[發明專利]用于超低溫高錳鋼焊接的鎢極氬弧焊實芯焊絲

有效

• 申請號: 201710194207.0
• 申請日: 2017-03-28
• 公開（公告）號: CN107009046B
• 公開（公告）日: 2019-03-01
• 發明（設計）人: 王紅鴻;覃展鵬;李麗;田浩;萬響亮;李東暉;吳開明
• 申請（專利權）人: 武漢科技大學;南京鋼鐵股份有限公司
• 主分類號: B23K35/30
• 分類號: B23K35/30;B23K35/04
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 張火春

本發明涉及一種用于超低溫高錳鋼焊接的鎢極氬弧焊實芯焊絲。其技術方案是：所述用于超低溫高錳鋼焊接的鎢極氬弧焊實芯焊絲的化學組分是：C為0.25~0.55wt%，Mn為23~26wt%，Ni為8~10wt%，W為3~5wt%，P≤0.002wt%，S≤0.001wt%，余量為Fe和不可避免的雜質。本發明合金元素含量價格低、合金成分體系簡單；所形成的焊縫金屬具有低溫韌性優良，強度能與超低溫高錳鋼相匹配，滿足了對所焊接制備的LNG等設備的強度和超低溫韌性的技術要求。

技術領域

本發明屬于鎢極氬弧焊實芯焊絲技術領域。具體涉及一種用于超低溫高錳鋼焊接的鎢極氬弧焊實芯焊絲。

背景技術

低溫鋼是指用于液化石油氣（LPG）和液化天然氣（LNG）等貯存運輸容器以及海洋石油工程結構的鋼鐵材料，其工作溫度分為-20～-40℃、-50～-80℃、-100～-110℃和-162～-196℃四個級別。現階段，工作溫度在-196℃、用于LNG罐的鋼稱為超低溫鋼。用于LNG罐的鋼主要是9Ni鋼，由于鎳含量高達9%，導致9Ni鋼鋼板價格昂貴。為節省Ni資源、降低鋼鐵材料的成本以及能源貯存和運輸成本，世界各國科研人員正在積極研發和試制高錳低溫鋼。

我國一些高校與鋼鐵企業已聯合開展了一些理論和實驗研究，研發出適于 實用的超低溫高錳鋼，所述超低溫高錳鋼在應用過程中，主要采用焊接工藝進 行結構及設備的制造。

超低溫高錳鋼焊接材料采用與9Ni鋼相同的焊接材料，9Ni鋼工程應用最多的是鎳基焊接材料，當采用鎳基焊接材料時，存在兩個問題：一是焊接材料中鎳元素含量為50~60%，價格昂貴；二是母材與焊絲的成分含有不同的Mn和Ni含量，濃度梯度會引起焊接接頭熔合線處元素擴散，組織與性能發生變化。

發明內容

本發明旨在克服現有技術的不足，目的是提供一種成本低和合金成分體系簡單的用于超低溫高錳鋼焊接的鎢極氬弧焊實芯焊絲；所形成的焊縫金屬低溫韌性優良、強度與超低溫高錳鋼相匹配，焊接接頭具有強度高和優良的超低溫韌性的力學性能，能滿足對所焊接的設備的強度和超低溫韌性的技術要求。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：用于超低溫高錳鋼焊接的鎢極氬弧焊實芯焊絲的化學組分是：C為0.25~0.55wt%，Mn為23~26wt%，Ni為8~10wt%，W為3~5wt%，P≤0.002wt%，S≤0.001wt%，余量為Fe和不可避免的雜質。

由于采用了上述技術方案，本發明與現有技術相比具有如下積極效果：

本發明采用的主要合金元素Mn元素的含量為23~26wt%，與母材的錳含量相當，保證了與母材基本相同的成分體系，在形成焊接接頭時，由于不存在錳元素濃度梯度，避免了錳元素擴散所形成的熔合線附近組織與性能的變化。

本發明中的錳元素與碳元素、鎳元素同為奧氏體形成元素，共同作用在焊縫金屬熔池凝固時，以奧氏體相為凝固初始相，一直保持到室溫，形成奧氏體組織的焊縫金屬，故本發明中碳元素含量為0.25~0.55wt%，鎳元素含量為8~10wt%。

本發明在以奧氏體相為主的焊縫金屬凝固時，為降低凝固裂紋傾向，添加3~5wt%的鎢元素，以減小凝固溫度區間，從而有效減少和避免了凝固裂紋的出現。此外，雜質元素硫與磷的存在，使焊縫金屬產生液化裂紋與再熱裂紋，故本發明嚴格控制硫、磷元素的含量：P≤0.002wt%和S≤0.001wt%。通過凈化鋼水，將焊絲的P和S含量降到最低，避免因P、S偏聚而產生熱裂紋傾向。

本發明采用的化學成分體系，使焊縫金屬組織為全奧氏體，不僅保證了焊縫金屬有優良的超低溫韌性和具有足夠的強度，且降低了凝固溫度范圍，避免凝固裂紋的出現，同時減少或防止液化裂紋及再熱裂紋的產生。