一种大线能量焊接的管线钢的冶炼方法 【技术领域】
本发明涉及一种管线钢生产技术领域。具体涉及一种大线能量焊接的管线钢地冶炼方法。
背景技术
由于钢在焊接时焊缝金属要发生局部重熔，焊后冷却过程中熔合线附近晶粒将粗化形成粗晶热影响区(CGHAZ)，粗晶组织导致局部强度和韧性降低(田志凌.TMCP钢局部脆性区断裂韧性的研究[J].钢铁研究学报，1998，10(4)：50～53)。因此，焊接热影响区(HAZ)成为钢铁构件的脆弱区域。近年来，随着X100～X120等高级别管线钢采用大幅度提高焊接效率的单面埋弧焊、气电焊或电渣焊等大线能量焊接技术进行焊接，焊接线能量输入从原来较低的手弧焊(≤25kJ/cm)、自动焊(≤35kJ/cm)提高到50～150kJ/cm，甚至更高。焊接热影响区的峰值温度将达到或超过1400℃，使CGHAZ晶粒粗化倾向更加明显。
为了改善X100以上高级别管线钢焊接热影响区韧性，在冶炼过程中采用氧化物冶金技术，创造有利于诱发晶内铁素体(IGF)生成的，尺寸在0.2～2μm的小颗粒氧化物夹杂在凝固过程中析出，这些夹杂物在焊接后的冷却过程中起到非均匀形核质点的作用，在奥氏体晶粒内部诱发针状铁素体组织(IGF)，从而起到细化焊接热影响区组织的效果(Jin-ichi Takamura and Schozo Mizoguchi.Roles of Oxides in Steels Performance[J].Proc.ofthe 6th inter.iron and steelcong，.，1990，Nagoya，ISIJ：612)。制约氧化物冶金技术应用的主要因素是其复杂的冶炼和脱氧合金化工艺，目前市场上虽有X100以上高级别管线钢供应，但具体冶炼工艺细节和脱氧合金化控制方法未见公开报道。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种更可靠的、能细化焊接热影响区组织、可提高焊接热影响区强度和韧性的大线能量焊接的管线钢的冶炼方法。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：转炉出钢过程中用硅钡合金、硅锰合金、锰铁合金和硅铁合金中的二种以上进行弱脱氧-LF炉造白渣-RH真空碳脱氧-LF精炼深脱硫-钛铁和硼铁合金化-钢液钙处理-低过热度浇铸，即得大线能量焊接的管线钢钢坯。
在上述冶炼工艺中：弱脱氧时控制钢液中酸溶铝含量小于0.0020％；RH真空碳脱氧时控制钢液中的溶解氧含量为0.0015～0.0030％；浇铸前钢液中钛/铝质量比≥10。
本发明冶炼得到的管线钢主要化学成分是：w(C)0.04％～0.06％、w(S)≤0.003％、w(P)≤0.003％、w(Si)0.2％～0.4％、w(Mn)1.8％～2.0％、w(N)≤≤0.005％、w(B)0.001％～0.0015％、w(Ti)0.015％～0.025％、w(O)0.0010～0.0030％、w(AlS)＜0.0020％。
由于采用上述技术方案，本发明通过严格控制铝含量，采用真空碳脱氧和加钛铁终脱氧的脱氧工艺，控制钢液中铝、钛、氧含量，创造有利于钢液在凝固过程中析出尺寸在0.2～2μm的Ti2O3夹杂的条件，这种细小的Ti2O3夹杂在焊接热影响区会诱发针状铁素体，从而达到细化焊接热影响区组织，提高焊接热影响区强度和韧性的目的。
本发明既避免了钢液中产生大量的粗大的Al2O3夹杂，又避免了直接用Ti脱氧后产生大量粗大的Ti2O3夹杂。保证了钢液在凝固过程的固液两相区析出尺寸在0.2～2μm的细小弥散分布的Ti2O3夹杂。只有这种细小弥散分布的小颗粒Ti2O3夹杂，才能起到在钢管焊接热影响区诱发针状铁素体组织(IGF)，从而起到细化焊接热影响区组织，达到提高焊接热影响区强度和韧性的目的。
因此，本发明提高了在管线钢中获得有利于在焊接热影响区诱发针状铁素体的细小Ti2O3夹杂的可靠性，对提高管线钢产品的质量合格率，从而降低管线钢生产成本具有重要意义。
【具体实施方式】
下面结合具体实施方式仅对本发明作进一步的描述，而不是对本发明保护范围的限制。
实施例1
一种大线能量焊接的管线钢的冶炼方法：在转炉出钢过程中用硅钡合金、硅铁合金和锰铁合金进行弱脱氧-LF炉造白渣-RH真空碳脱氧-LF精炼深脱硫-钛铁和硼铁合金化-钢液钙处理-低过热度浇铸，即得大线能量焊接的管线钢钢坯。在本实施例的冶炼工艺中：弱脱氧时控制钢液中酸溶铝含量在0.0015％～0.0020％；RH真空碳脱氧时控制钢液中的溶解氧含量为0.0015～0.0020％；浇铸前钢液中钛/铝质量比≥10。
采用本实施例所述方法得到的管线钢的主要化学成分为：w(C)0.04％～0.06％、w(S)≤0.003％、w(P)≤0.003％、w(Si)0.2％～0.4％、w(Mn)1.8％～2.0％、w(N)≤0.005％、w(B)0.001％～0.0015％、w(Ti)0.020％～0.025％、w(O)0.0015％～0.0020％、w(AlS)0.0015％～0.002％。
实施例2
一种大线能量焊接的管线钢的冶炼方法：转炉出钢过程中用硅钡合金、硅锰合金和锰铁合金进行弱脱氧-LF炉造白渣-RH真空碳脱氧-LF精炼深脱硫-钛铁和硼铁合金化-钢液钙处理-低过热度浇铸，即得大线能量焊接的管线钢钢坯。在本实施例的冶炼工艺中：弱脱氧时控制钢液中酸溶铝含量在0.0010％～0.0015％；RH真空碳脱氧时控制钢液中的溶解氧含量为0.0020～0.0030％；浇铸前钢液中钛/铝质量比≥10。
采用所述方法得到的管线钢的主要化学成分为：w(C)0.04％～0.06％、w(S)≤0.003％、w(P)≤0.003％、w(Si)0.2％～0.4％、w(Mn)1.8％～2.0％、w(N)≤0.005％、w(B)0.001％～0.0015％、w(Ti)0.015％～0.020％、w(O)0.0020％～0.0030％、w(AlS)0.0010％～0.0015％。
本具体实施方式采用真空碳脱氧和加钛铁终脱氧的脱氧合金化工艺，严格控制钢液中铝、钛和氧含量，从而使钢液在凝固过程中充分析出0.2～2μm的Ti2O3夹杂，这种夹杂在焊接热影响区会诱发针状铁素体，达到细化焊接热影响区组织，提高焊接热影响区强度和韧性的目的。