[發明專利]一種9Ni鋼的高強高韌氣保焊縫金屬

有效

• 申請號: 201310433946.2
• 申請日: 2013-09-18
• 公開（公告）號: CN103480983A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發明（設計）人: 張盤
• 申請（專利權）人: 張盤
• 主分類號: B23K35/30
• 分類號: B23K35/30;B23K9/16;B23K35/36
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種9Ni鋼的高強高韌焊縫金屬，特別涉及一種9Ni低溫鋼的藥芯焊絲氣保焊縫金屬，屬低溫鋼配套焊接材料領域。

背景技術

9Ni鋼是美國國際鎳公司于1944年開發的含鎳量為9%的低碳鋼。隨著對液化天然氣（LNG）需求的增加，9Ni鋼作為其儲罐用鋼已被普遍接受，且儲罐結構不斷向大型化方向發展。9Ni低溫鋼的焊接是LNG低溫儲罐建造的關鍵點和難點之一。手工焊條電弧焊和埋弧焊接是LNG儲罐建造中使用最廣泛的焊接技術。埋弧焊接由于自動化程度高、焊接質量可控，以及焊接效率高等優點在水平縱向焊縫，甚至是垂直焊縫中得到了應用。手工電弧焊則由于全位置焊接、以及野外適應能力得到了廣泛應用。

與手工電焊條相比較，實芯焊絲或藥芯焊絲的氣保焊接具有熔敷效率高的優點；但由于氣保焊接接頭的焊縫金屬中氧含量較高，導致焊縫金屬低溫沖擊韌性下降、以及熱裂紋敏感性增加等缺點，因此氣體保護焊接一直未能在LNG儲罐建造過程中得到推廣應用。目前，有必要開發9Ni低溫鋼的專用氣保焊絲。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供了一種氣保焊絲，采用該焊絲焊接后可得到低溫沖擊韌性優異的9Ni低溫鋼的氣保焊縫金屬。在較大焊接工藝參數范圍內，能夠得到無缺陷的焊接接頭，且焊縫金屬的抗拉強度≥718MPa，延伸率≥44%，-196℃沖擊功≥70J。

為實現上述發明目的，本發明采用了如下技術方案：

一種9Ni鋼用高強高韌氣保焊縫金屬，其化學成分以重量百分比計組成如下：C≤0.04%，Si?0.01～0.30%，Mn?0.30～0.70%，P≤0.006%，S≤0.004%，Mo?5～10%，REM?0.005～0.05%，Ti?0.05～0.5%，余量為Ni及不可避免雜質。

采用匹配的氣保焊絲，采用混合保護氣體，在給定的焊接參數條件下，可得到性能優異并含有上述化學成分的9Ni低溫鋼氣保焊縫金屬。

按上述方案，所述氣保焊縫金屬采用大電流高速度氣體保護焊接方法獲得，保護氣體為Ar+10～20%CO₂，焊接電流250～300A，焊接速度45～60cm/min。

對于Ni基合金材料的焊縫金屬來說，焊接凝固階段容易發生熱裂紋，其與焊縫金屬的化學成分有直接關系。凝固階段的脆性轉變溫度（BTR）常被用來評價焊縫金屬的熱裂紋傾向，即BTR(K)=38.7+358.7×C+29.3×Si-0.3×Mn+212.7×P+330.8×S+2.6×Cr+1.0×Mo+14.5×Nb+2.9×Fe，式中的化學元素均以重量百分比計算。計算BTR數值大代表熱裂紋敏感性強，數值小代表熱裂紋敏感性小。

本發明中各元素的作用和含量限定的理由詳述如下：

C：C含量高對鐵基材料的低溫沖擊韌性和焊接性能不利；此外依據Ni基合金的熱裂紋敏感性計算公式（即BTR數值）可知，降低C可有效降低焊縫金屬的熱裂紋敏感性。綜合考慮，本發明C含量控制為≤0.04%。

P：從BTR計算公式可知，C，P和S是影響Ni基焊縫金屬熱裂紋傾向最重要的三個元素。因此，P只作為雜質元素，其含量控制為≤0.006%。

S：與P元素基于同樣考慮，作為雜質元素，其含量控制為≤0.004%。

Si：是焊縫金屬中不可或缺的脫氧元素，因此其含量應該≥0.01%；另一方面也增加了焊縫金屬的熱裂紋傾向、并對焊縫金屬的低溫沖擊韌性造成不利影響，因此控制其含量≤0.30%。因此，本發明Si含量在0.01～0.30%。

Mn：是焊縫金屬中的主要脫氧元素之一，同時也能提高鋼板和焊縫金屬強度最有效的元素之一，因此其含量應該≥0.30%；但對于Ni基焊縫金屬來說，較高的Mn含量（比如≥0.70%）會顯著降低焊縫金屬低溫沖擊韌性。因此，本發明Mn含量控制為0.30～0.70%。

Mo：是能夠同時提高焊縫金屬強度和低溫沖擊韌性的主要元素中的主要元素之一，其含量控制為5～10%。

REM：是本發明中的關鍵元素之一，一方面可以脫氧，來降低焊縫金屬中的氧含量、從而提高焊縫金屬低溫沖擊韌性；另一方面還可以凈化晶界、并改善C，P和S在晶界的偏析，從而提高抗熱裂紋敏感性，其含量為0.005～0.05%。