mn)，作为固溶强化元素，其作用是提高钢的强度以及改善热加工性。但是，当过量添加时，由于形成大量的硫化锰(mns)析出物，可能会损害钢的延展性和加工性。如果mn含量过少，则有可能成为产生红热脆性(redshortness)的因素，对奥氏体的稳定化难有贡献。另一方面，如果mn含量过多，则延展性降低，并且成为产生中心偏析的因素，有可能导致焊条制造工艺中拉拔操作时产生断裂。因此，mn含量可为0.05至0.25重量％。更具体地，例如，mn的含量可为0.07至0.20重量％。30.si：0.03重量％以下31.硅(si)与氧等结合在钢板的表面上形成氧化层，从而导致表面特性变差，并成为降低耐腐蚀性的因素，而且由于促进焊接金属中的硬质相变，从而降低低温冲击特性。因此，si含量限制在0.03重量％以下。更具体地，例如，si的含量可为0.001至0.030重量％或0.001至0.0020重量％。32.p：0.0005至0.01重量％33.磷(p)在钢中作为固溶元素存在，是引起固溶强化提高强度和硬度的元素。如果p的含量过少，则有可能难以保持一定水平的刚性。如果p含量过多，则铸造时引起中心偏析，延展性下降，可能会导致焊丝加工性变差。因此，p含量可为0.0005至0.01重量％。更具体地，例如，p的含量可为0.001至0.008重量％。34.s：0.001至0.008重量％35.硫(s)与钢中的锰结合而形成非金属夹杂物，并成为产生红热脆性(redshortness)的因素，因此优选尽可能降低其含量。此外，如果s含量高，则可能会出现降低钢板的母材韧性的问题。因此，s含量可为0.001至0.008重量％。更具体地，例如，s的含量可为0.0015至0.007重量％。36.al：0.0001至0.010重量％37.铝(al)是为了铝镇静钢中防止脱氧剂和时效导致的材质劣化而添加的元素，有利于确保延展性，这样的效果在超低温时更明显。如果al含量过少，则上述的效果不充分。另一方面，如果al含量过多，则由于氧化铝(al2o3)等表面夹杂物激增，致使热轧材料的表面特性恶化，不仅加工性下降，而且在焊接热影响区晶界局部形成铁素体，因此机械特性可能会下降。此外，有可能发生焊接后焊珠(bead)形状变差的问题。因此，al含量可为0.0001至0.010重量％。更具体地，例如，al的含量可为0.0005至0.0100重量％、0.001至0.007重量％或0.001至0.006重量％。38.n：0.0005至0.003重量％39.氮(n)在钢中以固溶状态存在，是对材料强化有效的元素。如果n含量过少，则有可能难以确保目标刚性。另一方面，如果n含量过多，则不仅时效性急剧变差，而且由于炼钢步骤中脱氮导致的负担会增加，炼钢操作性有可能恶化。因此，n含量可为0.0005至0.003重量％。更具体地，例如，n的含量可为0.001至0.0027重量％。40.ni：0.5至1.7重量％41.镍(ni)是通过提高延展性来提高拉拔加工性的有效元素，而且是超低温下也形成稳定的组织以改善低温冲击特性的必要元素。为了获得如上所述的效果，同时为了焊剂组分的稳定，ni可以包含0.5重量％以上。但是，如果ni的含量过多，则由于强度上升，不仅导致拉拔加工性变差，还有可能导致表面缺陷。此外，本质上，当大量添加昂贵的ni时，炼钢成本会明显上升。因此，ni含量可为0.5至1.7重量％。更具体地，例如，ni的含量可为0.5至1.6重量％、0.6至1.6重量％、或0.7至1.5重量％。42.b：0.0005至0.0030重量％43.硼(b)在提高淬透性确保焊接连接部的强度方面是有利的元素。如果b含量过少，则有可能难以确保强度。另一方面，如果b含量过多，则由于再结晶温度上升，不仅退火操作性下降，而且可能会发生加工性明显降低的问题。因此，b含量可为0.0005至0.0030重量％。更具体地，例如，b的含量可为0.0002至0.004重量％、0.0005至0.0030重量％,0.0006至0.0027重量％或0.001至0.0027重量％。44.本发明的余量成分是铁(fe)。但是，常规制造过程中会不可避免地混入来自原料或周围环境的意想不到的杂质，因此无法排除混入杂质。这些杂质是常规制造过程的技术人员任何人都知道的杂质，因此相关的所有内容本说明书中不再赘述。45.另一方面，本发明的冷轧钢板不仅满足前述的合金组分，而且由下述式1定义的w,f可为2.0至15.0。46.[式1][0047]w,f＝(41×[c] 28×[al] 3.4×[s])*(25×[ni]×30×[b])/(25×[n])[0048]在上述式1中，[c]、[al]、[s]、[ni]、[b]和[n]各自表示c、al、s、ni、b和n的重量百分比含量。[0049]w,f的设计考虑了影响焊接操作性和拉拔加工性的各元素的相关关系。如果w,f过小，则由于焊接部组织的硬化度低，虽然加工性好，但是无法确保焊接强度和低温韧性，需要增加焊剂中的合金元素量。因此，焊接操作性可能会下降。另一方面，如果w,f过大，则由于焊接部的硬度激增，制管和拉拔操作时可能会发生焊接部件的断裂。因此，w,f优选满足2.0至15.0的范围。更具体地，例如，w,f可为2.1至14.8。[0050]根据本发明的一个实施例的冷轧钢板具有优异的延伸率。具体地，延伸率可为40％以上。通过满足这些特性，可以优选用作药芯焊丝用材料。[0051]具体地，药芯焊丝如下制造：使冷轧钢板钢带连续通过压辊之间，从而增加弯曲变形量，再成型为u型弯曲部件后，向内部供应焊剂。然后，使填充有焊剂的材料重新连续通过压辊之间，从而制成内部填充有焊剂的圆筒状，再沿着长度方向拉拔，从而制成以所需粗细拉拔的形状。因此，为了用作药芯焊丝用材料，要求具有高延伸率。[0052]如果延伸率过低，则焊丝拉拔加工时断面收缩率降低，制管加工性变差，可能会发生加工时产生撕裂等龟裂的问题。更具体地，根据一个实施例的冷轧钢板的延伸率可为40％至60％、44％至55％、或45％至55％。[0053]根据本发明的一个实施例的药芯焊丝用冷轧钢板的制造方法，可以包含：制造板坯的步骤；将所述板坯加热的步骤；对所述加热后的板坯进行轧制而得到热轧钢板的步骤；将所述热轧钢板卷取的步骤；对所述卷取后的热轧钢板进行冷轧而得到冷轧钢板的步骤；以及对所述冷轧钢板进行退火的步骤。[0054]在下文中，将详细描述每个步骤。[0055]首先，制造板坯。在炼钢步骤中，将c、mn、si、p、s、al、n、ni、b等控制为适当的含量。炼钢步骤中调整成分的钢水通过连铸制成板坯。[0056]此时，制造的所述板坯，以重量％计，可以包含碳(c)：0.0005至0.01、锰(mn)：0.05至0.25％、硅(si)：0.03％以下且0％除外、磷(p)：0.0005至0.01％、硫(s)：0.001至0.008％、铝(al)：0.0001至0.010％、氮(n)：0.0005至0.003％、镍(ni)：0.5至1.7、硼(b)：0.0005至0.0030％、余量的fe和不可避免的杂质。[0057]至于板坯的各组分，前述的药芯焊丝用冷轧钢板中已有详细描述，因此省略重复描述。在板坯的合金成分内，同样也可以满足前述的式1。药芯焊丝用冷轧钢板的制造工艺中合金成分没有实质变化，因此板坯和最终制造的药芯焊丝用冷轧钢板的合金成分会相同。[0058]接下来，将所述板坯加热。这是为了顺利进行后续热轧工艺以及将板坯均匀化处理。对于所述板坯，例如，可以加热到1100至1300℃。如果板坯加热温度过低，则存在后续热轧时负荷激增的问题。相比之下，如果板坯加热温度过高，则不仅能源成本增加，而且表面氧化皮的量会增加，因此可能会导致材料的损失。更具体地，所述板坯加热温度可为1150至1280℃。[0059]接下来，对所述加热后的板坯进行热轧，以制造热轧钢板。此时，热轧的终轧温度可为890至900℃。如果终轧温度过低，则由于热轧在低温区域结束，晶粒的混粒化迅速进行，有可能造成热轧性和加工性下降。相比之下，如果终轧温度过高，则表面氧化皮的剥离性降低，在整个厚度上无法实现均匀的热轧，因此晶粒微细化变得不充分，可能会出现晶粒粗大化导致的冲击韧性下降。更具体地，热轧的终轧温度可为895至940℃。[0060]接下来，将所述热轧钢板卷取。此时，卷取温度可为550至700℃。在热轧后卷取前，热轧钢板的冷却可以在输出辊道(rot，run-out-table)上进行。如果卷取温度过低，则由于在冷却和保持期间宽度方向的温度不均匀，低温析出物的生成行为出现差异而导致材质偏差，从而对加工性产生不良影响。相比之下，如果卷取温度过高，则由于最终产品的组织变得粗大化，存在表面材质软化和制管性恶化的问题。更具体地，所述热轧钢板的卷取温度可为580至690℃。[0061]将热轧钢板卷取后，在对卷取后的热轧钢板进行冷轧之前，还可以包含对卷取后的热轧钢板进行酸洗的步骤。[0062]接下来，对卷取后的热轧钢板进行冷轧，以制造冷轧钢板。此时，压下率可为50至85％。如果压下率过低，则由于再结晶驱动力低，不仅难以确保均匀的材质，例如发生局部组织生长等，而且考虑到最终产品的厚度，需要减小热轧钢板的厚度，因此存在热轧操作性明显变差的问题。相比之下，如果压下率过高，则由于材质硬化，不仅拉拔时成为龟裂的原因，而且由于轧机的负荷，存在降低冷轧操作性的问题。因此，压下率可为50至85％，更具体地可为65至80％。[0063]接下来，对冷轧钢板进行退火。冷轧中因变形而提高强度的状态下实施退火，从而可以确保强度和加工性。此时，退火温度可为700至850℃。如果退火温度过低，则由于不能充分消除冷轧所形成的变形，存在加工性明显降低的问题。相比之下，如果退火温度过高，则退火通板性上可能会出现问题，例如板破裂等。更具体地，所述退火温度可为730至845℃。对于退火，在不卷取冷轧钢板的情况下，可以连续进行退火。[0064]在对冷轧钢板进行退火的步骤之后，还可以包含对退火后的冷轧钢板进行平整轧制的步骤。通过平整轧制，可以控制材料的形状以及获得目标表面粗糙度，但是如果平整压下率过高，则存在材料虽然硬化但加工性下降的问题，因此平整轧制可以采用3％以下的压下率。更优选地，平整轧制的压下率可为0.3至2.0％。[0065]对冷轧钢板进行退火后，可以将所述退火板用于制造药芯焊丝。也就是说，根据另一个实施例，可以提供由根据一个实施例的冷轧钢板形成的外皮和填充于所述外皮内的药芯焊丝。[0066]根据本发明的一个实施例的药芯焊丝的效果是冷轧钢板所表征的效果，与填充的焊剂种类无关。因此，焊剂可以不受限制地使用药芯焊丝领域中使用的一般的焊剂。由于焊剂是广为人知的，因此省略详细描述。[0067]其次，所述药芯焊丝具有优异的焊接部偏析指数。焊接部偏析指数用焊接部的整个面积中添加元素导致的偏析部所占的面积的比例来表示。具体地，焊接部偏析指数可为0.15％以下。更具体地，例如，所述冷轧钢板可以具有0.005至0.13％的焊接部偏析指数。[0068]另外，所述药芯焊丝具有优异的-20℃下的低温冲击能量。具体地，-20℃下的低温冲击能量可为50j(焦耳)以上。在低温环境下，由于低温冲击等，焊接部成为引起龟裂的因素，可能会导致焊接结构的安全问题。因此，需要在低温区域确保一定的冲击能量。更具体地，例如，-20℃下的低温冲击能量可为50j至130j、或55j至110j。[0069]另一方面，根据又一个实施例，可以提供利用根据一个实施例的药芯焊丝焊接的焊接部件。所述焊接部件具有优异的焊接部屈服强度。无论母材如何，焊接部的屈服强度都需要保持适当的水平，当作为结构部件时，在确保焊接部的稳定性方面，需要确保440mpa以上的高强度特性。更具体地，所述焊接部件的焊接部屈服强度可为440mpa至600mpa或440mpa至550mpa。[0070]在下文中，将详细描述本发明的具体实施例。然而，下述具体实施例是示例而已，本发明不限于下述具体实施例，本发明的范围以权利要求书的范围为准。[0071]实施例和比较例[0072]制造由下表1所示的合金成分、余量的fe和不可避免的杂质构成的板坯。接下来，将所述板坯加热到1230℃后，在下表2所示的制造条件下进行热轧、卷取、冷轧和退火工艺。对如此制造的退火板采用0.9％的平整压下率进行平整轧制。[0073]【表1】[0074][0075]【表2】[0076][0077]实验例[0078]对表2所示的条件下制造的冷轧钢板测定延伸率、通板性和拉拔加工性后示于下表3中。[0079](1)对于延伸率，利用万能拉伸试验机将标距长度(gaugelength)为50mm的试样每分钟拉伸10mm并测定试样断裂为止的变形量，由此求出延伸率。[0080](2)对于通板性，如果冷轧和热轧时没有轧制负荷以及连续退火时不会产生热瓢曲(heatbuckle)等缺陷，则表示为“○”，如果产生轧制负荷或者连续退火时产生板断裂等缺陷，则表示为“x”。[0081](3)对于拉拔加工性，如果以61％的断面收缩率拉拔加工药芯焊丝时产生撕裂等加工缺陷，则表示为“不良”，如果不产生加工缺陷，则表示为“良好”。[0082](4)此外，利用所制造的冷轧钢板制造宽度为14mm的钢带后，将该钢带加工成u型并填充焊剂成分，然后制成直径为3.1mm的o型焊接材料。将如此制造的焊接材料拉拔制成直径为1.2mm的药芯焊丝，利用该药芯焊丝实施低温冲击实验和拉伸实验，并测定焊接部偏析指数，其结果示于下表3中。[0083](5)另外，对于用药芯焊丝焊接的焊接部件，测定焊接操作性后，其结果示于下表3中。此时，对于焊接部件，拉拔成直径为1.2mm的焊丝，利用先导(pilot)焊机以电压为29伏、电流为150至180a、焊接速度为每分钟40cm的条件下制造的焊接部件为对象进行试验。对于焊接操作性，在制造焊接部件时，如果发生飞溅(spatter)现象等操作性下降现象，则表示为“不良”，如果没有发生操作性下降现象，则表示为“良好”。[0084]【表3】[0085][0086]从上表1至表3可知，合金组分和制造工艺的各条件都得到满足的发明例1至9，不仅通板性良好，而且作为目标的药芯焊丝焊条用冷轧钢板的材质标准延伸率为40％以上，制成焊接部件的焊丝的偏析指数也为0.15％以下。也就是说，由于二次加工时没有发生焊接部的撕裂或龟裂，不仅可以确保优异的加工性，而且焊接操作性也良好。[0087]同时，-20℃下的冲击能量也为50j以上，焊接部件的屈服强度也为440mpa以上，因此可以确保优异的强度和低温韧性。[0088]另一方面，比较例1至4虽然满足本发明中提出的合金组分，但是没有满足制造工艺条件，存在轧制通板性(比较例1至3)和退火通板性(比较例4)变差的问题。此外，延伸率低于目标、或者焊接部件屈服强度小于440mpa、或者-20℃下的冲击能量值为50j以下、或者焊接部件的拉拔加工性不良，因此无法确保作为整体目标的药芯焊丝用冷轧钢板的特性。[0089]比较例5至9虽然满足本发明中提出的制造工艺条件，但是没有满足合金组分，而比较例10是合金组分和制造工艺条件都没有得到满足。比较例5至10大多没有满足本发明的目标延伸率、焊接部偏析指数、冲击能量、焊接部屈服强度和拉拔加工性等，比较例10是通板性也不良，在大多情况下，存在焊接操作性也降低的问题。[0090]本发明能以各种不同方式实施，并不局限于上述的实施例，本发明所属
技术领域：
：的普通技术人员可以理解在不改变本发明的技术思想或必要特征的情况下能够通过其他具体方式实施本发明。因此，应该理解上述的实施例在所有方面都是示例性的，并不是限制性的。当前第1页12当前第1页12