适用于全位置焊接的超低温高锰钢用药芯焊丝及其应用制造技术

本发明专利技术涉及焊接材料技术领域，尤其涉及一种适用于全位置焊接的超低温高锰钢用药芯焊丝及其应用；该药芯焊丝包括碳钢钢带和药芯，碳钢钢带为SPCC钢带，药芯中各组分及其在药芯中所占的质量百分比含量为：大理石2～6％，钛酸钾2～6％，氟化钠0.5～2.5％，金属锰60～70％，金属铬6～8％，氮化铬铁4～8％，镍粉8～12％，钼粉2～6％，钒铁1～2％，铜粉1～2％，氧化铋0.2～0.4％，石墨0.5～1.5％，余量为铁粉，药芯焊丝在焊接时的保护气体为：80％Ar+20％CO2的混合气。本发明专利技术提供的药芯焊丝，采用低成本的C

【技术实现步骤摘要】
适用于全位置焊接的超低温高锰钢用药芯焊丝及其应用


[0001]本专利技术涉及焊接材料
，尤其涉及一种适用于全位置焊接的超低温高锰钢用药芯焊丝及其应用。

技术介绍

[0002]随着现代工业的发展，世界上的能源消耗越来越多的集中在气态能源上，尤其是天然气，天然其是清洁、方便、高效的先进能源，当前用于液化天然气(LNG)储存和运输的低温钢工作温度为
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196℃，使用量最大的是9Ni钢，由于镍元素的价格昂贵，使得9Ni钢的冶炼和使用成本大大提高。
[0003]超低温高锰钢与9Ni钢具有相同的物理冶金特点，且具有高性能(抗裂性优异)、低成本的优势，是今后替代9Ni钢，作为LNG储罐用钢极具竞争力的首选材料，已成为世界各国的研究热点。面对超低温高锰钢如此庞大的市场需求，能与超低温高锰钢相匹配、具有良好焊接工艺性能、力学性能、服役性能的焊材具有非常好的市场前景，LNG储罐制造过程中应用最多的焊接位置是3G(立焊)和4G(仰焊)位置，需要所使用的焊材适用于全位置焊接。目前，市场上未见到适用于全位置焊接的超低温高锰钢用药芯焊丝，这将是实现高效率焊接超低温高锰钢的瓶颈之一。

技术实现思路

[0004]为了解决上述问题，本专利技术提供了一种适用于全位置焊接的超低温高锰钢用药芯焊丝，包括碳钢钢带和药芯，所述药芯中各组分及其在药芯中所占的质量百分比含量为：大理石2～6％，钛酸钾2～6％，氟化钠0.5～2.5％，金属锰60～70％，金属铬6～8％，氮化铬铁4～8％，镍粉8～12％，钼粉2～6％，钒铁1～2％，铜粉1～2％，氧化铋0.2～0.4％，石墨0.5～1.5％，余量为铁粉。
[0005]较佳地，所述药芯的质量占药芯焊丝总质量的35～45％。
[0006]较佳地，所述钛酸钾中TiO2的质量百分比为50～60％，K2O的质量百分比为17～19％。
[0007]较佳地，所述氮化铬铁中Cr的质量百分比大于60％，N的质量百分比大于5％。
[0008]较佳地，所述钒铁中V的质量百分比大于50％。
[0009]较佳地，所述碳钢钢带为SPCC钢带。
[0010]本专利技术提供的适用于全位置焊接的超低温高锰钢用药芯焊丝采用常规药芯焊丝制造工艺值得。
[0011]本专利技术还提供应用上述的适用于全位置焊接的超低温高锰钢用药芯焊丝的方法，该药芯焊丝在焊接时的保护气体为80％Ar和20％CO2的混合气体。
[0012]进一步地，该药芯焊丝在平焊位置焊接时焊接电流为200～220A，焊接电压为28～30V。
[0013]进一步地，该药芯焊丝在横焊位置焊接时焊接电流为160～180A，焊接电压为26～
28V。
[0014]进一步地，该药芯焊丝在立焊和仰焊位置焊接时焊接电流为120～140A，焊接电压为22～24V。
[0015]本专利技术适用于全位置焊接的超低温高锰钢用药芯焊丝的设计原理是：通过低成本的C
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Mn
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Cr
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Ni
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N成分体系设计，采用金属粉芯合金过渡，形成的焊缝金属中Mn含量为20～25％，在
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196℃及更低温度下力学性能优良。本专利技术中含有适量钛酸钾，可确保焊接电弧的稳定性和具有良好的全位置焊接工艺适用性；通过加入适量Ni、N进一步稳定奥氏体组织，以提高焊缝金属的强度和低温冲击韧性；Cr、Mo的加入，可形成碳化物或氮化物，以提高焊缝强度，Mo还能缩小固液共存区间，可以有效抑制热裂纹产生；通过向焊缝金属中加入微量的合金元素，如V、Cu等，可以使焊缝金属的晶粒细化，既可提高焊缝金属的强度和韧性，又可改善其抗裂性能。
[0016]大理石的主要成分是CaCO3，其主要作用是提高焊接电弧挺度，可大大降低富氩气体保护焊接时电弧的分散度，提高焊接熔深和母材的熔合；当药芯中加入量少于2％时焊接电弧分散，熔深浅，且容易引起焊缝与母材熔合不良，加入量高于6％时，飞溅增大。
[0017]钛酸钾主要成分是TiO2和K2O，起造渣和稳弧作用，减少焊接飞溅，改善熔渣流动性和覆盖性，有利于焊丝的全位置焊接工艺；钛酸钾加入量以2～6％为宜，加入量太低，焊接电弧稳定性和全位置焊接工艺性变差。
[0018]氟化钠熔点较低，可降低熔渣的共熔点，降低熔渣的粘度和表面张力，有利于改善焊缝脱渣性和焊缝表面成形；氟化钠在高温下分解产生HF气体，起到焊缝去氢和提高抗压痕的作用，其加入量大于2.5％时，焊接飞溅增大，熔渣变稀，使焊丝的全位置焊接工艺变差；加入量少于0.5％时去氢能力不足，容易出现气孔压痕。
[0019]金属锰中Mn是扩大奥氏体区和稳定奥氏体组织的元素，当焊缝金属中Mn含量大于20％时能够形成完全奥氏体组织，低温脆性转变温度消失，提高焊缝金属低温冲击韧性；金属锰还可以参与脱氧，用于降低焊缝金属的含氧量，增加焊缝金属强度和抗裂性，金属锰最佳添加量为60～70％。
[0020]金属铬和氮化铬铁中Cr可与C形成碳化物，起到弥散强化和固溶强化作用，提高焊缝金属强度；N是扩大奥氏体区和稳定奥氏体组织的元素，可以提高焊缝金属低温冲击韧性；同时作为固溶强化元素，可与Cr、Mo、V形成氮化物，可提高焊缝金属强度而并不显著损害焊缝金属的塑性和韧性；金属铬加入量以6～8％为宜，氮化铬铁加入量以4～8％为宜。
[0021]镍粉中Ni是形成和稳定奥氏体组织的元素，可降低脆性转变温度，能提高焊缝金属的强度和低温冲击韧性。
[0022]钼粉中Mo可形成碳化物或氮化物，以提高焊缝强度，Mo还能缩小固液共存区间，可以有效抑制热裂纹发生。
[0023]V是强碳化物形成元素，可以形成特殊碳化物，细化奥氏体晶粒，提高焊缝金属强度和韧性。
[0024]Cu是固溶强化和沉淀强化元素，能提高焊缝金属的强度；其加入量大于2％时，对抗裂性不利，铜粉加入量以1～2％为宜。
[0025]氧化铋的作用是改善脱渣性，氧化铋加入量以0.2～0.4％为宜。
[0026]C是奥氏体化元素，同时C能与Cr、Mo、V形成碳化物，以提高奥氏体焊缝金属的强
度。
[0027]本专利技术焊接的超低温高锰钢熔敷金属化学成分为：C：0.3～0.45％，Si≤0.5％，Mn：20～25％，Cr：2～6％，Ni：2～6％，Mo：0.5～2.0％，Cu：0.1～0.2％，N：0.1～0.2％，V≤0.2％，S≤0.015％，P≤0.015％。
[0028]当熔敷金属中C含量小于0.3％时，焊缝强度不能够满足要求；当熔敷金属中C含量大于0.45％时，焊接时可能会产生裂纹，并使冲击韧性降低。
[0029]本专利技术由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下有益效果：
[0030]1)本专利技术提供的药芯焊丝，采用低成本的C
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Mn
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Cr
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Ni
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N合金体系设计，用金属粉芯合金过渡，形成的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于全位置焊接的超低温高锰钢用药芯焊丝，包括碳钢钢带和药芯，其特征在于，所述药芯中各组分及其在药芯中所占的质量百分比含量为：大理石2～6％，钛酸钾2～6％，氟化钠0.5～2.5％，金属锰60～70％，金属铬6～8％，氮化铬铁4～8％，镍粉8～12％，钼粉2～6％，钒铁1～2％，铜粉1～2％，氧化铋0.2～0.4％，石墨0.5～1.5％，余量为铁粉。2.根据权利要求1所述的适用于全位置焊接的超低温高锰钢用药芯焊丝，其特征在于，所述药芯的质量占药芯焊丝总质量的35～45％。3.根据权利要求1所述的适用于全位置焊接的超低温高锰钢用药芯焊丝，其特征在于，所述钛酸钾中TiO2的质量百分比为50～60％，K2O的质量百分比为17～19％。4.根据权利要求1所述的适用于全位置焊接的超低温高锰钢用药芯焊丝，其特征在于，所述氮化铬铁中Cr的质量百分比大于60％，N的质量百分比大于5％。5.根据权利要求1所述的适用于全位置焊接的超低温高锰钢用...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈成，汪昌红，包润新，汪涛，
申请(专利权)人：武汉铁锚焊接材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：