[发明专利]超低温钢用焊丝

说明书

本发明涉及一种超低温钢用焊丝，以重量百分比计，化学成分为：C≤0.06%，Si 0.1‑1.0%,Mn9~16%，Ni 14‑20%，Cr 10‑14%，Mo 3‑6%，N≤0.2%，Ti 0.005~0.20%，余量为Fe及杂质元素。该焊丝可用于超导、核聚变冷却构件的焊接加工。

技术领域

本发明涉及一种焊丝，属于焊接材料技术领域，特别是涉及一种用于超低温钢焊接用焊丝。

背景技术

超导体等超低温领域运行机构，通常需要液体氦或者绝对零度的水等介质来进行冷却保障。液体氦的温度约为4-14K，冷却机构常采用超低温钢用来建造。

低温奥氏体不锈钢，镍基合金都具备良好的低温韧性，因此是备选材料。但由于镍基合金价格昂贵，通常会选择低温奥氏体不锈钢。

由于整个构件系统都需要具备同样的低温性能，对于焊缝部分也是如此，这就对焊接材料和工艺提出了挑战。由于构件最大厚度达250mm左右，因此对于焊接加工来说，一方面要确保性能，另一方面也要兼顾效率。

窄间隙焊接由于坡口角度小，焊接熔敷量小，所以效率较高；但是由于焊接拘束大，容易产生热裂纹，影响焊接质量。特许5469648提供了一种通过添加稀土元素来降低热裂纹敏感性的技术，但与此同时，稀土会降低焊接电弧稳定性，从而产生焊接飞溅，这对于窄间隙焊接来说，是很严肃的问题，因为间隙小无法清理；不清理的话，会影响后续焊道质量，比如未熔合、夹渣等。

发明内容

本发明的目的在于提供超低温钢焊接用焊丝，在确保强度和低温韧性的前提下，能够消除热裂纹、工艺性能优良，焊道成形美观。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种超低温钢用焊丝，以重量百分比计，化学成分为：C≤0.08％，Si 0.1-1.0％,Mn9～16％，Ni 14-20％，Cr 10-14％，Mo 3-6％，N≤0.2％，S≤0.005％，P≤0.01％，Ti0.005～0.20％，余量为Fe及杂质元素。

一种超低温钢用焊丝，以重量百分比计，还含有0.005-0.05％的Mg和Zr中的一种或以上。

焊丝化学成分的技术说明如下：

C：是奥氏体形成元素，可有效提高焊缝金属的强度。当其含量低于0.03％，效果不明显；当其含量超过0.08％时，对焊缝金属低温韧性不利。因此，优选其成分为0.03-0.08％。

Si：主要用于焊缝金属的脱氧，并通过固溶强化来提高焊缝金属强度。当其含量低于0.1％时，效果不明显；当其含量超过1.0％时，会促进侧板条类组织生成，从而降低低温韧性。因此，优选其成分为0.1-1.0％。

当其含量在0.4-0.8％时，效果更好。

Mn：是奥氏体形成元素，同时也会增加N在铁素体基体中的固溶度，从而会增加焊接过程中气孔的发生几率；同时，Mn也会起到部分的脱氧作用。当其含量低于9％时，脱氧效果不明显；当含量超过过16％时，会导致部分氮化物析出从而破坏低温韧性。因此优选含量为9～16％。

当其含量在11-14％时，效果更好。

Ni：是形成奥氏体最重要的元素。低温钢中通常都会添加一定量的Ni来提高低温韧性。一方面，添加Ni也会降低N带来的焊缝金属的气孔问题；另一方面，由于Mn和Cr等元素的加入，会使得焊缝金属在从高温凝固和冷却过程中容易由于sigma相析出引起热裂纹，Ni的加入会改变凝固模式，从降低热裂纹倾向。当其含量低于14％时，改善气孔和裂纹的效果不明显；当其含量超过20％时，没有进一步效果，同时也会增加成本。因此优选其含量范围是14～20％。

当其含量在15.5-18.5％时，效果更好。