CN111590238A - 一种深冷环境用节Ni低温钢埋弧焊焊丝及焊接工艺 - Google Patents

一种深冷环境用节Ni低温钢埋弧焊焊丝及焊接工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种深冷环境用节Ni低温钢埋弧焊焊丝及焊接工艺，涉及技术领域，其化学成分及质量百分比如下：C：0.01%～0.10%，Mn：2.0%～4.5%，Si：0.10%～0.20%，S≤0.01%，P≤0.02%，Ni：9.0%～15.0%，Cr：10.0%～16.0%，Mo≤0.01%，V≤0.01%，余量为Fe及不可避免杂质。通过合理的焊接工艺和配套的焊接材料，保证焊接接头抗拉强度Rm≥530MPa、焊缝及热影响区‑101℃冲击功KV2≥34J、焊接接头侧弯d=4a，180°合格，焊接接头具有优良的力学综合性能。

Description

一种深冷环境用节Ni低温钢埋弧焊焊丝及焊接工艺
技术领域
本发明涉及钢铁冶炼技术领域，特别是涉及一种深冷环境用节Ni低温钢埋弧焊焊丝及焊接工艺。
背景技术
随着国际形势变化及能源对经济产生深渊影响，国内石油、化工等能源行业发展与危机并存。液化石油气、液态甲醇等的运输和储存设备需求旺盛，这将给低温服役条件下能源生产及存储设备等制造行业提供广阔的市场及发展机遇，同时对低温用钢的需求与日俱增。
目前，Ni系低温钢广泛应用于低温容器的生产制造中。金属Ni具有提高钢材低温韧性的特点，但其昂贵的价格以及我国镍资源贫乏的现状给Ni系低温钢的可持续应用带来一定的影响。随着全球范围内能源及资源需求的日益增长，实现钢材的减量化及低成本成为钢铁行业的一个重要发展方向。
随着钢铁工业技术及工艺的日益成熟，以“Mn代Ni”的技术思路和工业化生产在低温钢中得到了发展和实践。在低温钢的成分设计中通过便宜的金属Mn代替昂贵的金属Ni，在降低生产成本的同时保证了低温韧性，从而实现既合理利用资源，节约贵金属的使用，又有效降低钢材成本的可持续化生产，成为近年来新型低温钢研发的热点和趋势。
如一种低成本的节Ni型低温钢，Ni含量仅0.85％～1.25％，通过Q(DQ)-L-T热处理工艺，获得了以贝氏体+残余奥氏体为主的显微组织，保证屈服强度达到355MPa、抗拉强度达到490MPa的同时，实现了-101℃时不低于80J的优良的冲击韧性，从力学性能上完全达到3.5Ni低温钢的要求。该低温钢可用于低温储罐和运输容器等的建造中，连接方式通过传统的焊接技术完成。然而，该新型低温钢是否有较宽的焊接工艺窗口，接头性能特别是焊接接头的低温冲击韧性等能否达到标准或用户要求，成为该钢种进入市场的第一道门槛。由此可见，找到一种适用于低成本节Ni低温钢的埋弧焊焊接工艺，保证焊接接头力学性能满足要求，对于结构安全使用具有重要的现实意义。
发明内容
为了解决以上技术问题，本发明提供一种深冷环境用节Ni低温钢埋弧焊焊丝，其化学成分及质量百分比如下：C：0.01％～0.10％，Mn：2.0％～4.5％，Si：0.10％～0.20％，S≤0.01％，P≤0.02％，Ni：9.0％～15.0％，Cr：10.0％～16.0％，Mo≤0.01％，V≤0.01％，余量为Fe及不可避免杂质。
技术效果：本发明设计的适用于深冷环境下低成本节Ni型低温钢的埋弧焊焊丝，保证了焊缝金属与母材尽可能匹配，确保焊缝-101℃低温冲击韧性≥34J，焊丝抗拉强度≥530MPa。
本发明进一步限定的技术方案是：
前所述的一种深冷环境用节Ni低温钢埋弧焊焊丝，适用于如下化学成分及质量百分比的钢板：C：0.03％～0.08％，Si：0.05％～0.20％，Mn：0.85％～1.75％，Ni：0.85％～1.25％，Mo≤0.20％，Al：0.015％～0.06％，P≤0.010％，S≤0.002％，余量为Fe和不可避免的杂质。
前所述的一种深冷环境用节Ni低温钢埋弧焊焊丝，适用于厚度20～35mm的钢板。
前所述的一种深冷环境用节Ni低温钢埋弧焊焊丝，焊丝直径Φ1.2～4.0mm。
本发明的另一目的在于提供一种深冷环境用节Ni低温钢埋弧焊焊丝的焊接工艺：
坡口形式：对称X型坡口，角度为52～62°；
焊前不预热，层间温度≤120℃，反面焊接前进行清根处理；
采用埋弧焊焊接工艺。
前所述的一种深冷环境用节Ni低温钢埋弧焊焊丝的焊接工艺，坡口钝边尺寸为0～2mm，坡口装配留0～3mm间隙。
前所述的一种深冷环境用节Ni低温钢埋弧焊焊丝的焊接工艺，焊接电流350～450A，电弧电压25～37V，焊接速度28～38cm/min，焊接热输入18～36kJ/cm。
本发明的有益效果是：
(1)本发明适用的钢板屈服强度≥355MPa，抗拉强度≥490MPa，延伸率≥22％，-101℃冲击功KV2≥80J，针对此类钢板设计焊丝和焊接工艺，从而保证焊缝金属和热影响区的组织和力学性能；
(2)本发明采用的焊丝和焊接工艺获得的焊接接头综合力学性能优良，焊缝及热影响区-101℃冲击功KV2≥34J、抗拉强度Rm≥490MPa、焊接接头侧弯d＝4a，180°合格；
(3)本发明采用的焊接工艺形成的焊接接头获得了良好的综合力学性能，可适用于20～35mm厚节Ni型低温钢钢板的生产焊接，具有易操作、适用环境广、经济性高等优点。
附图说明
图1为本发明的焊接坡口示意图。
具体实施方式
以下实施例均适用钢板：C：0.03％～0.08％，Si：0.05％～0.20％，Mn：0.85％～1.75％，Ni：0.85％～1.25％，Mo≤0.20％，Al：0.015％～0.06％，P≤0.010％，S≤0.002％，余量为Fe和不可避免的杂质。
实施例1
本实施例提供的一种深冷环境用节Ni低温钢埋弧焊焊接工艺，
钢板厚度20mm，焊接试板组合为20mm+20mm，试板尺寸为600mm(轧制方向)×180mm(板宽方向)×20mm(厚度)。母材性能：屈服强度≥390MPa，抗拉强度≥490MPa，延伸率≥22％，-101℃冲击功KV2≥80J。
采用的焊丝直径为Φ2.0mm，化学成分及重量百分比为：C：0.05％，Mn：2.6％，Si：0.13％，S:0.001％，P:0.009％，Ni：13.8％，Cr：10.5％，Mo:0.005％，V:0.001％，余量为Fe及不可避免杂质。
焊丝坡口型式为X型坡口，坡口角度为53°，无钝边，坡口装配间隙为0.5mm；焊前不预热，层间温度80～110℃；反面焊接前进行砂轮机清根处理，根部成金属光泽；采用多丝埋弧焊焊接工艺，焊接电流381A，电弧电压30V，焊接速度38cm/min，焊接热输入量18kJ/cm。
实施例2
本实施例提供的一种深冷环境用节Ni低温钢埋弧焊焊接工艺，
钢板厚度20mm，焊接试板组合为26mm+26mm，试板尺寸为600mm(轧制方向)×180mm(板宽方向)×26mm(厚度)。母材性能：屈服强度≥390MPa，抗拉强度≥490MPa，延伸率≥22％，-101℃冲击功KV2≥80J。
采用的焊丝直径为Φ2.0mm，化学成分及重量百分比为：C：0.05％，Mn：2.6％，Si：0.13％，S:0.001％，P:0.009％，Ni：13.8％，Cr：10.5％，Mo:0.005％，V:0.001％，余量为Fe及不可避免杂质。
坡口型式为X型坡口，坡口角度为58°，钝边为1mm，坡口装配间隙为1mm；焊前不预热，层间温度80～110℃；反面焊接前进行砂轮机清根处理，根部成金属光泽；采用多丝埋弧焊焊接工艺，焊接电流420A，电弧电压35V，焊接速度35cm/min，焊接热输入量25kJ/cm。
实施例3
本实施例提供的一种深冷环境用节Ni低温钢埋弧焊焊接工艺，
钢板厚度35mm，焊接试板组合为35mm+35mm，试板尺寸为600mm(轧制方向)×180mm(板宽方向)×35mm(厚度)。母材性能：屈服强度≥390MPa，抗拉强度≥490MPa，延伸率≥22％，-101℃冲击功KV2≥80J。
采用的焊丝直径为Φ2.4mm，化学成分及重量百分比为：C：0.05％，Mn：2.7％，Si：0.11％，S:0.001％，P:0.008％，Ni：14.3％，Cr：11.6％，Mo:0.005％，V:0.001％，余量为Fe及不可避免杂质。
坡口型式为X型坡口，坡口角度为60°，钝边为1mm，坡口装配间隙为2mm；焊前不预热，层间温度90～120℃；反面焊接前进行砂轮机清根处理，根部成金属光泽；采用多丝埋弧焊焊接工艺，焊接电流450A，电弧电压36V，焊接速度28cm/min，焊接热输入量35kJ/cm。
对实施例1、实施例2、实施例3的焊接接头进行力学性能测试，结果如下表所示：
Figure BDA0002512787640000041
可以看出，实施例获得的焊接接头的综合力学性能优良，焊接接头抗拉强度Rm≥520MPa，焊接接头侧弯d＝4a、180°合格，焊缝及热影响区-101℃冲击功KV2≥46J。
本发明设计的焊丝和焊接工艺，实施方式简单，适用性很强，为低成本节Ni型低温钢在替代3.5Ni钢、广泛用于深冷环境下使用的存储运输设备建造中，提供了低成本高性能选材的一个新方向。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种深冷环境用节Ni低温钢埋弧焊焊丝，其特征在于：其化学成分及质量百分比如下：C：0.01%～0.10%，Mn：2.0%～4.5%，Si：0.10%～0.20%，S≤0.01%，P≤0.02%，Ni：9.0%～15.0%，Cr：10.0%～16.0%，Mo≤0.01%，V≤0.01%，余量为Fe及不可避免杂质。
2.根据权利要求1所述的一种深冷环境用节Ni低温钢埋弧焊焊丝，其特征在于：适用于如下化学成分及质量百分比的钢板：C：0.03%～0.08%，Si：0.05%～0.20%，Mn：0.85%～1.75%，Ni：0.85%～1.25%，Mo≤0.20%，Al：0.015%～0.06%，P≤0.010%，S≤0.002%，余量为Fe和不可避免的杂质。
3.根据权利要求2所述的一种深冷环境用节Ni低温钢埋弧焊焊丝，其特征在于：适用于厚度20～35mm的钢板。
4.根据权利要求1所述的一种深冷环境用节Ni低温钢埋弧焊焊丝及焊接工艺，其特征在于：焊丝直径Φ1.2～4.0mm。
5.一种如权利要求1-4任意一项所述的深冷环境用节Ni低温钢埋弧焊焊丝的焊接工艺，其特征在于：
坡口形式：对称X型坡口，角度为52～62°；
焊前不预热，层间温度≤120℃，反面焊接前进行清根处理；
采用埋弧焊焊接工艺。
6.根据权利要求5所述的一种深冷环境用节Ni低温钢埋弧焊焊丝的焊接工艺，其特征在于：坡口钝边尺寸为0～2mm，坡口装配留0～3mm间隙。
7.根据权利要求5所述的一种深冷环境用节Ni低温钢埋弧焊焊丝的焊接工艺，其特征在于：焊接电流350～450A，电弧电压25～37V，焊接速度28～38cm/min，焊接热输入18～36kJ/cm。
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