一种用于超低温高锰钢的自保护药芯焊丝制造技术

本发明专利技术涉及一种用于超低温高锰钢的自保护药芯焊丝。其技术方案是：所述用于超低温高锰钢的自保护药芯焊丝由65～70wt％的钢带和30～35wt％的药芯粉组成；所述钢带的化学组分是：C为0.10～0.20wt％，Si为0.01～0.05wt％，Mn为3～7wt％，Ni为3～8wt％，Cr为3～8wt％，P≤0.002wt％，S≤0.001wt％，余量为Fe和不可避免的杂质；所述药芯粉的化学组分是：氟化钡为38～42wt％，大理石为4～7wt％，铝粉为5～8wt％，高碳铬铁为2～6wt％，电解锰为34～37wt％，余量为Fe。本发明专利技术制备成本低和合金成分体系简单，能实现全位置焊接；所形成的焊缝金属成型良好和低温韧性优良，力学性能与超低温高锰钢相匹配，能满足工作温度为

【技术实现步骤摘要】
一种用于超低温高锰钢的自保护药芯焊丝


[0001]本专利技术属于自保护药芯焊丝
具体涉及一种用于超低温高锰钢的自保护药芯焊丝。

技术介绍

[0002]液化天然气(LNG)等贮存运输容器用钢通常在
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196℃进行低温储存，现阶段商业用LNG贮罐的钢为9Ni钢，由于9％镍含量的钢板价格昂贵，在对LNG储运关键材料用钢要求安全性高的同时，亦要求降低建造成本，故实现减Ni化钢板的开发成为Ni系低温钢的一个重要发展方向，为此国内外相继开发出节镍型低温钢。近年来，为降低LNG储罐用钢的生产成本以及对高价镍元素的依赖度，高锰钢(Mn含量为24～26wt％)因其低廉的价格和优异的塑韧性而备受瞩目。相比目前常用镍合金，超低温高锰钢焊接性更优，且成本价格仅相当于镍合金钢的70～80％，超低温高锰钢已成为替代9Ni钢的首选材料，具有较大的市场前景。
[0003]超低温高锰钢在制造LNG等贮存运输容器时，手工电弧焊是国内采用的主要的连接方法，占到总连接工艺的90％以上，故手工电弧焊技术已受到本领域技术人员的关注。《适用于超低温高锰钢的手工电弧焊接用低氢型焊条》(201910008172.6)专利技术，虽制得超低温高锰钢用手工电弧焊焊条。但是由于手工电弧焊完全人工操作，焊接生产效率低，劳动强度大，焊接质量很大程度上受工人的技术和操作手法控制。此外，焊条使用前要经过烘干等工序，增加了工作程序和生产成本。
[0004]为弥补手工电弧焊技术的缺陷，可采用自保护药芯焊丝的高效焊接方法。自保护药芯焊丝不仅能实现全位置焊接，在操作灵活性方面与电焊条相当，更为重要的是，其焊接生产效率是焊条的5～10倍，另外，不需要额外的保护气体和焊剂，焊接设备简单。然而，目前没有技术能实现与超低温高锰钢相配套的自保护药芯焊丝。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在克服现有技术的不足，目的是提供一种成本低和合金成分体系简单的用于超低温高锰钢的自保护药芯焊丝的制备方法；制备的用于超低温高锰钢的自保护药芯焊丝所形成的焊缝金属成型良好和低温韧性优良，力学性能与超低温高锰钢相匹配；不仅能用于全位置焊接，焊接效率高，且能满足工作温度为
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196℃时所焊接LNG贮罐的强度和超低温韧性的技术要求。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：所述用于超低温高锰钢的自保护药芯焊丝是由65～70wt％钢带与30～35wt％药芯粉芯组成。
[0007]所述钢带的化学组分是：C为0.10～0.20wt％；Si为0.01～0.05wt％；Mn为3～7wt％；Ni为3～8wt％；Cr为3～8wt％；P≤0.002wt％；S≤0.001wt％；余量为Fe和不可避免的杂质。
[0008]所述药芯粉的化学组分是：氟化钡为38～42wt％；大理石为4～7wt％；铝粉为5～8wt％；高碳铬铁为2～6wt％；电解锰为34～37wt％；余量为Fe。
[0009]所述用于超低温高锰钢的自保护药芯焊丝的制备方法是：将所述钢带轧制成U形管，再所述药芯粉加入U形管中；然后合缝，拉丝减径，收线，表面处理，层绕，制得用于超低温高锰钢的自保护药芯焊丝。
[0010]所述氟化钡的纯度≥99％；氟化钡的粒度为0.15～0.20mm。
[0011]所述大理石的纯度≥99％；大理石的粒度≤0.3mm。
[0012]所述铝粉的纯度≥99％；铝粉的粒度≤0.30mm。
[0013]所述高碳铬铁的化学成分是：Cr为84～86wt％，C为10～12wt％，余量为铁和不可避免的杂质；高碳铬铁的粒度≤0.30mm。
[0014]所述电解锰的纯度≥99％；电解锰的粒度≤0.3mm。
[0015]由于采用了上述技术方案，本专利技术与现有技术相比具有如下积极效果：
[0016]本专利技术采用的合金元素价格低、合金成分体系简单，制备成本低，具有显著的经济性。并且，相对于手工电焊条，其焊接生产效率提高5～10倍。
[0017]本专利技术的自保护药芯焊丝，采用钢带与药芯共同过渡合金元素的方式，形成的焊缝金属的Mn含量为24～26wt％，与母材的锰含量相当，保证与母材基本相同的成分体系，在形成焊接接头时，避免锰元素扩散所形成的熔合线附近组织与性能的变化，保证了焊缝金属具有与母材配套的力学性能。
[0018]本专利技术中的锰元素与碳元素同为奥氏体形成元素，共同作用在焊缝金属熔池凝固时，以奥氏体相为凝固初始相，且一直保持到室温，形成全奥氏体组织的焊缝金属。焊缝中碳元素含量过低时，焊缝屈服强度不够，而碳元素含量过高时，又会在焊缝中产生粗大的碳化物影响韧性。含锰量过低时，不足以形成单一奥氏体组织；含锰量过高时，会降低拉伸强度。同时，本专利技术以锰代替价格昂贵的镍，形成高锰低镍合金系，因而钢带中含C为0.10～0.20wt％、含Mn为3～7wt％，药芯中含高碳铬铁为2～6wt％，含电解锰34～37wt％，保证奥氏体组织，获得良好的超低温强韧性，又降低了成本。
[0019]镍元素是奥氏体形成元素，含量过高会造成成本增加，含量过低会影响焊缝的奥氏体稳定性。因而，本专利技术钢带中Ni为3～8wt％，既保证了全奥氏体组织，获得良好的超低温韧性，同时，也保证了较低的元素成本。
[0020]本专利技术中杂质元素硫与磷的存在，使焊缝金属产生液化裂纹与再热裂纹，故本专利技术严格控制硫、磷元素的含量：P≤0.002wt％和S≤0.001wt％。通过净化钢水，将焊丝的P和S含量降到最低，保证焊缝具有较低的热裂纹敏感性。
[0021]本专利技术钢带的化学成分体系含有Cr元素，起到固溶强化的作用，Cr元素过高时，强度提高的同时会降低低温韧性，过低时，起不到固溶强化的作用，因而，本专利技术钢带中的Cr含量为Cr为3～8wt％，能保证在良好的低温韧性的前提下，提高焊缝金属的强度。
[0022]本专利技术钢带中含有Si元素，一方面起固溶强化的作用，另一方面起调节铁水粘稠度的作用。焊缝金属中Si含量过高，虽能提高强度但能降低了低温韧性；焊缝金属中Si含量过低，起不到调节铁水粘稠度的作用，因而，本专利技术钢带中Si含量为0.01～0.05wt％，既提高了强度，又很好地调节了铁水粘稠度，保证了用于超低温高锰钢的自保护药芯焊丝能实现全位置焊接性。
[0023]本专利技术药芯粉的成分体系中含有铝粉、高碳铬铁和电解锰，通过在焊接过程的化学冶金反应，保证焊缝金属中的C含量、Mn含量及Al含量，以形成全奥氏体组织。C、Mn和Al三
个成分含量过低时，形不成全奥氏体组织，会降低强度和低温韧性；反之，虽能保证低温韧性，但是会降低强度。因而，本专利技术的药芯粉中铝粉含量为5～8wt％、高碳铬铁含量为2～6wt％和电解锰含量为34～37wt％，使焊缝金属组织为全奥氏体，不仅保证了焊缝金属有优良的超低温韧性和足够的强度，且降低了凝固温度范围，避免凝固裂纹的出现，同时减少或防止液化裂纹及再热裂纹的产生。
[0024]本专利技术药芯粉的成分体系中含有氟化钡和大理石，以调节铁水的流动性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于超低温高锰钢的自保护药芯焊丝，所述用于超低温高锰钢的自保护药芯焊丝是由65～70wt％的钢带与30～35wt％的药芯粉组成，其特征在于：所述钢带的化学组分是：C为0.10～0.20wt％，Si为0.01～0.05wt％，Mn为3～7wt％，Ni为3～8wt％，Cr为3～8wt％，P≤0.002wt％，S≤0.001wt％，余量为Fe和不可避免的杂质；所述药芯粉的化学组分是：氟化钡为38～42wt％，大理石为4～7wt％，铝粉为5～8wt％，高碳铬铁为2～6wt％，电解锰为34～37wt％，余量为Fe；所述用于超低温高锰钢的自保护药芯焊丝的制备方法是：将所述钢带轧制成U形管，再所述药芯粉加入U形管中；然后合缝，拉丝减径，收线，表面处理，层绕，制得用于超低温高锰钢的自保护药芯焊丝。...

【专利技术属性】
技术研发人员：王红鸿，孟庆润，
申请(专利权)人：浙江鸿途焊接科技有限公司，
类型：发明
国别省市：