CN108907504B - 一种适用于超低温高锰钢的金属粉芯药芯焊丝及焊接方法 - Google Patents
一种适用于超低温高锰钢的金属粉芯药芯焊丝及焊接方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开的一种适用于高锰超低温钢的金属粉芯药芯焊丝,其化学组分是:中碳锰铁90~93wt%;75#硅铁0.11~0.16wt%;铬金属粉4~6wt%;镍粉2.6~3.5wt%;稳弧剂0.02~0.2wt%,余量为Fe和不可避免的杂质。使用上述焊丝进行焊接的方法为TIG焊,坡口类型为“V”型,焊接电流190‑210A;焊接电压22‑24V;焊接速度18cm/min。该焊丝大幅降低Ni的含量,降低了材料的成本。本发明合金元素含量较低、合金成分体系简单;所形成的焊缝金属具有低温韧性优良,强度能与超低温高锰钢相匹配,满足了对所焊接制备的LNG等设备的强度和超低温韧性的技术要求。
Description
技术领域
本发明涉及焊丝及焊接方法,特别涉及一种适用于超低温高锰钢的金属粉芯药芯焊丝及焊接方法。
背景技术
液化天然气(LNG)作为一种清洁、高效的能源,其产业发展受到各个国家的重视,然而其储存运输条件却十分苛刻(通常在-163℃)。9Ni钢作为LNG储运领域的重要材料,其配套焊材开发已经比较成熟,但由于Ni等昂贵合金材料的使用量较高(焊材Ni含量甚至高于50%),导致钢板和配套焊材成本难以降低。
超低温高锰钢因在极低温条件下可以保持理想的性能,被视为第二代LNG储罐用新材料。但目前,国内并无相关配套焊材,限制了25Mn钢的应用。
发明内容
发明目的:本发明目的是提供一种适用于高锰超低温钢的金属粉芯药芯焊丝,包括钢带外皮和包裹在内的金属粉芯,焊后所形成的焊缝无熔渣,并保证焊缝金属拉伸性能、屈服性能及延伸率优异,特别是在-196℃超低温环境下仍具有良好的韧性。
技术方案:本发明所述一种适用于高锰超低温钢的金属粉芯药芯焊丝,化学组分是:中碳锰铁90~93wt%;75#硅铁0.11~0.16wt%;铬金属粉4~6wt%;镍粉2.6~3.5wt%;稳弧剂0.02~0.2wt%,余量为Fe和不可避免的杂质。所述焊丝外部钢带中C≤0.08wt%、Fe≥90wt%。所述金属粉芯在金属粉芯药芯焊丝中含量为10-30wt%。
进一步地,所述中碳锰铁中的锰质量百分比大于80%。所述稳弧剂为氧化钠和氧化钾的混合物。
本发明所述的适用于高锰超低温钢的金属粉芯药芯焊丝的焊接方法,采用TIG焊,保护气体是纯度为99.99%的Ar气,焊接电流190-210A;焊接电压22-24V;焊接速度18cm/min。
上述部分成分含量的限定理由如下:
考虑S、P元素的不利影响,本发明钢带外皮严格控制S、P含量:P≤0.005wt%和S≤0.005wt%,避免焊缝金属出现液化裂纹与再热裂纹。
考虑稳弧性,添加氧化钠和氧化钾的混合物、二氧化钛等作为稳弧剂,添加量为0.02-0.2wt%。
有益效果:本发明焊丝采用的化学成分体系采用高Mn含量设计,同时,大幅降低Ni的含量,从而显著降低了材料的成本;本发明焊丝较实芯焊丝焊缝成形好,且操作更加容易;本发明焊丝用于焊接超低温高锰钢,焊缝金属形成全奥氏体组织,保证了焊缝金属的机械性能,所形成的焊缝金属具有良好的强度、塑性和韧性配合,特别是在-196℃的超低温环境下具有良好韧性。
具体实施方式
实施例1
本实施例的用于超低温高锰钢TIG焊的金属粉芯药芯焊丝,药芯的化学成分是:中碳锰铁90wt%,其中,中碳锰铁中的锰质量百分比为81%;75#硅铁0.11wt%;铬金属粉4wt%;镍粉2.6wt%;氧化钠和氧化钾的混合物0.02wt%,余量为Fe和不可避免的杂质。金属粉芯质量占金属粉芯药芯焊丝总质量的10%。
本实施例的焊接方法采用TIG焊,Ar气流量为20-25L/min。焊接电流190-210A,焊接电压22-24V,焊接速度18cm/min。
本实施例的金属粉芯药芯焊丝直径为Φ2.4mm,是经装粉、钢带压制封闭成型、拉拔(酸洗)后层绕制而成。
焊接试板为20mm厚的25Mn超低温钢。
25Mn超低温钢的试板坡口型式为V型,单侧坡口角度为30°。
所述25Mn超低温钢的化学组分是:C为0.43wt%,Si为0.20wt%,Mn为23.8wt%,N为0.04wt%,该25Mn超低温钢的力学性能是:抗拉强度为800MPa,屈服强度为440MPa,延伸率A=37%;-196℃时冲击功Akv=120J。
对本实施例焊后形成的焊缝金属显微组织及力学性能进行检测分析:焊缝金属为全奥氏体组织;没有凝固裂纹及再热裂纹产生;焊缝金属的屈服强度为440MPa,抗拉强度为660MPa,伸长率A=40%,-196℃时冲击功Akv=80J。
实验结果表明:采用本实施例所制备的钨极氩弧焊实芯焊丝,经钨极氩弧焊焊接后,焊缝金属的力学性能完全满足超低温25Mn钢的技术要求,焊接接头满足用25Mn超低温钢制备的LNG贮罐的技术要求。
实施例2
本实施例的用于超低温高锰钢TIG焊的金属粉芯药芯焊丝,与实施例1的区别在于:所述金属粉芯药芯焊丝,药芯的化学成分为:中碳锰铁为93wt%,硅铁0.16wt%,铬金属粉6wt%,镍粉3.5wt%,二氧化钛0.2wt%余量为Fe和不可避免的杂质。其中,中碳锰铁中的锰质量百分比为82%。金属粉芯质量占金属粉芯药芯焊丝总质量的30%。
对本实施例焊后的焊缝金属显微组织及力学性能进行检测分析:焊缝金属为全奥氏体组织,没有凝固裂纹及再热裂纹产生;焊缝金属的屈服强度为450MPa,抗拉强度为680MPa,伸长率A=30%,-196℃时冲击功平均值Akv=71J。
实验结果表明:采用本实施例所制备的钨极氩弧焊实芯焊丝,经钨极氩弧焊焊接后,焊缝金属的力学性能完全满足超低温25Mn钢的技术要求,焊接接头满足用25Mn超低温钢制备的LNG贮罐的技术要求。
因此,本发明合金元素含量价格低、合金成分体系简单;所形成的焊缝金属成形好,焊接操作简单。焊缝金属低温韧性优良,强度能与超低温高锰钢相匹配,满足了对所焊接制备的LNG的强度和超低温韧性的技术要求。
Claims (5)
1.一种适用于超低温高锰钢的金属粉芯药芯焊丝,其特征在于:药芯的化学成分是:中碳锰铁90~93wt%;75#硅铁0.11~0.16wt%;铬金属粉4~6wt%;镍粉2.6~3.5wt%;稳弧剂0.02~0.2wt%,余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的适用于超低温高锰钢的金属粉芯药芯焊丝,其特征在于:所述中碳锰铁中的锰质量百分比大于80%。
3.根据权利要求1所述的适用于超低温高锰钢的金属粉芯药芯焊丝,其特征在于:所述稳弧剂为氧化钠和氧化钾的混合物。
4.一种适用于超低温高锰钢的焊接方法,其特征在于:所述焊接方法采用权利要求1-3任一项所述金属粉芯药芯焊丝,所述焊接方法采用TIG焊。
5.根据权利要求4所述的适用于超低温高锰钢的焊接方法,其特征在于:焊接工艺参数为:焊接电流190-210A,焊接电压22-24V,焊接速度18cm/min。
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