一种含Zr焊丝钢热轧盘条及其生产工艺

摘要

本发明提供一种含Zr焊丝钢热轧盘条及其生产工艺，其化学成分按照重量百分比计算为：C≤0.06％，Si：0.45～0.55％，Mn：0.95～1.05％，P≤0.020％，S：≤0.018％，Cr：≤0.10％，Ni：≤0.10％，Cu：≤0.20，Mo：≤0.10，V：≤0.02，Ti：0.07～0.13％，Al：0.06～0.12％，Zr：0.03～0.09％，余量为Fe和不可避免的杂质。通过采用合理的LF造渣脱氧工艺、锆铁合金加入方式及时机等手段保证控制钢水中Zr含量满足标准要求。通过采用合理的连铸工艺参数、中间包保护渣、保护浇铸措施等手段避免了钢水在浇铸过程出现结瘤现象，保证了钢水正常浇铸。本发明解决了焊丝钢生产过程中Zr合金化及连铸小方坯浇注工艺控制问题。

说明书

技术领域

本发明涉及焊丝以及冶金技术领域，具体涉及一种含Zr焊丝钢热轧盘条及其生产工艺。

背景技术

该盘条用于生产Φ0.8-Φ2.0mm气体保护实心焊丝，具有优良的焊接工艺性能，可进行全位置焊接、焊缝成形美观，具有优良的抗裂性能，较高的低温冲击韧性。主要用于管道、核电工程，如450或500MPa级强度的碳钢及低合金钢的单道或多道焊接。

钢中添加Al、Ti、Zr等脱氧元素，对钢材表面锈迹或脏污耐受能力较高，也可用于锅炉、管道的抢救焊接。但是Zr与Ti、Al元素类似，极易与氮、氧反应，相应夹杂物熔点较高(ZrO

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种含Zr焊丝钢热轧盘条及其生产工艺，通过采用合理的LF造渣脱氧工艺、锆铁合金加入方式及时机等手段保证控制钢水中Zr含量满足标准要求。通过采用合理的连铸工艺参数、中间包保护渣、保护浇铸措施等手段避免了钢水在浇铸过程出现结瘤现象，保证了钢水正常浇铸。本发明解决了焊丝钢生产过程中Zr合金化及连铸小方坯浇注工艺控制问题。

一种含Zr焊丝钢热轧盘条，其化学成分按照重量百分比计算为：C≤0.06％，Si：0.45～0.55％，Mn：0.95～1.05％，P≤0.020％，S：≤0.018％，Cr：≤0.10％，Ni：≤0.10％，Cu：≤0.20，Mo：≤0.10，V：≤0.02，Ti：0.07～0.13％，Al：0.06～0.12％，Zr：0.03～0.09％，余量为Fe和不可避免的杂质。

优选的，其化学成分按照重量百分比计算为：C0.06％，Si0.52％，Mn0.99％，P0.010％，S 0.001％，Cr 0.03％，Ni 0.010％，Cu 0.013，Mo 0.004，V 0.004，Ti 0.10，Al0.07％，Zr0.06％，余量为Fe和不可避免的杂质。

优选的，其化学成分按照重量百分比计算为：C0.06％，Si 0.52％，Mn0.98％，P0.012％，S 0.002％，Cr 0.03％，Ni 0.007％，Cu 0.011，Mo 0.004，V 0.001，Ti 0.12％，Al：0.09％，Zr：0.03％，余量为Fe和不可避免的杂质。

优选的，其化学成分按照重量百分比计算为：C0.06％，Si 0.55％，Mn0.97％，P0.014％，S 0.001％，Cr 0.04％，Ni 0.008％，Cu 0.010，Mo 0.004，V 0.003，Ti 0.08％，Al：0.09％，Zr：0.05％，余量为Fe和不可避免的杂质，余量为Fe和不可避免的杂质。

一种含Zr焊丝钢热轧盘条的生产工艺，包括以下步骤：

步骤S1、转炉冶炼脱氧合金化：出钢成分控制要求：C≤0.03％，P≤0.010％，出钢温度≥1620℃；出钢时进行脱氧合金化，加入合金的顺序及重量为：出钢1/3后加入3.2-4.0kg/t的铝锭预脱氧，并加入13-14kg/t的高硅硅锰和0.5-1.0kg/t的硅铁进行合金化；出钢2/3后一次性加入5.5-6.5kg/t的石灰和3-4kg/t的铝酸钙造渣料，形成精炼初渣；

步骤S2、LF精炼：

1)LF精炼炉进站之后补加造渣料，所述造渣料的组分为石灰4-8kg/t、0-3kg/t萤石，使炉渣具有良好的流动性以及碱度R为2.0-5.0；精炼过程采用铝豆和硅铁粉重量百分比为按照1:2进行扩散脱氧，将其分少量多次加在渣面上，总加入量为0.5-1.0kg/t；前期用铝线调整Al含量，目标值控制在0.08-0.13％；

2)Zr合金化：使用高硅硅锰或中碳锰铁、硅铁进行成分微调，使钢水中成分达标，其中C≤0.06％、Si:0.45～0.55％、Mn:0.95～1.05％、S≤0.003％、Al:0.08～0.13％，成分合格以及温度达到1620～1650后，先一次性加入1.0kg/t的锆铁合金(铁桶装)，以3-5m/s的喂丝速度喂入4.5-5.5m/t钛铁包芯线，最后喂入硅钙线2-3m/t进行钙处理；喂丝期间调整氩气流量，确保钢水不裸露；出站温度1600-1620℃；

3)LF出站后，对钢液进行软吹氩气，氩气流量10-40NL/min，软吹时间≥5分钟，喂钛线后严格控制在20min以内大包开浇；

步骤S3、浇铸生产铸坯：

1)钢水上连铸机进行浇注，开浇前对中间包冲击区及各个流次间进行氩气吹扫后启动钢包滑板开浇，开浇温度为1558～1578℃，目标过热度为40～60℃，拉速控制在1.9～2.5m/min，结晶器水流量为1850L/min，结晶器电磁搅拌参数为电流400A、频率4Hz，末端电磁搅拌参数为电流500A、频率10Hz，二冷比水流量0.8-1.0L/kg，浇注过程全程保护浇注；

2)在LF炉精炼末期，成分微调合格及温度达到1620～1650℃之后，先一次性加入1.0kg/t的锆铁合金(铁桶装)，再以3-5m/s的喂丝速度喂入4.5-5.5m/t钛铁包芯线，前期精炼深脱氧，控制了较低的氧含量，最终将锆含量控制在0.03～0.06％，钛含量控制在0.08～0.12％，稳定了锆、钛元素的收得率；

步骤S4、控轧控冷和线材轧制，得到热轧盘条；

步骤S5、对所述热轧盘条检验、打包入库。

上述方案中，所述步骤S2中钛铁包芯线的喂丝速度3～5m/s。

上述方案中，所述步骤S2中硅钙线喂丝后加入无碳覆盖剂+碳化稻壳保温。

上述方案中，所述步骤S3采用塞棒整体水口钢包，使用低碳钢保护渣。

进一步的，所述步骤S3中开浇前中间包进行吹氩操作，吹氩1～2分钟后启动钢包滑板开浇；中间包采用塞棒整体水口钢包，使用中间包保温覆盖剂，严禁使用碳化稻壳；大包开浇前清洗长水口并加密封垫、套长水口后开浇，确保长水口氩封正常，没入式水口插入深度控制在80～140mm之间，严禁偏流；开机第一轮中包温度液相线温度为1518℃，过热度为40～60℃；使用低碳钢保护渣，浇注过程勤加、少加、均匀加，视情况要求挑渣圈，保持结晶器液面稳定；对铸坯进行检查，对表面缺陷严重的连铸坯进行修磨处理。

上述方案中，所述步骤S4中：开轧温度1000～1060℃，进精轧880～920℃，MINI轧机900～940℃，吐丝温度860～900℃，保温罩及风机全部关闭。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提高Zr元素收得率，深度脱氧，减少ZrO

附图说明

图1是本发明具体实施方式的抗拉程度和断面收缩率结果对比图。

图2是本发明具体实施方式的含Zr焊丝钢铸坯酸洗低倍照片，其中图2(a)为实施例1制得的含Zr焊丝钢铸坯酸洗低倍照片，图2(b)为实施例3制得的含Zr焊丝钢铸坯酸洗低倍照片。

具体实施方式

下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

实施例1

一种含Zr焊丝钢热轧盘条，所述含Zr焊丝钢热轧盘条的化学成分按照重量百分比计算：C0.06％，Si0.52％，Mn0.99％，P0.010％，S 0.001％，Cr 0.03％，Ni 0.010％，Cu0.013，Mo 0.004，V 0.004，Ti 0.10，Al0.07％，Zr0.06％，余量为Fe和不可避免的杂质。

一种含Zr焊丝钢热轧盘条的生产工艺，包括以下步骤：

步骤S1、转炉冶炼脱氧合金化：

出钢成分控制要求：C：0.023％，P：0.007％，出钢温度：1620℃；出钢时进行脱氧合金化，加入合金的顺序及重量为：出钢1/3后加入3.4kg/t的铝锭预脱氧，并加入13kg/t的高硅硅锰和1.0kg/t的硅铁进行合金化；出钢2/3后一次性加入6.0kg/t的石灰和3.5kg/t的铝酸钙造渣料，形成精炼初渣；

步骤S2、LF精炼：

1)LF精炼炉进站之后补加造渣料，所述造渣料的组分为石灰4kg/t、0kg/t萤石，使炉渣具有良好的流动性以及碱度R为3.0；精炼过程采用铝豆和硅铁粉按照重量百分比为1:2进行扩散脱氧，将其分少量多次加在渣面上，总加入量为0.8kg/t；前期用铝线调整Al含量，目标值控制在0.10％；

2)Zr合金化：使用高硅硅锰或中碳锰铁、硅铁进行成分微调，使钢水中成分达标，其中C≤0.06％、Si:0.45％、Mn:1.01％、S：0.002％、Al:0.12％，成分检测合格以及温度达到1620后，先一次性加入1.0kg/t的锆铁合金(铁桶装)，以3m/s的喂丝速度喂入5m/t钛铁包芯线，钛铁包芯线的喂丝速度5m/s，最后喂入硅钙线2.5m/t进行钙处理；喂丝期间调整氩气流量，确保钢水不裸露；出站温度1600℃；硅钙线喂丝后加入无碳覆盖剂+碳化稻壳保温；

3)LF出站后，对钢液进行软吹氩气，氩气流量30NL/min，软吹时间≥5分钟，喂钛线后严格控制在20min以内大包开浇；

步骤S3、浇铸生产铸坯：

1)钢水上连铸机进行浇注，开浇前对中间包冲击区及各个流次间进行氩气吹扫后启动钢包滑板开浇，开浇温度为1558℃，目标过热度为50℃，拉速控制在2.2m/min，结晶器水流量为1850L/min，结晶器电磁搅拌参数为电流400A、频率4Hz，末端电磁搅拌参数为电流500A、频率10Hz，二冷比水流量为0.9L/kg，浇注过程全程保护浇注；

2)在LF炉精炼末期，成分微调合格及温度1620℃，先一次性加入1.0kg/t的锆铁合金(铁桶装)，再以5m/s的喂丝速度喂入5.5m/t钛铁包芯线，目标前期精炼深脱氧，控制了较低的氧含量，最终将锆含量控制在0.06％，钛含量控制在0.10％，稳定了锆、钛元素的收得率；

开浇前中间包进行吹氩操作，吹氩1～2分钟后启动钢包滑板开浇；中间包采用塞棒整体水口钢包，使用中间包保温覆盖剂，严禁使用碳化稻壳；大包开浇前清洗长水口并加密封垫、套长水口后开浇，确保长水口氩封正常，没入式水口插入深度控制在120mm之间，严禁偏流；开机第一轮中包温度液相线温度为1518℃，过热度为50℃；使用低碳钢保护渣；对铸坯进行检查，对表面缺陷严重的连铸坯进行修磨处理；

步骤S4、控轧控冷和线材轧制：开轧温度1060℃，进精轧910℃，MINI轧机930℃，吐丝温度880℃，保温罩及风机全部关闭，得到热轧盘条；

步骤S5、对所述热轧盘条检验、打包入库。

实施例2

一种含Zr焊丝钢热轧盘条，所述含Zr焊丝钢热轧盘条的化学成分按照重量百分比计算：C0.06％，Si 0.52％，Mn0.98％，P 0.012％，S 0.002％，Cr 0.03％，Ni 0.007％，Cu0.011，Mo 0.004，V 0.001，Ti 0.12％，Al：0.09％，Zr：0.03％，余量为Fe和不可避免的杂质。

一种含Zr焊丝钢热轧盘条的生产工艺，包括以下步骤：

步骤S1、转炉冶炼脱氧合金化：

出钢成分控制要求：C：0.029％，P：0.008％，出钢温度：1630℃；出钢时进行脱氧合金化，加入合金的顺序及重量为：出钢1/3后加入3.2kg/t的铝锭预脱氧，并加入14kg/t的高硅硅锰和0.5kg/t的硅铁进行合金化；出钢2/3后一次性加入6.5kg/t的石灰和3kg/t的铝酸钙造渣料，形成精炼初渣；

步骤S2、LF精炼：

1)LF精炼炉进站之后补加造渣料，所述造渣料的组分为石灰6kg/t、1kg/t萤石，使炉渣具有良好的流动性以及碱度R为2.0；精炼过程采用铝豆和硅铁粉按照重量百分比为1:2进行扩散脱氧，将其分少量多次加在渣面上，总加入量为0.5kg/t；前期用铝线调整Al含量，目标值控制在0.08％；

2)Zr合金化：使用高硅硅锰或中碳锰铁、硅铁进行成分微调，使钢水中成分达标，其中C≤0.06％、Si:0.5％、Mn:0.95％、S：0.003％、Al:0.08％，成分检测合格以及温度达到1635℃后，先一次性加入1.0kg/t的锆铁合金(铁桶装)，以4m/s的喂丝速度喂入4.5m/t钛铁包芯线，最后喂入硅钙线2m/t进行钙处理；喂丝期间调整氩气流量，确保钢水不裸露；出站温度1620℃；硅钙线喂丝后加入无碳覆盖剂+碳化稻壳保温；

3)LF出站后，对钢液进行软吹氩气，氩气流量10NL/min，软吹时间≥5分钟，喂钛线后严格控制在20min以内大包开浇；

步骤S3、浇铸生产铸坯：

1)钢水上连铸机进行浇注，开浇前对中间包冲击区及各个流次间进行氩气吹扫后启动钢包滑板开浇，开浇温度为1578℃，目标过热度为60℃，拉速控制在1.9m/min，结晶器水流量为1850L/min，结晶器电磁搅拌参数为电流400A、频率4Hz，末端电磁搅拌参数为电流500A、频率10Hz，二冷比水流量为0.8L/kg，浇注过程全程保护浇注；

2)在LF炉精炼末期，成分微调合格及温度1635℃，先一次性加入1.0kg/t的锆铁合金(铁桶装)，以3m/s的喂丝速度喂入4.5m/t钛铁包芯线，前期精炼深脱氧，控制了较低的氧含量，最终将锆含量控制在0.03％，钛含量控制在0.12％，稳定了锆、钛元素的收得率；

开浇前中间包进行吹氩操作，吹氩1～2分钟后启动钢包滑板开浇；中间包采用塞棒整体水口钢包，使用中间包保温覆盖剂，严禁使用碳化稻壳；大包开浇前清洗长水口并加密封垫、套长水口后开浇，确保长水口氩封正常，没入式水口插入深度控制在80mm之间，严禁偏流；开机第一轮中包温度液相线温度为1518℃，过热度为40℃；使用低碳钢保护渣；对铸坯进行检查，对表面缺陷严重的连铸坯进行修磨处理；

步骤S4、控轧控冷和线材轧制：开轧温度1000℃，进精轧880℃，MINI轧机900℃，吐丝温度860℃，保温罩及风机全部关闭，得到热轧盘条；

步骤S5、对所述热轧盘条检验、打包入库。

实施例3

一种含Zr焊丝钢热轧盘条，所述含Zr焊丝钢热轧盘条的化学成分按照重量百分比计算：C0.06％，Si 0.55％，Mn0.97％，P 0.014％，S 0.001％，Cr 0.04％，Ni 0.008％，Cu0.010，Mo 0.004，V 0.003，Ti 0.08％，Al：0.09％，Zr：0.05％，余量为Fe和不可避免的杂质。

一种含Zr焊丝钢热轧盘条的生产工艺，包括以下步骤：

步骤S1、转炉冶炼脱氧合金化：

出钢成分控制要求：C：0.033％，P：0.009％，出钢温度：1646℃；出钢时进行脱氧合金化，加入合金的顺序及重量为：出钢1/3后加入4.0kg/t的铝锭预脱氧，并加入13.6kg/t的高硅硅锰和0.80kg/t的硅铁进行合金化；出钢2/3后一次性加入5.5kg/t的石灰和4kg/t的铝酸钙造渣料，形成精炼初渣；

步骤S2、LF精炼：

1)LF精炼炉进站之后补加造渣料，所述造渣料的组分为石灰8kg/t、3kg/t萤石，使炉渣具有良好的流动性以及碱度R为5.0；精炼过程采用铝豆和硅铁粉按照重量百分比为1:2进行扩散脱氧，将其分少量多次加在渣面上，总加入量为1.0kg/t；前期用铝线调整Al含量，目标值控制在0.13％；

2)Zr合金化：使用高硅硅锰或中碳锰铁、硅铁进行成分微调，使钢水中成分达标，其中C≤0.06％、Si:0.55％、Mn:1.05％、S：0.001％、Al:0.13％，成分检测合格以及温度达到1650后，先一次性加入1.0kg/t的锆铁合金(铁桶装)，以5m/s的喂丝速度喂入5.5m/t钛铁包芯线，最后喂入硅钙线3m/t进行钙处理；喂丝期间调整氩气流量，确保钢水不裸露；出站温度1610℃；硅钙线喂丝后加入无碳覆盖剂+碳化稻壳保温；

3)LF出站后，对钢液进行软吹氩气，氩气流量40NL/min，软吹时间≥5分钟，喂钛线后严格控制在20min以内大包开浇；

步骤S3、浇铸生产铸坯：

1)钢水上连铸机进行浇注，开浇前对中间包冲击区及各个流次间进行氩气吹扫后启动钢包滑板开浇，开浇温度为1560℃，目标过热度为40℃，拉速控制在2.5m/min，结晶器水流量为1850L/min，结晶器电磁搅拌参数为电流400A、频率4Hz，末端电磁搅拌参数为电流500A、频率10Hz，二冷比水流量为1.0L/kg，浇注过程全程保护浇注；

2)在LF炉精炼末期，成分微调合格及温度1650℃、成分检测合格后，先一次性加入1.0kg/t的锆铁合金(铁桶装)，以4m/s的喂丝速度喂入5.0m/t钛铁包芯线，目标前期精炼深脱氧，控制了较低的氧含量，最终将锆含量控制在0.05％，钛含量控制在0.08％，稳定了锆、钛元素的收得率；

开浇前中间包进行吹氩操作，吹氩1～2分钟后启动钢包滑板开浇；中间包采用塞棒整体水口钢包，使用中间包保温覆盖剂，严禁使用碳化稻壳；大包开浇前清洗长水口并加密封垫、套长水口后开浇，确保长水口氩封正常，没入式水口插入深度控制在140mm之间，严禁偏流；开机第一轮中包温度液相线温度为1518℃，过热度为60℃；使用低碳钢保护渣；对铸坯进行检查，对表面缺陷严重的连铸坯进行修磨处理；

步骤S4、控轧控冷和线材轧制：开轧温度1030℃，进精轧920℃，MINI轧机940℃，吐丝温度900℃，保温罩及风机全部关闭，得到热轧盘条；

步骤S5、对所述热轧盘条检验、打包入库。

本发明通过合理安排Zr-Ti-Al合金化顺序、锆的加入方式及加入时机、使得Zr-Ti-Al元素在钢中的均匀分布、解决钢中Zr-Ti-Al元素的二次氧化问题、解决浇注过程水口结瘤问题、改善连铸坯表面质量问题。

如图1所示，为实施例1和实施例3所得含Zr焊丝钢热轧盘条的样品抗拉程度和断面收缩率结果对比图；其中编号为X4190204400101、X4190204400102、X4190319500101、X4190319500102的是实施例1制得的含Zr焊丝钢热轧盘条轧制试片号，编号为X4190204400101、X4190204400102、X4190319500101、X4190319500102的是实施例3制得的含Zr焊丝钢热轧盘条轧制试片号，从图1中可以看出本发明生产的盘条力学性能满足“抗拉强度≤600MPa、断面收缩率≥60％”要求。

如表1所示为实施例1和实施例3的钢坯低倍检测情况，其中样品1、2、3为实施例1制得的含Zr焊丝钢钢坯低倍检测结果，样品4、5、6和7为实施例3制得的含Zr焊丝钢钢坯低倍检测结果，可以看出钢坯低倍情况较好，中心疏松、偏析等指标符合要求。

如图2所示，图2(a)为实施例1制得的含Zr焊丝钢铸坯酸洗低倍照片，图2(b)为实施例3制得的含Zr焊丝钢铸坯酸洗低倍照片，可以看出铸坯酸洗表面良好，连铸坯低倍质量符合产品要求。

应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。