本發(fā)明屬于全自動(dòng)埋弧焊實(shí)芯焊絲技術(shù)領(lǐng)域。具體涉及一種制備lng貯罐的高錳鋼用全自動(dòng)埋弧焊實(shí)芯焊絲。

背景技術(shù)：

隨著我國(guó)大力開發(fā)和應(yīng)用液化石油氣（lpg）和液化天然氣（lng），液化石油氣（lpg）和液化天然氣（lng）貯存和運(yùn)輸容器用鋼的需求量將會(huì)越來(lái)越大。目前用于lng貯罐的低溫鋼為9ni鋼，工作溫度為-196℃，鎳含量高達(dá)9%，鋼板價(jià)格昂貴。為節(jié)省ni資源、降低鋼鐵材料的成本、降低能源貯存和降低運(yùn)輸成本，世界各國(guó)科研人員正在積極研制高錳低溫鋼。

我國(guó)十三五計(jì)劃將超低溫高錳鋼列在研發(fā)規(guī)劃中，一些高校與鋼鐵企業(yè)已聯(lián)合開展了一些理論和實(shí)驗(yàn)研究，研發(fā)出適于實(shí)用的超低溫高錳鋼。超低溫高錳鋼在應(yīng)用過(guò)程中，主要用焊接工藝制造結(jié)構(gòu)和設(shè)備。

超低溫高錳鋼埋弧焊時(shí)，焊絲是采用與9ni鋼相同的焊絲。9ni鋼工程應(yīng)用最多的是鎳基焊絲，當(dāng)采用鎳基焊絲時(shí)，存在兩個(gè)問(wèn)題：一是焊絲中鎳元素含量為50~60%，價(jià)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(huì)引起焊接接頭熔合線處元素?cái)U(kuò)散，組織與性能發(fā)生變化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，目的是提供一種成本低和合金成分體系簡(jiǎn)單的制備lng貯罐的高錳鋼用全自動(dòng)埋弧焊實(shí)芯焊絲；所述全自動(dòng)埋弧焊實(shí)芯焊絲形成的焊縫金屬低溫韌性優(yōu)良，強(qiáng)度與制備lng貯罐的超低溫高錳鋼相匹配，能滿足對(duì)所焊接的lng貯罐的強(qiáng)度和超低溫韌性的技術(shù)要求。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：所述全自動(dòng)埋弧焊實(shí)芯焊絲的化學(xué)組分是：c為0.25~0.45wt%，mn為23~26wt%，ni為6~8wt%，w為3~5wt%，n為0.02~0.04%，p≤0.002wt%，s≤0.001wt%，余量為fe和不可避免的雜質(zhì)。

由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下積極效果：

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

本發(fā)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(shí)，以?shī)W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(fā)明中碳元素含量為0.25~0.45wt%，鎳元素含量為6~8wt%。

本發(fā)明在以?shī)W氏體相為主的焊縫金屬凝固時(shí)，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(qū)間，從而有效減少和避免了凝固裂紋的出現(xiàn)。同時(shí)通過(guò)添加0.02~0.04%的氮元素，在焊接過(guò)程中起到固溶強(qiáng)化作用，提高焊縫金屬的強(qiáng)度。此外，雜質(zhì)元素硫與磷的存在，使焊縫金屬產(chǎn)生液化裂紋與再熱裂紋，故本發(fā)明嚴(yán)格控制硫、磷元素的含量：p≤0.002wt%，s≤0.001wt%。通過(guò)凈化鋼水，將所述全自動(dòng)埋弧焊實(shí)芯焊絲的p和s含量降到最低，避免因p和s偏聚而產(chǎn)生熱裂紋傾向。

本發(fā)明采用的化學(xué)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(yōu)良的超低溫韌性和足夠的強(qiáng)度；且降低了凝固溫度范圍，避免凝固裂紋的出現(xiàn)，同時(shí)減少或防止液化裂紋及再熱裂紋的產(chǎn)生。

本發(fā)明所制備的全自動(dòng)埋弧焊實(shí)芯焊絲用于制備lng貯罐的焊接，焊縫金屬形成全奧氏體組織，保證了焊縫金屬優(yōu)良的超低溫韌性，-196℃時(shí)沖擊功akv為60~92j；亦保證了焊縫金屬的機(jī)械性能：屈服強(qiáng)度為425~504mpa，抗拉強(qiáng)度為587~715mpa，延伸率a為31~35%，滿足了用超低溫高錳鋼制造的lng貯罐的力學(xué)性能要求和超低溫韌性的要求。

因此，本發(fā)明采用的合金元素價(jià)格低、合金成分體系簡(jiǎn)單；制備的所述全自動(dòng)埋弧焊實(shí)芯焊絲形成的焊縫金屬低溫韌性優(yōu)良，強(qiáng)度與制備lng貯罐的超低溫高錳鋼相匹配，滿足了對(duì)所焊接的lng貯罐的強(qiáng)度和超低溫韌性的技術(shù)要求。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述，并非對(duì)本其保護(hù)范圍的限制。

實(shí)施例1

一種制備lng貯罐的高錳鋼用全自動(dòng)埋弧焊實(shí)芯焊絲（以下簡(jiǎn)稱全自動(dòng)埋弧焊實(shí)芯焊絲）。所述全自動(dòng)埋弧焊實(shí)芯焊絲的化學(xué)組分是：c為0.20~0.30wt%，mn為23~24wt%，ni為7.2~8.0wt%，w為3.0~3.8wt%，n為0.02~0.03wt%，p≤0.002wt%，s≤0.001wt%，余量為fe和不可避免的雜質(zhì)。

所述全自動(dòng)埋弧焊焊絲的直徑為φ2.4mm，采用全自動(dòng)埋弧焊焊接方法，焊接lng貯罐；所述lng貯罐用鋼為20mm厚的25mn超低溫鋼。

所述25mn超低溫鋼的化學(xué)組分是：c為≤0.40~0.50wt%，si為0.10~0.20wt%，mn為20~28wt%，n為0.01~0.08wt%，p為≤0.005wt%，s為≤0.003wt%。該25mn超低溫鋼的力學(xué)性能是：抗拉強(qiáng)度為≥400mpa，屈服強(qiáng)度為≥560mpa，延伸率a=40%；-196℃時(shí)沖擊功akv≥54j。

本實(shí)施例所述25mn超低溫鋼的試板坡口型式為v型，單側(cè)坡口角度為30°。

本實(shí)施例采用匹配焊劑型號(hào)為incoflux9(smc)。具體焊接工藝參數(shù)如下：焊接電流為420~430a，電弧電壓為28~30v，焊接速度為35~36cm/min，焊接熱輸入為19~21kj/cm。

對(duì)本實(shí)施例焊后的焊縫金屬顯微組織及力學(xué)性能進(jìn)行檢測(cè)分析：焊縫金屬為全奧氏體組織；沒有凝固裂紋及再熱裂紋產(chǎn)生；焊縫金屬的屈服強(qiáng)度為425~442mpa，抗拉強(qiáng)度為587~625mpa，伸長(zhǎng)率a=34~35%，-196℃時(shí)沖擊功平均值akv=77~92j。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：采用本實(shí)施例的制備lng貯罐的高錳鋼用全自動(dòng)埋弧焊實(shí)芯焊絲，經(jīng)全自動(dòng)埋弧焊焊接后，其焊縫金屬的力學(xué)性能完全滿足25mn超低溫鋼的技術(shù)要求，其焊接接頭滿足lng貯罐的技術(shù)要求。

實(shí)施例2

一種制備lng貯罐的高錳鋼用全自動(dòng)埋弧焊實(shí)芯焊絲。除下述外，其余同實(shí)施例1：

所述全自動(dòng)埋弧焊實(shí)芯焊絲的化學(xué)組分是：c為0.30~0.35wt%，mn為24~25wt%，ni為6.8~7.2wt%，w為3.8~4.4wt%，n為0.03~0.04wt%，p≤0.002wt%，s≤0.001wt%，余量為fe和不可避免的雜質(zhì)。

對(duì)本實(shí)施例焊后的焊縫金屬顯微組織及力學(xué)性能進(jìn)行檢測(cè)分析：焊縫金屬為全奧氏體組織；沒有凝固裂紋及再熱裂紋產(chǎn)生；焊縫金屬的屈服強(qiáng)度為442~488mpa，抗拉強(qiáng)度為652~662mpa，伸長(zhǎng)率a=32~34%，-196℃時(shí)沖擊功平均值akv=68~77j。

實(shí)施例3

一種制備lng貯罐的高錳鋼用全自動(dòng)埋弧焊實(shí)芯焊絲。除下述外，其余同實(shí)施例1：

所述全自動(dòng)埋弧焊實(shí)芯焊絲的化學(xué)組分是：c為0.35~0.45wt%，mn為25~26wt%，ni為6.0~6.8wt%，w為4.4~5.0wt%，n為0.03~0.04wt%，p≤0.002wt%，s≤0.001wt%，余量為fe和不可避免的雜質(zhì)。

對(duì)本實(shí)施例焊后的焊縫金屬顯微組織及力學(xué)性能進(jìn)行檢測(cè)分析：焊縫金屬為全奧氏體組織；沒有凝固裂紋及再熱裂紋產(chǎn)生；焊縫金屬的屈服強(qiáng)度為488~504mpa，抗拉強(qiáng)度為662~715mpa，伸長(zhǎng)率a=31~32%，-196℃時(shí)沖擊功平均值akv=60~68j。

本具體實(shí)施方式與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下積極效果：

本具體實(shí)施方式采用的主要合金元素mn的含量為23~26wt%，與母材的錳含量相當(dāng)，保證了與母材基本相同的成分體系，在形成焊接接頭時(shí)，由于不存在錳元素濃度梯度，避免了錳元素?cái)U(kuò)散所形成的熔合線附近組織與性能的變化。

本具體實(shí)施方式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(shí)，以?shī)W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，故本具體實(shí)施方式中碳元素含量為0.25~0.45wt%，鎳元素含量為6~8wt%。

本具體實(shí)施方式在以?shī)W氏體相為主的焊縫金屬凝固時(shí)，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(qū)間，從而有效減少和避免了凝固裂紋的出現(xiàn)。同時(shí)通過(guò)添加0.02~0.04%的氮元素，在焊接過(guò)程中起到固溶強(qiáng)化作用，提高焊縫金屬的強(qiáng)度。此外，雜質(zhì)元素硫與磷的存在，使焊縫金屬產(chǎn)生液化裂紋與再熱裂紋，故本具體實(shí)施方式嚴(yán)格控制硫、磷元素的含量：p≤0.002wt%，s≤0.001wt%。通過(guò)凈化鋼水，將所述全自動(dòng)埋弧焊實(shí)芯焊絲的p和s含量降到最低，避免因p和s偏聚而產(chǎn)生熱裂紋傾向。

本具體實(shí)施方式采用的化學(xué)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(yōu)良的超低溫韌性和足夠的強(qiáng)度；且降低了凝固溫度范圍，避免凝固裂紋的出現(xiàn)，同時(shí)減少或防止液化裂紋及再熱裂紋的產(chǎn)生。

本具體實(shí)施方式所制備的全自動(dòng)埋弧焊實(shí)芯焊絲用于制備lng貯罐的焊接，焊縫金屬形成全奧氏體組織，保證了焊縫金屬優(yōu)良的超低溫韌性，-196℃時(shí)沖擊功akv為60~92j；亦保證了焊縫金屬的機(jī)械性能：屈服強(qiáng)度為425~504mpa，抗拉強(qiáng)度為587~715mpa，延伸率a為31~35%，滿足了用超低溫高錳鋼制造的lng貯罐的力學(xué)性能要求和超低溫韌性的要求。

因此，本具體實(shí)施方式采用的合金元素價(jià)格低、合金成分體系簡(jiǎn)單；制備的所述全自動(dòng)埋弧焊實(shí)芯焊絲形成的焊縫金屬低溫韌性優(yōu)良，強(qiáng)度與制備lng貯罐的超低溫高錳鋼相匹配，滿足了對(duì)所焊接的lng貯罐的強(qiáng)度和超低溫韌性的技術(shù)要求。