一种可交直两用高锰奥氏体超低温焊条制造技术

本发明专利技术公开了一种可交直两用高锰奥氏体超低温焊条，由焊芯和双层药皮构成，药皮涂敷于焊芯外壁，所述药皮占焊条总重量的重量系数为0.50～0.70，所述焊芯由如下组分组成：C：0.12～0.18％；Si：≤0.25％；Mn：16.0～20.0％；Cr：1.5～2.5％；Ni：2.5～3.5％；Mo：0.8～1.5％；P：≤0.006％；S：≤0.006％；La：0.016～0.032；Ce：0.025～0.040；Ti：0.025～0.045％；Fe：余量。本发明专利技术焊条具有优异的交直流全位置焊接工艺性能，电弧稳定、基本无飞溅、操作性优异、脱渣优良且焊缝成型美观。

【技术实现步骤摘要】
一种可交直两用高锰奥氏体超低温焊条
本专利技术属于焊接材料领域，特别涉及一种可交直两用高锰奥氏体超低温焊条。
技术介绍
近年来由于世界各道对于液态天然气(LNG)这种干净又高效的替代能源需求增加，对于其运输及储存的研究及开发也日益完善。包含铝合金、Invar、304不锈钢、9Ni钢，以被广泛的使用。由于相较于其他3种材料，9Ni钢的成本相对较低且有较高的抗张强度。所以9Ni钢目前更多被使用在-196℃低温储罐。但为更进一步节省成本，开发高锰钢/25％锰奥氏体低温用钢为一种可行的替代方案。由于碳跟锰钢材里都是奥氏体的稳定元素，且形成的奥氏体高锰钢在-196℃储存温度下，能有良好的冲击韧性及抗张强度。超低温用高锰钢是在钢中加入质量分数22％以上的Mn替代传统低温钢中使用的镍，Mn与C合理配比，再经过适当的固溶处理后制成，在低温下可实现良好的强韧性组合。超低温用高锰钢在LNG存储温度下稳定，并可大幅降低成本，作为第二代LNG储罐用新材料备受瞩目。镍基合金(Ni-Cr-Mo)焊材虽然可以用在高锰钢/25％锰奥氏体低温用钢焊接，但其成本较高。开发适用于超低温用高锰钢的配套焊材，可有效减少LNG项目的总建设成本。专利CN109623194A“一种用于超低温高锰钢手焊条焊接的低氢型焊条”中焊芯C含量0.30～0.75％，C含量较高，加工硬化程度大，不利于芯线加工，且碳当量较高，有明显的脆硬倾向，对接头性能不利；且Mn、Ni、Cr、W含量分别为Mn：20～26％，Ni：6.5～8.5％、Cr：3.0～5.5％、W：2.5～4.0％，致使焊芯和焊条产品相对于9％Ni钢焊条并无明显经济优势。专利CN110170765A熔敷金属C含量0.32～0.36％依旧较高，且焊条药皮为酸性，众所周知，酸性药皮焊条由于氧含量较高在焊条机械性、抗裂性和全位置焊接性方面相对于碱性药皮焊条仍有一定差距。目前9％Ni钢在LNG低温储罐的建造已有一定的应用，9％Ni钢储罐的建造均为交流(AC)焊接。而25％Mn钢为奥氏体高锰钢，不存在磁化的问题，多采用直流DC+焊接。但对于既有的焊接设备和工艺条件，开发一种能与25％Mn钢匹配的交直两用焊条，具有更广泛的应用前景且对于现场施工有更好的适应性和经济性。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种可交直两用高锰奥氏体超低温焊条，采用双层药皮设计搭配低成本高锰焊芯。本专利技术焊条具有优异的交直流全位置焊接工艺性能，电弧稳定、基本无飞溅、操作性优异、脱渣优良且焊缝成型美观；抗拉强度≥700MPa，延伸≥40％，-196℃冲击≥86J。本专利技术的技术方案是：一种可交直两用高锰奥氏体超低温焊条，由高锰焊芯和双层药皮构成，药皮涂敷于焊芯外壁，所述药皮占焊条总重量的重量系数为0.50～0.70；(a)以焊芯总重量为基准，按重量百分比计，所述焊芯由如下组分组成：C：0.12～0.18％；Si：≤0.25％；Mn：16.0～20.0％；Cr：1.5～2.5％；Ni：2.5～3.5％；Mo：0.8～1.5％；P：≤0.006％；S：≤0.006％；La：0.016～0.032％；Ce：0.025～0.040％；Ti：0.025～0.045％；Fe：余量；(b)药皮为双层药皮，分为内层A药皮和外层B药皮；以药皮重量为基准，按重量百分比计，内层A药皮组分及纯度如下：钾冰晶石(K3AlF6≥99％)：3～6％；石英砂(SiO2≥98％)：3～8％；金红石(TiO2≥95％)：5～15％；钛白粉(TiO2≥99.5％)：0.5～2％；氧化锆(ZrO2≥99.5％)：5～14％；金属镍(Ni≥99％)：0.8～3.5％；金属铬(Cr≥98％)：0.5～1.8％钼粉(Mo≥99％)：2～4％；金属钨(W≥99.5％)：1.75～4.25％；藻酸盐(纯)：0.5％～2.0％；外层B药皮组分及纯度：碳酸钙(CaCO3≥98％)：28～45％；萤石(CaF2≥97％)：8～15％；氟化镧(LaF3≥98％)：0.5～1.8％；氟化铈(CeF3≥98.5％)：0.8～2.0％；碳酸钠(Na2CO3≥99.5％)：0.5～1.0％；金属锰(Mn≥99％)：6～14％；低度硅铁(Si约45％)：3～8％；钛铁(Ti：35～42％)：2～5％；藻酸盐(纯)：0.5％～2.5％；合成云母：1～3％。内层A药皮以合金和酸性氧化物为主(占总药皮重量的25％)，主要起过渡合金和改善熔滴过渡形态的作用，外层B药皮为造气、造渣和脱氧剂(占药皮重量的75％)，主要起脱氧、除氢、造气、造渣、对熔池进行气渣联合保护和保障焊缝性能的作用。以重量百分比计，本专利技术所述焊条的熔敷金属的组分包括：C：0.16～0.25％；Mn：18.0～22.0％；Si：0.30～0.50％；P：0.015～0.025％；S：0.005～0.012％；Ni：2.5～4.5％；Cr：1.8～2.3％；Mo：2.0～3.2％；W：1.2～2.0％；La：0.004～0.008；Ce：0.005～0.009；Ti：0.008～0.025％。所述焊条的粘结剂采用钾水玻璃，模数为2.75～3.30，浓度为37～42Be。本专利技术中焊条药皮的作用主要是造气、造渣、稳弧、脱氧和向焊缝过渡合金等，具体分析本专利技术中药皮主要组分在焊条中各自发挥的作用如下：焊条中碳酸盐(本专利技术中主要为碳酸钙)的主要作用为造渣和造气，其分解产生的CaO、Na2O等系碱性氧化物，能提高熔渣碱度，细化熔滴，并具有脱S、P的作用，提高焊缝金属的抗裂能力，还有调节熔渣熔点、粘度、表面和界面张力的作用。本专利技术中碳酸钙的含量控制在28～45％；少量的碳酸钠主要起润滑和改善涂装的作用，因其吸湿性较强，用量也严格限制在0.5～1.0％之间；本专利技术中氟化物主要为萤石(CaF2)、冰晶石以及氟化稀土，可调节渣的熔点，对降低焊缝气孔，改善熔渣的物理性能，改善焊缝成型、脱渣等起关键作用，由于本专利技术的焊条的焊缝金属的合金含量较高，液态金属的表面张力较大，流动性差，焊缝成形变差，焊缝中气体不易逸出，从氟化钙、冰晶石等电离分解产生的F-可以降低液态金属的表面张力，有调整熔融焊渣的黏性改善焊渣覆盖性的效果，使得焊缝成型美观，降低焊缝形成气孔的缺陷。本专利技术焊条中氟化物的含量为12.3～24.8％；氟化稀土，本专利技术中为氟化镧和氟化铈，除含F-外，还含有稀土元素La和Ce，一方面脱氧、除氢，另一方面利用稀土元素的微合金化来进一步净化、提纯及强化焊缝金属，改善焊缝的组织及性能，因价格及其昂贵，用量也较少，本专利技术中氟化稀土的用量在1.3～3.8％；金红石和钛白粉的主要成分是TiO2，其主要作用是稳弧、造渣、能够调本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可交直两用高锰奥氏体超低温焊条，由焊芯和药皮构成，药皮涂敷于焊芯外壁，其特征在于，所述药皮组成为双层药皮，且药皮占焊条总重量系数的0.50～0.70；/n(a)以焊芯总重量为基准，按重量百分比计，焊芯组分如下：C：0.12～0.18％；Si：≤0.25％；Mn：16.0～20.0％；Cr：1.5～2.5％；Ni：2.5～3.5％；Mo：0.8～1.5％；P：≤0.006％；S：≤0.006％；La：0.016～0.032％；Ce：0.025～0.040％；Ti：0.025～0.045％；Fe：余量；/n(b)药皮为双层药皮，分为内层A药皮和外层B药皮；/n以药皮总重量为基准，按重量百分比计，所述内层A药皮组成如下：钾冰晶石：3～6％；石英砂：3～8％；金红石：5～15％；钛白粉：0.5～2％；氧化锆：5～14％；金属镍：0.8～3.5％；金属铬：0.5～1.8％；钼粉：2～4％；金属钨：1.75～4.25％；藻酸盐：0.5～2％；/n外层B药皮组成如下：碳酸钙：28～45％；萤石：8～15％；氟化镧：0.5～1.8％；氟化铈：0.8～2％；碳酸钠：0.5～1％；金属锰：6～14％；硅铁：3～8％；钛铁：2～5％；藻酸盐：0.5％～2.5％；合成云母：1～3％。/n...

【技术特征摘要】
1.一种可交直两用高锰奥氏体超低温焊条，由焊芯和药皮构成，药皮涂敷于焊芯外壁，其特征在于，所述药皮组成为双层药皮，且药皮占焊条总重量系数的0.50～0.70；
(a)以焊芯总重量为基准，按重量百分比计，焊芯组分如下：C：0.12～0.18％；Si：≤0.25％；Mn：16.0～20.0％；Cr：1.5～2.5％；Ni：2.5～3.5％；Mo：0.8～1.5％；P：≤0.006％；S：≤0.006％；La：0.016～0.032％；Ce：0.025～0.040％；Ti：0.025～0.045％；Fe：余量；
(b)药皮为双层药皮，分为内层A药皮和外层B药皮；
以药皮总重量为基准，按重量百分比计，所述内层A药皮组成如下：钾冰晶石：3～6％；石英砂：3～8％；金红石：5～15％；钛白粉：0.5～2％；氧化锆：5～14％；金属镍：0.8～3.5％；金属铬：0.5～1.8％；钼粉：2～4％；金属钨：1.75～4.25％；藻酸盐：0.5～2％；
外层B药皮组成如下：碳酸钙：28～45％；萤石：8～15％；氟化镧：0.5～1.8％；氟化铈：0.8～2％；碳酸钠：0.5～1％；金属锰：6～14％；硅铁：3～8％；钛铁：2～5％；藻酸盐：0.5％～2.5％；合成云母：1～3％。


2.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：周峙宏，王登峰，程浩，成双，
申请(专利权)人：昆山京群焊材科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32