CN105813799B - 极低温冲击韧性优异的高强度焊接接头及用于其的电弧焊接用药芯焊丝 - Google Patents

极低温冲击韧性优异的高强度焊接接头及用于其的电弧焊接用药芯焊丝 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种极低温冲击韧性优异的高强度焊接接头及用于其的电弧焊接用药芯焊丝。本发明涉及一种将极低温用高强度高锰钢焊接而获得的焊接接头，所述焊接接头以重量％计，包含0.1～0.61％的C、0.23～1.0％的Si、14～35％的Mn、6％以下的Cr、1.45～3.5％的Mo、0.02％以下的S、0.02％以下的P、0.001～0.01％的B、0.001～0.2％的Ti、0.001～0.3％的N、余量的Fe及不可避免的杂质，所述焊接接头为极低温韧性优异的高强度焊接接头；本发明还涉及一种电弧焊接用药芯焊丝，所述电弧焊接用药芯焊丝以重量％计，包含0.15～0.8％的C，0.2～1.2％的Si，15～34％的Mn，6％以下的Cr，1.5～4％的Mo，0.02％以下的S，0.02％以下的P，0.01％以下的B，0.1～0.5％的Ti，0.001～0.3％的N，4～15％的TiO2，0.01～9％的SiO2、ZrO2及Al2O3中的1种以上，0.5～1.7％的K、Na及Li等碱类元素中的1种以上，0.2～1.5％的F和Ca中的1种以上，余量的Fe及其它不可避免的杂质。

Description

极低温冲击韧性优异的高强度焊接接头及用于其的电弧焊接 用药芯焊丝
技术领域
本发明涉及一种极低温冲击韧性优异的高强度焊接接头及用于其的电弧焊接用药芯焊丝。更详细地，涉及一种在极低温环境下也能够维持为韧性优异的奥氏体相，从而具有优异的低温冲击韧性及常温屈服强度的焊接接头及用于提供其的电弧焊接用药芯焊丝。
背景技术
近年来，因对液化天然气(LNG)需求的暴增，对用于运输保管极低温LNG的运输设备及储罐的需求也正在增加。运输或储藏LNG的罐必然需要由在LNG温度-162℃以下的温度下能够耐冲击的结构形成。为此，作为在极低温下的冲击韧性高的材料所使用的具有代表性的材料为Al，9％Ni钢，不锈钢(以下称STS)。
但Al因低抗张强度低，需要使用厚板，还存在焊接性不良的问题。此外，对于9％Ni钢而言，存在焊接材料(因科镍(Inconel)625材料：含50％以上的Ni和20重量％以上的Cr)的价格昂贵且焊接部的屈服强度低的问题，STS存在价格昂贵，热变形率低且难以确保极低温等问题。
因此，需要开发出一种作为奥氏体稳定化元素，价格低于Ni，且能够确保焊接性的极低温用高锰类焊接接头。
如上所述，为了在极低温区域-196℃以下确保焊接结构物的稳定性，必须要确保显示出27J以上的冲击韧性的焊接接头。但是，目前研究中常温屈服强度虽然为360MPa级，然而现在高锰钢材的常温屈服强度为500～800MPa级，因此在使用360MPa的焊接材料时会引起焊接接头强度低的问题。对于这种结构体而言，由于焊接接头的强度低，因此会以焊接接头为中心进行设计，从而会出现需要钢板具有厚的厚度的问题。
因此，为了解决上述问题，需要显示出400MPa以上的常温屈服强度的焊接材料。作为解决该问题的方法，以往使用Ni及Cr含量高的材料(含50重量％以上的Ni、20重量％以上的Cr)进行确保，但是，不存在合金含量及价格方面显示低水平的焊接材料或焊接接头。
发明内容
要解决的技术问题
因此，本发明一方面的目的在于，提供一种在极低温环境下也能够维持韧性优异的奥氏体相的同时，在焊接时高温裂纹得到防止而具有优异的低温冲击韧性和常温屈服强度的、能够通过埋(submerged)弧焊、药芯焊丝、气体保护金属极弧焊获得的焊接接头。
此外，本发明一方面的目的在于，提供一种用于提供所述焊接接头的电弧焊接用药芯焊丝。
然而，本发明要解决的技术问题并不限定于在上面所提及的技术问题，本领域技术人员根据以下记载可以明确理解上面未提及的其它技术问题。
技术方案
为了实现上述目的，本发明涉及一种极低温韧性优异的高强度焊接接头，其通过将极低温用高强度高锰钢焊接而获得，所述焊接接头以重量％计，包含0.1～0.61％的C、0.23～1.0％的Si、14～35％的Mn、6％以下的Cr、1.45～3.5％的Mo、0.02％以下的S、0.02％以下的P、0.001～0.01％的B、0.001～0.2％的Ti、0.001～0.3％的N、余量的Fe及不可避免的杂质。
此外，优选地，本发明还进一步包含总量在5重量％以下范围的W、Nb及V中的1种以上。
此外，优选地，还进一步包含0.1重量％以下范围的Y及/或REM。
此外，优选地，还进一步包含10重量％以下范围的Ni。
此外，所述高锰钢可以为以Mn24C0.4Cr4Si0.3作为基本组成的高锰钢。
此外，本发明涉及一种高强度和极低温冲击韧性优异的电弧焊接用药芯焊丝，其以重量％计，包含0.15～0.8％的C，0.2～1.2％的Si，15～34％的Mn，6％以下的Cr，1.5～4％的Mo，0.02％以下的S，0.02％以下的P，0.01％以下的B，0.09～0.5％的Ti，0.001～0.3％的N，4～15％的TiO2，总量在0.01～9％的SiO2、ZrO2及Al2O3中的1种以上，总量在0.5～1.7％的K、Na及Li中的1种以上，0.2～1.5％的F和Ca中的1种以上，余量的Fe及其它不可避免的杂质。
此外，优选地，本发明还进一步加入总量在5重量％以下范围的W、Nb及V中的1种以上。
此外，优选地，还进一步加入1重量％以下范围的Y及/或REM。
此外，优选地，还进一步加入10重量％以下范围的Ni。
发明效果
具有上述组成的本发明的焊接接头，在极低温环境下也能够维持为韧性优异的奥氏体相的同时，因焊接时高温裂纹得到防止，从而还具有优异的低温冲击韧性和常温屈服强度，因此，可以有效地用于液化天然气罐(LNG罐)等极低温用容器的焊接。
此外，具有上述组成的本发明的电弧焊接用药芯焊丝，由于可以有效地得到上述的具有低温韧性及常温屈服强度的焊接接头，因此，在极低温区域-196℃以下的情况下，能够确保具有优异冲击韧性的焊接结构物。
优选实施方式
下面，参照各种实施例，更加详细地说明本发明的技术组成。
首先，说明本发明的极低温韧性优异的焊接接头。
本发明的通过将极低温用高强度高锰钢焊接而获得的焊接接头，其以重量％计，包含0.1～0.61％的C、0.23～1.0％的Si、14～35％的Mn、6％以下的Cr、1.45～3.5％的Mo、0.02％以下的S、0.02％以下的P、0.001～0.01％的B、0.001～0.2％的Ti、0.001～0.3％的N、余量的Fe及不可避免的杂质。
以下，对各合金元素的特性及组成范围的临界性意义进行简单的说明。
碳(C)：0.1～0.61重量％
碳是用于确保焊接接头的强度，并且可确保焊接接头的极低温冲击韧性的奥氏体稳定化元素，是现存的最强有力的元素，是本发明所必需的元素。将碳含量的下限限定在0.1重量％也是足够的。但是，当碳含量超过0.61重量％时，焊接时会产生二氧化碳气体等，从而会导致焊接接头产生缺陷，并且，与锰、铬等合金元素结合产生MC、M23C6等的碳化物，从而会存在低温下冲击韧性降低的问题。因此，碳含量优选控制在0.1～0.61重量％。
硅(Si)：0.23～1.0重量％
硅是用于在焊接接头内产生脱氧效果及焊道的铺展性而添加的元素。如果这种硅的含量不充分(不足0.23重量％)，会降低焊接接头的流动性，另一方面，如果硅的含量超过1.0重量％，会引起焊接接头内的偏析等，从而会降低低温冲击韧性，且会对焊接裂纹敏感性产生坏影响。因此，本发明优选将所述硅的含量控制在0.23～1.0重量％。
锰(Mn)：14～35重量％
锰是形成低温稳定相奥氏体的主要元素，是本发明中必须要添加的元素，且比镍价格非常低廉。在锰的含量不足14重量％的情况下，因不能生成充分的奥氏体，从而会导致在极低温下的韧性非常低。另一方面，在锰含量超过35重量％的情况下，会产生过多的偏析，引起高温裂纹，会产生有害的烟雾(Fume)。因此，锰的含量优选控制在14～35重量％。
铬(Cr)：6重量％以下
铬作为铁氧体稳定化元素，通过一定含量的铬可以降低奥氏体稳定化元素的含量。但是，即使不添加铬时，由于在现有的C和Mn的含量高的情况下，基体能够维持为奥氏体，因此Cr含量的下限定为0。另一方面，在铬含量超过6重量％的情况下，会过度产生铬类碳化物，从而会存在极低温韧性降低的问题。因此，优选将铬的含量控制在6重量％以下。
钼(Mo)：1.45～3.5重量％
钼是可以提高基体强度的元素，利用超过1.45重量％的合金时能够显示出400MPa以上的抗张强度。此外，在奥氏体焊接材料中进行施工时，还能够缩小固液共存区间,从而抑制高温裂纹(Crack)的产生。但是，当钼含量超过3.5重量％时，会过度产生钼碳化物，从而会存在降低极低温韧性的缺点。因此，优选将钼含量控制在1.45～3.5重量％。
硫(S)：0.02重量％以下
硫是析出MnS复合析出物的元素，但是其含量超过0.02重量％时，因形成FeS等低熔点化合物，从而会引起高温裂纹而不优选。因此，优选将硫的含量控制在0.02重量％以下。
磷(P)：0.02重量％以下
磷是影响低温韧性的元素，由于其在晶界上生成脆化的磷化合物，因此，优选将其上限控制在0.02重量％。
硼(B)：0.001～0.01重量％
硼显示出偏析在晶界上的特性。偏析的硼起到提高晶界强度的作用，因此可以显示出提高强度的效果。在添加的硼仅为0.001重量％的情况下，也能充分地显示该效果。但添加量为0.01重量％以上时，虽然提高强度的效果大，但会成为导致低温韧性降低的原因。因此，在本发明中优选将所述硼的含量控制在0.001～0.01重量％。
钛(Ti):0.001～0.2重量％
钛以氧化物或氮化物的形态进入到焊接接头中。但这些氧化物或氮化物(或碳氮化物)存在于晶粒内，在高温下凝固时起到成核位点(nuc lei forming sites)的作用，从而会使晶粒变小。此外，氧化物及氮化物(或碳氮化物)在组织内起到提高强度的作用。只添加0.001％的钛也能够显示出提高强度的效果，因此，本发明中将所述钛含量的下限定为0.001重量％。但是在大量含有钛的情况下，会降低冲击韧性，如果超过0.2重量％，虽然强度提升效果大，但会成为导致降低低温韧性降低的原因。考虑到这些方面，本发明中优选将所述钛的含量控制在0.001～0.2重量％范围。
氮(N)：0.001～0.3重量％
氮是与碳表现出同样特性的元素，是与钛一起形成氮化物的元素。只添加0.001重量％也能够与钛一起提高强度，因此，优选包含0.001重量％以上。另一方面，当氮的含量超过0.3重量％时，在焊接接头内容易产生气孔，使得与钛一起生成氮化物的生成量增大，从而会降低极低温冲击韧性，因此，优选将上限控制为0.3重量％。
此外，所述合金成分的范围是能够优选用于本发明的焊接接头的基本成分类，因此，通过添加以下将要说明的合金元素，能够进一步赋予焊接接头更优异的物理性质。
总量在5重量％以下的钨(W)，铌(Nb)及钒(V)中的1种以上
钨(W)，铌(Nb)或钒(V)是提高常温强度的元素，是本发明中可选择性地包含的成分。这些元素在焊接接头内与碳结合而形成碳化物(或碳氮化物)，根据该生成能够发挥出提高常温抗张强度的效果。但是，当其含量超过5重量％时，容易产生裂纹，并且，会成为导致极低温冲击韧性降低的原因。因此，本发明中优选将钨(W)，铌(Nb)及钒(V)中1种以上的总量控制在5重量％以下。
钇(Y)及/或稀土金属(REM)：0.1重量％以下
钇(Y)及/或稀土金属(REM)是本发明中选择性地包含的元素，在高温下生成为氧化物，并通过生成的氧化物在高温下凝固时起到成核位点的作用，从而使奥氏体晶粒变小。但是在超过0.1重量％的情况下，在焊接时会起到引起接头产生缺陷的作用，因此，应将其含量控制在0.1重量％以下。因此，在本发明中更优选将钇(Y)及/或稀土金属(REM)控制在0.1重量％以下。
镍(Ni)：10％以下
镍(Ni)作为在本发明中选择性地包含的元素，是以奥氏体稳定化元素添加的成分。添加镍会急速增加低温冲击韧性，这是由于在焊接接头内能够起到提高焊接接头内的堆垛层错能的作用，由此可增加低温冲击韧性。另一方面，镍不仅是降低强度的元素，还是增加焊接材料价格的元素，因此，更优选维持在10重量％以下。
除了上述组成以外，其余包含Fe及不可避免的杂质。但是，并不能因此而排除其它组成的添加。
此外，本发明的焊接接头可用于在极低温下要求高强度和低温韧性的多种高锰钢中，不限定于特定的焊接母材组成。作为优选的一例，所述高锰钢以Mn24C0.4Cr4Si0.3作为基本组成。
其次，对本发明的高强度和极低温冲击韧性优异的电弧焊接用药芯焊丝进行详细说明。
所述高强度和极低温冲击韧性优异的电弧焊接用药芯焊丝以重量％计，包含0.15～0.8％的C，0.2～1.2％的Si，15～34.0％的Mn，6％以下的C r，1.5～4％的Mo，0.02％以下的S，0.02％以下的P，0.01％以下的B，0.09～0.5％的Ti，0.001～0.3％的N，4～15％的TiO2，总量在0.01～9％的SiO2、ZrO2及Al2O3中的1种以上，总量在0.5～1.7％的K、Na及Li中的1种以上，0.2～1.5％的F和Ca中的1种以上，余量的Fe及其它不可避免的杂质。
以下对各合金元素的特性及组成范围的临界性意义进行简单的说明。
碳(C)：0.15～0.8重量％
碳是用于确保焊接接头的强度，并且可确保焊接接头的极低温冲击韧性的奥氏体稳定化元素，是现存的最强有力的元素，是本发明所必需的元素。在碳含量低的情况下，不能使所有的奥氏体都被稳定化，因此需要维持适当量的碳，将下限控制为0.15重量％。当碳含量超过0.8重量％时，焊接时会产生二氧化碳气体等，从而会导致焊接接头产生缺陷，并且，与锰、铬等合金元素结合产生MC、M23C6等的碳化物，从而会存在低温下冲击韧性降低的问题。因此，在本发明中优选将所述碳的含量控制在0.15～0.8重量％。
硅(Si)：0.2～1.2重量％
如果硅的含量不足0.2重量％，则会使焊接接头内的脱氧效果不充分，并且会降低焊接接头的流动性。另一方面，当硅的含量超过1.2重量％时，会引起焊接接头内的偏析等，从而会降低低温冲击性，且会对焊接裂纹敏感性产生坏影响。因此，在本发明中优选将所述硅的含量控制在0.2～1.2重量％。
锰(Mn)：15.0～34.0重量％
锰为提高加工硬化度的同时，还生成低温稳定相的奥氏体的主要元素，因此是必须包含在本发明焊丝中的成分。并且，与碳一起起到碳化物生成元素的作用，与镍类似地，起到奥氏体稳定化元素的作用。
如果锰含量不足15.0重量％，会因没有生成充分的奥氏体而导致低温冲击韧性降低，另一方面，当锰的含量超过34.0重量％时，由于焊接时会产生大量的烟雾，因此，优选将其含量控制在15.0～34.0重量％范围。
铬(Cr)：6.0重量％以下
铬为铁氧体稳定化元素，通过添加一定含量的铬可以降低奥氏体稳定化元素的含量。此外，铬在MC、M23C6等碳化物的生成上起到核心成分的作用。即，添加一定量的铬，不仅能够得到更高水平的析出硬化度，由于还可以降低奥氏体稳定化元素的含量，因此，优选添加一定量的铬成分，但不是必须要添加的元素。同时，铬是强有力的抗氧化元素，具有应对外部的氧化氛围的提高氧化度的优点。
另一方面，铬含量超过6.0重量％时，在引起价格上升的同时，会因析出相而导致极低温冲击韧性急速下降。因此，优选将铬的含量控制在6.0重量％以下。
钼(Mo)：1.5～4.0重量％
钼是可以提高焊接接头强度的元素，在本发明中，在焊接材料内添加1.5重量％以上的合金的情况下，焊接接头的抗张强度显示为400MPa以上。此外，在奥氏体焊接材料中进行施工时，还能够缩小固液共存区间，从而抑制高温裂纹的产生。但是，当钼含量超过4.0重量％时，焊接接头内会过度生成钼碳化物，从而会有降低极低温韧性的缺点。因此，优选将钼的含量控制在1.5～4.0重量％。
磷(P)：0.02重量％以下
磷是焊接时造成高温裂纹的不纯元素，因此，优选在可能的限度内尽量进行控制。因此，在高温中，为了防止裂纹，优选将其含量控制在0.02％以下。
硫(S)：0.02重量％以下
硫与磷一样，是在焊接时造成高温裂纹的不纯元素，因此，优选在可能的限度内尽量进行控制。如果其含量超过0.02重量％时，会形成FeS等的低熔点化合物，从而会引起高温裂纹，因此不优选。因此为了防止在高温下引起裂纹，硫的含量优选控制在0.02重量％以下。
硼(B)：0.01重量％以下
硼显示出偏析到焊接接头内晶界上的特性。偏析的硼起到提高晶界强度的作用，因此可以显示出提高强度的效果。在添加的硼仅为0.001重量％的情况下，也能充分地显示该效果。但添加量超过0.01重量％时，虽然在焊接接头内提高强度的效果大，但会成为导致低温韧性降低的原因。因此，优选将其上限控制为0.01重量％。
钛(Ti)：0.09～0.5重量％
钛在焊接时起到电弧稳定性及氧化材料的作用，是增加焊接接头清洁度的元素。另一方面，焊接完成后在焊接接头内回收的钛生成氧化物及氮化物(或碳氮化物)，从而钛还是提高焊接接头强度的元素，因此，优选以0.09％以上的含量添加钛。但是，该钛在焊接后大量包含在焊接接头内时，会降低冲击韧性，因此，当其含量超过0.5重量％时，虽然提高强度的效果大，但是会成为导致低温韧性降低的原因。因此，优选将其上限控制为0.5重量％。
氮(N)：0.001～0.3重量％
氮为在添加时提高耐蚀性的同时，还使奥氏体稳定化的成分，是与碳具有几乎类似物理性质的元素。因此，所述氮成分可以直接代替碳成分，添加少量也能确认到该效果。但在其含量超过0.3重量％时，冲击韧性会大大降低，因此，在本发明中优选将氮含量控制在0.001～0.3重量％。
二氧化钛(TiO2)：4～15重量％
二氧化钛是熔渣形成剂，其在液态的焊接接头凝固之前凝固，以使得能够实施全位置焊接，从而能够抑制液态的焊接接头流下。为了达到该效果，在本发明中优选添加4重量％以上。但其含量超过15重量％时，焊接接头内的氧化物含量会急速增加，从而存在极低温冲击韧性降低的缺点。因此，在本发明中优选将TiO2的含量控制在4～15重量％。
总量在0.01～9.0重量％的SiO2、ZrO2及Al2O3中的1种以上
SiO2、ZrO2及Al2O3中的1种以上的总量不足0.01重量％时，会使渣的熔敷性及剥离性和弧的稳定性变差，从而关于导致全位置操作性和焊珠的形成变差。另一方面，在超过9.0重量％时，熔融炉熔渣的量会急速增加，且熔渣的粘性也会增加，从而会导致全位置焊接性和焊珠形态变差。同时，硅、铝等转变为堆焊金属的量增加，从而会降低冲击韧性。
考虑到上述问题，在本发明中优选将SiO2、ZrO2及Al2O3中的1种以上的总量控制在0.01～9.0重量％。
总量在0.5～1.7重量％的钾(K)、钠(Na)及锂(Li)中的1种以上
所述碱金属在焊接中降低电弧的电离电位，从而使电弧的产生变得容易，在焊接中可维持稳定的电弧。所述碱金属需要添加0.5重量％以上，才能明显显示出该效果。但是，如果其含量超过1.7重量％时，会因高的增气压而产生过多的焊接烟雾。在此，碱金属可以包含钾(K)、钠(Na)及锂(Li)类碱金属中的中1种或2种以上，在本发明中，所述碱金属的添加效果与各个含量比无关。
氟(F)及/或钙(Ca)：0.2～1.5重量％
本发明的焊丝，当在碱金属类和碱金属类氟化合物中，进一步添加氟(F)及/或钙(Ca)时，能够更加提升本发明的效果。随着所述氟化合物添加到焊丝内部的量为0.2重量％以上，在高温电弧下，使氟产生在电弧中，从而使其在焊接中与氢气反应而引起脱氢反应，由此可有效降低扩散性氢气。但超过1.5重量％时，会因高的蒸汽压特性而产生过多的焊接烟雾，在以TiO2作为主要熔渣成分的金红石类中使焊池的熔渣粘度过度减少，从而形成不稳定的珠。因此优选将其含量控制在0.2～1.5重量％。
此外，所述合金成分范围是能够优选用于本发明焊丝中的基本成分类，因此，通过添加以下将要说明的合金元素，能够进一步赋予焊接材料更优异的物理性质。
总量在5重量％以下的钨，Nb及钒中的1种以上
钨(W)，铌(Nb)或钒(V)是提高常温强度的元素，这些元素在焊接接头内与碳结合而形成碳化物(或碳氮化物)，根据该生成能够发挥出提高常温抗张强度的效果。但是，当它们的总量超过5重量％时，容易产生裂纹，并且，会成为导致极低温冲击韧性降低的原因。因此，本发明中优选将它们的添加量控制在5重量％以下。
钇(Y)及/或稀土金属(REM)：1重量％以下
钇(Y)及/或REM在焊接时起到强氧化剂的作用，同时也是提高电弧稳定性的元素。另一方面，在焊接接头内生成为氧化物，并通过生成的氧化物在高温下凝固时起到成核位点的作用，从而使奥氏体晶粒变小。但是其含量超过1重量％时，在焊接时会起到引起接头产生缺陷的作用，因此，应将其含量控制在1重量％以下。因此，在本发明中更优选将钇(Y)及/或稀土类金属(REM)控制在1重量％以下的范围。
镍(Ni)：10％以下
镍是作为奥氏体稳定化元素来添加的元素。添加镍会急速增加焊接接头的低温冲击韧性，这是由于镍在焊接接头部起到提高堆垛层错能的作用。但是另一方面，镍也是降低强度的元素，也是提高焊接材料价格的元素，因此更优选将其含量维持在10重量％以下。
除了上述组成以外，其余包含Fe及不可避免的杂质。但是，并不能因此而排除其它组成的添加。
以下，通过优选实施例对本发明进行详细说明。但需要注意的是，下述实施例仅是为了例示本发明丙更加详细地说明本发明的实施例，并不是为了限定本发明的权利范围。因为本发明的权利范围由记载在权利要求书中的事项及由此可以合理地推导出的事项所决定。
具体实施方式
(实施例1)
准备直径为1.2mm的电弧焊接用药芯焊丝。这时，所使用的电弧焊接用药芯焊丝的组成为：以重量％计，使其包含0.15～0.8％的C，0.2～1.2％的Si，15～34％的Mn，6％以下的Cr，1.5～4％的Mo，0.02％以下的S，0.02％以下的P，0.01％以下的B，0.09～0.5％的Ti，0.001～0.3％的N，4～15％的TiO2，总量在0.01～9％的SiO2、ZrO2及Al2O3中的1种以上，总量在0.5～1.7％的K、Na及Li中的1种以上，0.2～1.5％的F和Ca中的1种以上，余量的Fe及其它不可避免的杂质，根据需要，使其包含5重量％以下的W、Nb及V中的1种以上，1重量％以下的REM，以及10％以下的Ni。
利用所述焊接用焊丝，并利用以Mn24C0.4Cr4Si0.3为基本组成的极低温高锰钢为焊接母材进行焊接。这时，焊接实施条件为：在100％的CO2保护气体下实施，用直流电(DC)大约在290A左右，30V左右，31CPM左右，且热输入量大约为1.7KJ/mm的条件下实施。此外，层间温度不足150℃，预热温度以仅去除湿气的温度条件，即在100℃左右的条件下实施。
分析通过上述焊接所得到的焊接接头的合金组成，并将其结果显示在下述表1中。并测定根据焊接接头组成的焊接接头的低温韧性和抗张强度，其结果也显示在表1中。具体地，为了评价焊接接头的机械特性，实施了沙尔皮冲击试验(-196℃)，并将其结果显示在表1中。此外，测定了所述焊接接头的抗张强度(MPa)并显示在下述表1中。
表1
如上述表1所示，可知焊接接头的合金组成满足本发明范围的发明例1-3的焊接接头的低温韧性为28J以上且抗张强度也超过400MPa。
另一方面，Cr的含量过多的比较例1，其抗张强度虽然高，但低温韧性为14J，不佳。且C含量过多的比较例2，在焊接后得到的焊接接头内部产生了裂纹，Si含量过多的比较例3，在焊接接头内部形成了气孔。
(实施例2)
准备直径为4.0mm的埋弧焊接用药芯焊丝。这时，所使用的埋弧焊接用药芯焊丝组成为：以重量％计，包含0.15～0.8％的C、0.5～1.5％的Si、15～32％的Mn、5.5％以下的Cr、1.5～3％的Mo、0.025％以下的S、0.025％以下的P、0.01％以下的B、0.05～1.2％的Ti、0.005～0.5％的N、余量的Fe及其它不可避免的杂质、根据其它需要，添加了总量在6重量％以下的钨W、Nb及V中的1种以上，1重量％以下的稀土金属REM，以及10重量％以下的Ni。
利用所述焊接用焊丝，并利用以Mn24C0.4Cr4Si0.3为基本组成的极低温高锰钢为焊接母材进行焊接。焊接时使用了基于氧化铝的焊剂。此外，焊接实施条件为：用直流电大约在600A左右，32V左右，29CPM左右，且热输入量大约为4.0KJ/mm的条件下实施。此外，层间温度不足150℃，预热温度以仅去除湿气的温度条件，即在100℃左右的条件下实施。
分析通过上述焊接所得到的焊接接头的合金组成，并将其结果显示在下述表2中。并测定根据焊接接头组成的焊接接头的低温韧性和抗张强度，其结果也显示在表2中。具体地，为了评价焊接接头的机械特性，实施了沙尔皮冲击试验(-196℃)，并将其结果显示在表2中。此外，测定了所述焊接接头的抗张强度(MPa)并显示在下述表2中。
表2
如上述表2中所示，可知焊接接头的组成成分满足本发明范围的发明例1-7的接接头的低温韧性为27J以上且抗张强度也超过了400MPa。
另一方面，Cr含量或B含量高的比较例1-2，其抗张强度虽然高，但低温韧性为25J以下，不佳。且Mo的含量过少的比较例3，低温韧性虽然好，但抗张强度是400MPa以下，不佳。并且C，P及S的含量过多的比较例4，焊接接头内部产生了裂纹，C和Si含量过多的比较例5，在焊接接头内部也产生了裂纹。
此外，氮含量过多的比较例6和过多地包含碳和稀土类金属元素的比较例7，焊接后得到的焊接接头内部形成了气孔。
(实施例3)
准备直径为1.2mm的气体保护金属极电弧焊接用焊丝。此时所使用的气体保护金属极电弧焊接用焊丝的组成与实施例2中的埋弧焊接用药芯焊丝相同。
利用所述焊接用焊丝，利用以Mn24C0.4Cr4Si0.3为基本组成的极低温高锰钢为焊接母材进行焊接。此时，焊接实施条件为：用直流电大约在200A左右，30V左右，40CPM左右，且热输入量大约为0.9KJ/mm的条件下实施。此外，层间温度不足150℃，预热温度以仅去除湿气的温度条件，即在100℃左右的条件下实施。
分析通过上述焊接所得到的焊接接头的合金组成，并将其结果显示在下述表3中。并测定根据焊接接头组成的焊接接头的低温韧性和抗张强度，其结果也显示在表3中。具体地，为了评价焊接接头的机械特性，实施了沙尔皮冲击试验(-196℃)，并将其结果显示在表3中。此外，测定了所述焊接接头的抗张强度(MPa)并显示在下述表3中。
表3
如上述表3所示，焊接接头组成成分满足本发明范围的发明例1-4，可知焊接接头的低温韧性为31J以上，且抗张强度也超过400MPa。
另一方面，B含量过多的比较例1，抗张强度虽然良好，但低温韧性为24J，不佳。Mo含量过少的比较例2，低温韧性虽然良好，但抗张强度为392.1MPa，不佳。
此外，N含量过多的比较例3中，焊接后得到的焊接接头部内部形成了气孔。
(实施例4)
准备如表4中所示的直径为1.2mm的电弧焊接用药芯焊丝。利用所述焊接用焊丝，并利用以Mn24C0.4Cr4Si0.3为基本组成的极低温高锰钢为焊接母材进行焊接。这时，焊接实施条件为：在100％的CO2保护气体下实施，用直流电大约在290A左右，30V左右，31CPM左右，且热输入量大约为1.7KJ/mm的条件下实施。此外，层间温度不足150℃，预热温度以仅去除湿气的温度条件，即在100℃左右的条件下实施。
表4
*上述表中，A1～A6分别表示表示V+Nb+W的总量、REM的总量、TiO2、SiO2+ZrO2+Al2O3的总量、K+Na+Li的总量、F+Ca的总量。
如上所述，为了评价焊接的焊接接头的机械特性，实施了沙尔皮冲击试验(-196℃)，并将其结果(J)显示在上述表4中。此外，测定了所述焊接接头的抗张强度(MPa)并显示在上述表4中。此外，所述物理性质测定标准基于韩国行业标准(KS)试验规格，并用肉眼评价了焊接性。
如上述表4中所示，电弧焊接用药芯焊丝的组成成分满足本发明的发明例1-7，焊接性均优异，低温冲击韧性为27J以上，且具有400MPa以上的抗张强度，从而可知焊接接头的机械特性优异。
另一方面，Cr添加量过多的比较例1，低温冲击韧性为14J，较差；B，Ti含量脱离本发明范围的比较例2的低温冲击韧性也差。且Mo含量脱离本发明范围的比较例3的低温韧性虽然优异，但抗张强度为396.08MPa，不佳。
此外，P、S含量或Si、Ti含量脱离本发明范围的比较例4-5，得到的焊接接头内部形成了裂纹，N含量或Ti含量等脱离了本发明范围的比较例6-7在焊接接头内部形成了气孔。
此外，TiO2含量，SiO2+ZrO2+Al2O3含量，K+Na+Li含量或F+Ca含量脱离了本发明范围的比较例8-10，焊接时在高温下产生了裂纹，因此不能进行焊接本身。
参考以上实施例对本发明进行了说明，但本领域技术人员应当理解，在不脱离下述的权利要求范围内记载的本发明的思想及范围内，可以对本发明进行多种修改及变更。

Claims (8)

1.一种高强度和极低温冲击韧性优异的电弧焊接用药芯焊丝，其特征在于，其以重量％计，包含0.15～0.8％的C，0.2～1.2％的Si，15～34％的Mn，6％以下的Cr，1.5～4％的Mo，0.02％以下的S，0.02％以下的P，0.01％以下但排除0％的B，0.09～0.5％的Ti，0.001～0.3％的N，4～15％的TiO2，总量为0.01～9％的SiO2、ZrO2及Al2O3中的1种以上，总量为0.5～1.7％的K、Na及Li中的1种以上，0.2～1.5％的F和Ca中的1种以上，总量为5重量％以下的W、Nb及V中的1种以上，余量的Fe及其它不可避免的杂质。
2.如权利要求1所述的高强度和极低温冲击韧性优异的电弧焊接用药芯焊丝，其特征在于，其还进一步包含1重量％以下的REM。
3.如权利要求1所述的高强度和极低温冲击韧性优异的电弧焊接用药芯焊丝，其特征在于，其还进一步包含10重量％以下的Ni。
4.通过使用权利要求1所述的高强度和极低温冲击韧性优异的电弧焊接用药芯焊丝以及通过焊接极低温用高强度高锰钢获得的高强度焊接接头，其特征在于，所述焊接接头以重量％计，包含0.1～0.61％的C、0.23～1.0％的Si、14～35％的Mn、6％以下的Cr、1.52～3.5％的Mo、0.02％以下的S、0.02％以下的P、0.001～0.01％的B、0.001～0.2％的Ti、0.001～0.3％的N、余量的Fe及不可避免的杂质。
5.如权利要求4所述的高强度焊接接头，其特征在于，其还进一步包含总量为5重量％以下的W、Nb及V中的1种以上。
6.如权利要求4所述的高强度焊接接头，其特征在于，其还进一步包含0.1重量％以下的REM。
7.如权利要求4所述的高强度焊接接头，其特征在于，其还进一步包含10重量％以下的Ni。
8.如权利要求4所述的高强度焊接接头，其特征在于，所述高锰钢以Mn24C0.4Cr4Si0.3作为基本组成。
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