[发明专利]一种在大线能量焊接用钢中添加镁的方法

说明书

一种在大线能量焊接用钢中添加镁的方法，属于焊接钢技术领域。连铸前分别在中间包中或者结晶器内喂入Mg‑Si‑Fe合金丝，所述的合金丝中的Mg‑Si‑Fe合金质量占Mg‑Si‑Fe合金质量与外皮质量之和的百分数为10‑50％。所述的Mg‑Si‑Fe合金中的Mg质量百分数为10‑45％，Si质量百分数为10‑50％，余量为Fe及不可避免的杂质。所述合金丝中的Mg‑Si‑Fe为高温化学反应生成的合金颗粒，粒度为0‑3mm。所述Mg‑Si‑Fe合金丝的加入量需要和中间包或结晶器的过钢量相匹配，合金丝的Mg和钢的质量百分比为0.0005％‑0.005％。所述Mg‑Si‑Fe合金丝在中间包的喂入速度为15‑60m/min，在结晶器内的喂入速度为15‑90m/min。优点在于，镁收得率高，生产成本低，操作工艺简单。

技术领域

本发明属于焊接钢技术领域，特别是提供了一种在大线能量焊接用钢中添加镁的方法，向钢中添加镁的复合包芯线，在大线能量焊接用钢中获得大量、细小镁钛复合氧化物，从而提高钢大线能量焊接性。

背景技术

大线能量焊接用钢是采用比一般焊接条件高得多的焊接线能量而不至于引起焊接区韧性显著降低、也不会产生焊接裂纹的钢。以往钢材在焊接施工中的焊接线能量≥50kJ/cm即可称之为大线能量焊接，而目前实际焊接能量甚至高达500kJ/cm以上。如在造船领域，要求对16～35mm厚钢板采用一次焊接成型的方法提高施工效率，其一次焊接成型时的线能量为100～200kJ/cm。

但是，在传统低合金钢焊接过程中，线能量超过50kJ/cm时焊接热影响区中的原始奥氏体晶粒尺寸显著长大，且组织为粗大的先共析铁素体和侧板条铁素体组织，低温韧性显著降低。传统方法采用微Ti处理结合钢液中原有的N，通过在凝固过程中形成大量弥散分布的TiN粒子，可以提高钢的大线能量焊接性。但是，N含量增加后，除了TiN粒子以外的第二相粒子尺寸显著增大，且N的增加影响连铸坯的工艺稳定性。由此可见，这种形成TiN的技术难以满足较大线能量(100～200kJ/cm)焊接时焊接热影响区的低温韧性要求。

利用Ti及Ti的复合氧化物具有促进晶内针状铁素体形核的能力，通过间接细化原始奥氏体晶粒尺寸的方式可以获得较高的焊接热影响区内的低温韧性。但是Ti的氧化物是在钢液中形成，容易上浮和长大，如何在钢中获得细小的Ti氧化物和含Ti复合氧化物成为Ti氧化物冶金技术的关键。在Ti处理钢中添加微量Mg并形成大量Mg‐Ti‐O复合氧化物和硫化物颗粒，可以显著细化氧化物尺寸，同时具备在钢材中的分散性和焊接高温下的安定性这两种特性，提高氧化物促进晶内铁素体形核能力，抑制奥氏体晶粒的长大。但是如何复合添加镁钛尤其是添加镁是技术难点。

在复合添加镁钛的方法中，欧洲专利“大线能量焊接时具有优良低温韧性低合金高强钢”(公开号：EP1052303A2)介绍了采用Ti‐Mg复合的方法可以在试验钢中获得细小的氧化物粒子，但是该试验方法仅适用于实验室真空冶炼炉冶炼。中国专利“一种大线能量焊接用钢中复合添加镁钛的方法”介绍了在中间包中分别喂入Mg-Y-Ni合金丝和Ti合金丝，Mg的收得率为8-15％，Ti的收得率90％以上，可见Mg的收得率是比较低的。该专利未指出合金丝Mg、Y、Ni是化学方法形成的还是物理态混合而成的，根据合金热力学，Mg、Y和Ni不会形成三元合金，因此三者或是其中的两者是以物理形式加入的。

由于钛的相对不活泼性，钛加入钢水后的收得率可以在80％-90％以上，因此倾向于事先保持钢液中一定的钛含量，在凝固前添加镁进入钢液。如何保证钢材中的Mg含量，如何提高添加Mg的收得率，以及如何使Mg在钢材中均匀分布成为提高厚钢板大线能量焊接性能的关键。由于金属Mg的沸点为1107℃，在炼钢1600℃的温度下，其蒸汽压高达2.0×10⁶Pa。往钢水中添加的金属Mg将迅速地变成蒸汽，从钢液中逸出，甚至造成钢水喷溅、爆炸等危险。因此，在钢液中加入金属Mg的安全问题，以及金属Mg处理钢水的利用率问题仍然是制约金属Mg用于钢水二次精炼的主要难题。