一种适用于超低温高锰钢的金属粉芯药芯焊丝及焊接方法技术

本发明专利技术公开的一种适用于高锰超低温钢的金属粉芯药芯焊丝，其化学组分是：中碳锰铁90～93wt％；75#硅铁0.11～0.16wt％；铬金属粉4～6wt％；镍粉2.6～3.5wt％；稳弧剂0.02～0.2wt％，余量为Fe和不可避免的杂质。使用上述焊丝进行焊接的方法为TIG焊，坡口类型为“V”型，焊接电流190‑210A；焊接电压22‑24V；焊接速度18cm/min。该焊丝大幅降低Ni的含量，降低了材料的成本。本发明专利技术合金元素含量较低、合金成分体系简单；所形成的焊缝金属具有低温韧性优良，强度能与超低温高锰钢相匹配，满足了对所焊接制备的LNG等设备的强度和超低温韧性的技术要求。

A Metal Powder Cored Flux Cored Wire and Welding Method for Ultra-Low Temperature High Manganese Steel

The invention discloses a metal powder-cored flux-cored wire suitable for high manganese ultra-low temperature steel, whose chemical composition is: medium carbon ferromanganese 90-93 wt%; 75# ferrosilicon 0.11-0.16 wt%; chromium metal powder 4-6 wt%; nickel powder 2.6-3.5 wt%; arc stabilizer 0.02-0.2 wt%, residual iron and inevitable impurities. The welding method using the above welding wires is TIG welding, the groove type is \V\ type, the welding current is 190 210A, the welding voltage is 22 24V, and the welding speed is 18 cm/min. The welding wire greatly reduces the content of Ni and the cost of materials. The alloy element content of the invention is low and the alloy composition system is simple; the weld metal formed has excellent low temperature toughness, and the strength can match the ultra-low temperature high manganese steel, thus meeting the technical requirements for the strength and ultra-low temperature toughness of the welding equipment such as LNG.

【技术实现步骤摘要】
一种适用于超低温高锰钢的金属粉芯药芯焊丝及焊接方法
本专利技术涉及焊丝及焊接方法，特别涉及一种适用于超低温高锰钢的金属粉芯药芯焊丝及焊接方法。
技术介绍
液化天然气(LNG)作为一种清洁、高效的能源，其产业发展受到各个国家的重视，然而其储存运输条件却十分苛刻(通常在-163℃)。9Ni钢作为LNG储运领域的重要材料，其配套焊材开发已经比较成熟，但由于Ni等昂贵合金材料的使用量较高(焊材Ni含量甚至高于50％)，导致钢板和配套焊材成本难以降低。超低温高锰钢因在极低温条件下可以保持理想的性能，被视为第二代LNG储罐用新材料。但目前，国内并无相关配套焊材，限制了25Mn钢的应用。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术目的是提供一种适用于高锰超低温钢的金属粉芯药芯焊丝，包括钢带外皮和包裹在内的金属粉芯，焊后所形成的焊缝无熔渣，并保证焊缝金属拉伸性能、屈服性能及延伸率优异，特别是在-196℃超低温环境下仍具有良好的韧性。技术方案：本专利技术所述一种适用于高锰超低温钢的金属粉芯药芯焊丝，化学组分是：中碳锰铁90～93wt％；75#硅铁0.11～0.16wt％；铬金属粉4～6wt％；镍粉2.6～3.5wt％；稳弧剂0.02～0.2wt％，余量为Fe和不可避免的杂质。所述焊丝外部钢带中C≤0.08wt％、Fe≥90wt％。所述金属粉芯在金属粉芯药芯焊丝中含量为10-30wt％。进一步地，所述中碳锰铁中的锰质量百分比大于80％。所述稳弧剂为氧化钠和氧化钾的混合物。本专利技术所述的适用于高锰超低温钢的金属粉芯药芯焊丝的焊接方法，采用TIG焊，保护气体是纯度为99.99％的Ar气，焊接电流190-210A；焊接电压22-24V；焊接速度18cm/min。上述部分成分含量的限定理由如下：Mn元素为奥氏体形成元素，在熔池金属凝固时与C、Ni共同作用，以奥氏体为凝固初始相并保持到室温，最终焊缝组织为奥氏体相。同时Mn元素有固溶强化，稳定奥氏体，抑制ε-马氏体的形成的作用。但Mn含量过高会产生沿晶界脆性断裂，低温韧性下降。考虑到母材Mn含量的因素，需要保证与母材相同的成分体系，削弱浓度梯度的影响，本专利技术将Mn含量控制在22-26wt％。C含量过高则会显著增大层错能，损害塑性。本专利技术将C含量控制在0.2-0.5wt％。Si会在晶界偏聚弱化晶界，降低塑性和低温韧性。本专利技术将Si含量控制在0.05-0.06wt％。Ni则考虑其价格昂贵，大量添加成本过高。本专利技术将Ni含量控制在1-3wt％。考虑S、P元素的不利影响，本专利技术钢带外皮严格控制S、P含量：P≤0.005wt％和S≤0.005wt％，避免焊缝金属出现液化裂纹与再热裂纹。考虑稳弧性，添加氧化钠和氧化钾的混合物、二氧化钛等作为稳弧剂，添加量为0.02-0.2wt％。有益效果：本专利技术焊丝采用的化学成分体系采用高Mn含量设计，同时，大幅降低Ni的含量，从而显著降低了材料的成本；本专利技术焊丝较实芯焊丝焊缝成形好，且操作更加容易；本专利技术焊丝用于焊接超低温高锰钢，焊缝金属形成全奥氏体组织，保证了焊缝金属的机械性能，所形成的焊缝金属具有良好的强度、塑性和韧性配合，特别是在-196℃的超低温环境下具有良好韧性。具体实施方式实施例1本实施例的用于超低温高锰钢TIG焊的金属粉芯药芯焊丝，药芯的化学成分是：中碳锰铁90wt％，其中，中碳锰铁中的锰质量百分比为81％；75#硅铁0.11wt％；铬金属粉4wt％；镍粉2.6wt％；氧化钠和氧化钾的混合物0.02wt％，余量为Fe和不可避免的杂质。金属粉芯质量占金属粉芯药芯焊丝总质量的10％。本实施例的焊接方法采用TIG焊，Ar气流量为20-25L/min。焊接电流190-210A，焊接电压22-24V，焊接速度18cm/min。本实施例的金属粉芯药芯焊丝直径为Φ2.4mm，是经装粉、钢带压制封闭成型、拉拔(酸洗)后层绕制而成。焊接试板为20mm厚的25Mn超低温钢。25Mn超低温钢的试板坡口型式为V型，单侧坡口角度为30°。所述25Mn超低温钢的化学组分是：C为0.43wt％，Si为0.20wt％，Mn为23.8wt％，N为0.04wt％，该25Mn超低温钢的力学性能是：抗拉强度为800MPa，屈服强度为440MPa，延伸率A＝37％；-196℃时冲击功Akv＝120J。对本实施例焊后形成的焊缝金属显微组织及力学性能进行检测分析：焊缝金属为全奥氏体组织；没有凝固裂纹及再热裂纹产生；焊缝金属的屈服强度为440MPa，抗拉强度为660MPa，伸长率A＝40％，-196℃时冲击功Akv＝80J。实验结果表明：采用本实施例所制备的钨极氩弧焊实芯焊丝，经钨极氩弧焊焊接后，焊缝金属的力学性能完全满足超低温25Mn钢的技术要求，焊接接头满足用25Mn超低温钢制备的LNG贮罐的技术要求。实施例2本实施例的用于超低温高锰钢TIG焊的金属粉芯药芯焊丝，与实施例1的区别在于：所述金属粉芯药芯焊丝，药芯的化学成分为：中碳锰铁为93wt％，硅铁0.16wt％，铬金属粉6wt％，镍粉3.5wt％，二氧化钛0.2wt％余量为Fe和不可避免的杂质。其中，中碳锰铁中的锰质量百分比为82％。金属粉芯质量占金属粉芯药芯焊丝总质量的30％。对本实施例焊后的焊缝金属显微组织及力学性能进行检测分析：焊缝金属为全奥氏体组织，没有凝固裂纹及再热裂纹产生；焊缝金属的屈服强度为450MPa，抗拉强度为680MPa，伸长率A＝30％，-196℃时冲击功平均值Akv＝71J。实验结果表明：采用本实施例所制备的钨极氩弧焊实芯焊丝，经钨极氩弧焊焊接后，焊缝金属的力学性能完全满足超低温25Mn钢的技术要求，焊接接头满足用25Mn超低温钢制备的LNG贮罐的技术要求。因此，本专利技术合金元素含量价格低、合金成分体系简单；所形成的焊缝金属成形好，焊接操作简单。焊缝金属低温韧性优良，强度能与超低温高锰钢相匹配，满足了对所焊接制备的LNG的强度和超低温韧性的技术要求。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于超低温高锰钢的金属粉芯药芯焊丝，其特征在于：化学组分是：中碳锰铁90～93wt％；75#硅铁0.11～0.16wt％；铬金属粉4～6wt％；镍粉2.6～3.5wt％；稳弧剂0.02～0.2wt％，余量为Fe和不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种适用于超低温高锰钢的金属粉芯药芯焊丝，其特征在于：化学组分是：中碳锰铁90～93wt％；75#硅铁0.11～0.16wt％；铬金属粉4～6wt％；镍粉2.6～3.5wt％；稳弧剂0.02～0.2wt％，余量为Fe和不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的适用于高锰超低温钢的金属粉芯药芯焊丝，其特征在于：所述中碳锰铁中的锰质量百分比大于80％。3.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴君明，汪晶洁，李丽，田浩，孙超，王红鸿，李东晖，
申请(专利权)人：南京钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32