[发明专利]制备LNG贮罐的高锰钢用全自动埋弧焊实芯焊丝

说明书

本发明涉及一种制备LNG贮罐的高锰钢用全自动埋弧焊实芯焊丝，其技术方案是：所述全自动埋弧焊焊丝的化学组分是：C为0.25~0.45wt%，Mn为23~26wt%，Ni为6~8wt%，W为3~5wt%，N为0.02~0.04%，P≤0.002wt%，S≤0.001wt%，余量为Fe和不可避免的杂质。本发明采用的合金元素价格低、合金成分体系简单；制备的所述全自动埋弧焊实芯焊丝形成的焊缝金属低温韧性优良，强度与制备LNG贮罐的超低温高锰钢相匹配，满足了对所焊接的LNG贮罐的强度和超低温韧性的技术要求。

技术领域

本发明属于全自动埋弧焊实芯焊丝技术领域。具体涉及一种制备LNG贮罐的高锰钢用全自动埋弧焊实芯焊丝。

背景技术

随着我国大力开发和应用液化石油气（LPG）和液化天然气（LNG），液化石油气（LPG）和液化天然气（LNG）贮存和运输容器用钢的需求量将会越来越大。目前用于LNG贮罐的低温钢为9Ni钢，工作温度为-196℃，镍含量高达9%，钢板价格昂贵。为节省Ni资源、降低钢铁材料的成本、降低能源贮存和降低运输成本，世界各国科研人员正在积极研制高锰低温钢。

我国十三五计划将超低温高锰钢列在研发规划中，一些高校与钢铁企业已联合开展了一些理论和实验研究，研发出适于实用的超低温高锰钢。超低温高锰钢在应用过程中，主要用焊接工艺制造结构和设备。

超低温高锰钢埋弧焊时，焊丝是采用与9Ni钢相同的焊丝。9Ni钢工程应用最多的是镍基焊丝，当采用镍基焊丝时，存在两个问题：一是焊丝中镍元素含量为50~60%，价格昂贵；二是母材与焊丝的成分含有不同的Mn和Ni含量，浓度梯度会引起焊接接头熔合线处元素扩散，组织与性能发生变化。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足，目的是提供一种成本低和合金成分体系简单的制备LNG贮罐的高锰钢用全自动埋弧焊实芯焊丝；所述全自动埋弧焊实芯焊丝形成的焊缝金属低温韧性优良，强度与制备LNG贮罐的超低温高锰钢相匹配，能满足对所焊接的LNG贮罐的强度和超低温韧性的技术要求。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：所述全自动埋弧焊实芯焊丝的化学组分是：C为0.25~0.45wt%，Mn为23~26wt%，Ni为6~8wt%，W为3~5wt%，N为0.02~0.04%，P≤0.002wt%，S≤0.001wt%，余量为Fe和不可避免的杂质。

由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下积极效果：

本发明采用的主要合金元素Mn的含量为23~26wt%，与母材的锰含量相当，保证了与母材基本相同的成分体系，在形成焊接接头时，由于不存在锰元素浓度梯度，避免了锰元素扩散所形成的熔合线附近组织与性能的变化。

本发明中的锰元素与碳元素、镍元素同为奥氏体形成元素，共同作用在焊缝金属熔池凝固时，以奥氏体相为凝固初始相，一直保持到室温，形成奥氏体组织的焊缝金属，故本发明中碳元素含量为0.25~0.45wt%，镍元素含量为6~8wt%。

本发明在以奥氏体相为主的焊缝金属凝固时，为降低凝固裂纹倾向，添加3~5wt%的钨元素，以减小凝固温度区间，从而有效减少和避免了凝固裂纹的出现。同时通过添加0.02~0.04%的氮元素，在焊接过程中起到固溶强化作用，提高焊缝金属的强度。此外，杂质元素硫与磷的存在，使焊缝金属产生液化裂纹与再热裂纹，故本发明严格控制硫、磷元素的含量：P≤0.002wt%，S≤0.001wt%。通过净化钢水，将所述全自动埋弧焊实芯焊丝的P和S含量降到最低，避免因P和S偏聚而产生热裂纹倾向。

本发明采用的化学成分体系使焊缝金属组织为全奥氏体，不仅保证了焊缝金属有优良的超低温韧性和足够的强度；且降低了凝固温度范围，避免凝固裂纹的出现，同时减少或防止液化裂纹及再热裂纹的产生。