[发明专利]屈服强度≥320MPa螺柱焊钉用钢及其生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及低合金钢制造领域，具体属于一种屈服强度320MPa级高韧性螺柱焊钉用钢及其制造方法。

背景技术

电弧螺柱焊接能很好地解决工程中大量普遍存在的杆状金属零件与板状金属构件之间的优质、高效、快速连接问题，螺柱焊接技术在近几年得到快速发展，但是焊钉用钢的开发严重滞后。在查阅到的文献中，仅涉及到螺柱焊钉的施工及焊接方法，而涉及到螺柱焊钉用钢及其制造方法的研究几乎没有报道。

目前，焊钉或焊接螺栓采用的都是低强度的冷镦钢，在GB/T 10433标准中采用的钢种仅有ML15、ML15Al两个牌号，其化学成分组成(重量％)：C：0.08～0.23，Si≤0.35，Mn：0.30～0.60，P≤0.035，S≤0.035，其余为Fe和不可避免的杂质。

美国在钢结构焊接规范中要求，螺柱焊钉必须由冷拔成形的棒材制成，所用钢材包括铝脱氧或硅脱氧的镇定钢和半镇定钢，符合ASTM A29标准中从1010到1020的标准质量级别，这类钢的化学成分组成(重量％)：C：0.08～0.23，Si≤0.10，Mn：0.30～1.00，P≤0.040，S≤0.050，其余为Fe和不可避免的杂质。

日本在JIS B 1198标准中对制造螺柱焊钉的材料也要求使用两个钢种，其化学成分组成(重量％)分别为：一种是C≤0.20，Si：0.15～0.35，Mn：0.30～0.90，P≤0.040，S≤0.040，其余为Fe和不可避免的杂质；另一种是C≤0.20，Si≤0.10，Mn：0.30～0.90，P≤0.040，S≤0.040，Alt≥0.02，其余为Fe和不可避免的杂质。

上述钢种一般只用来制造性能为4.8以下级别的蓄能焊用焊接螺柱、机动弧焊用焊接螺柱、手工焊用焊接螺柱、圆柱头焊钉及其他各种异形焊钉。然而这类钢在-60℃以下使用时低温冲击功很低，甚至几乎接近于零。

随着钢结构建造业不断发展，钢结构对钢的加工及使用性能要求越来越高，特别是高寒地区气候条件恶劣，应用钢材对低温性能要求越来越高，原有焊接螺栓钢远远不能满足在高寒地区气候恶劣条件下对焊接螺柱性能的要求。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种屈服强度≥320MPa，-80℃A_KV2≥31J，具有优良的低温韧性、焊接性能及冷成形性能，适用于制造低温地区应用的螺柱焊钉的螺柱焊钉用钢及其生产方法。

实现上述目的的技术措施：

屈服强度≥320MPa螺柱焊钉用钢，其在于：钢的化学成分及重量百分比为：C：0.04～0.20％，Si≤0.18％，Mn：0.30～1.20％，P≤0.025％，S≤0.020％，Nb：0.01～0.05％，Ti：0.007～0.020％，Als：0.02～0.06％，其余为Fe及不可避免的杂质。

其在于：还含有重量百分比为：Ni≤0.40％。

生产屈服强度≥320MPa螺柱焊钉用钢的方法，其步骤：

1)采用纯净钢工艺冶炼进行冶炼并连铸成坯；

2)将连铸坯加热至1160～1240℃，出炉后并采用高压水除磷，要求加热均匀并完全为奥氏体组织；

3)进行轧制：其开轧温度控制在1050～1120℃，终轧温度控制在840～950℃，要求在轧制中不产生混晶及异常组织；

4)对轧制后的钢板快速冷却至550～700℃，其冷却速度控制在3～20℃/秒，要求钢的铁素体及珠光体组织得到细化的同时不产生硬化相；

5)再自然冷却至常温。

本发明中各化学元素的作用及机理：

关于C含量：随着C含量的增加，钢中渗C体增加，钢的抗拉强度和屈服强度会提高，而延伸率、冲击韧性下降，钢的冷成形性能也相应降低。在焊接C含量较高的钢材时，在焊接热影响区还会出现淬硬现象，这将加剧焊接时产生冷裂的倾向。从综合性能考虑，本发明钢中C含量控制在0.04～0.20％。

关于Si含量：选择在0.18％以下，Si主要以固溶强化形式提高钢的强度和硬度而恶化钢的塑性和韧性，同时硅增加铁素体冷变形硬化率，使钢的冷加工困难，对冷镦性能有很不利的影响，所以应尽量降低钢中硅含量。

当C含量在较低范围时，钢中的固溶强化就显得尤为重要，Mn是提高钢的抗拉强度和屈服强度的元素，它并不显著恶化钢的变形能力。一般说来，Mn含量在2％以下对提高焊缝金属的韧性是有利的。在低碳钢中，为了保证钢的强度以及冷塑性成形，本发明钢的Mn含量选择在0.30～1.20％。