[发明专利]超低温高锰钢焊丝、焊条及其制备方法

说明书

本发明公开了一种超低温高锰钢焊丝、焊条及其制备方法，该焊丝的成分以质量百分比计含有C：0.2～0.5％、Mn：26～32％、Si：0.02～0.10％、Ni≤5％、Cr：1.5～6.5％、Mo：0.3～1.5％、S≤0.02％、P≤0.04％，余量包含Fe和不可避免的杂质。该焊丝大幅减少了Ni的使用，通过C、Mn、Cr、Mo合金化，使焊材所形成的熔覆金属形成奥氏体组织，产生优良的性能，既节约了Ni资源，又降低了成本。该焊条在焊丝的基础上，配加特殊低成分的药皮，形成的熔覆金属性能优异完全满足液化天然气储罐的使用要求。

技术领域

本发明属于焊接材料技术领域，具体涉及一种超低温高锰钢焊丝、焊条及其制备方法。

背景技术

目前用于LNG贮罐用钢为9Ni钢，由于镍含量高达9％，钢板价格昂贵。为节省Ni资源、降低钢铁材料的成本以及能源贮存和运输成本，目前世界各国均已开始研究低成本替代品。韩国浦项率先研发出超低温用奥氏体高锰钢并于 2017年在全球首次注册为国际材料和标准机构ASTM International标准技术，这意味着浦项的超低温高锰钢已经获得了国际权威认证。

但是超低温高锰钢在应用过程中，往往要采用各种焊接方式进行连接，其中主要采用焊接方法的焊接方法为手工电弧焊，占到总体焊接的70～80％，其次为埋弧焊接和气体保护焊接等。但是目前市场上超低温用奥氏体高锰钢的焊接普遍采用的是9Ni手工焊条，一方面其焊丝中Ni含高达50％～60％，使其成本过于高，另一方面焊材中含有大量Ni元素，而母材中含有大量的Mn元素，两种元素的浓度梯度会使得合金元素在焊接接头熔合线出扩散，影响其组织和性能。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术的缺陷，本发明提供一种超低温高锰钢焊丝，为超低温高锰钢提供配套的成分体系简单、节镍型焊接材料。

本发明的第二个目的是提供一种利用上述超低温高锰钢焊丝制备的焊条。

本发明的第三个目的是提供一种上述焊条的制备方法。

技术方案：本发明所述的一种超低温高锰钢焊丝，成分以质量百分比计含有 C：0.2～0.5％、Mn：26～32％、Si：0.02～0.10％、Ni≤5％、Cr：1.5～6.5％、Mo： 0.3～1.5％、S≤0.02％、P≤0.04％，余量包含Fe和不可避免的杂质。

上述焊材的成分设计机理如下：

Mn元素为扩大奥氏体相区元素，在焊接过程中Mn元素与C元素进行冶金反应，在熔池凝固过程中形成奥氏体初始相，并且可以一直保持到室温，最终形成稳定的奥氏体组织的焊缝。因此本发明中添加26～32％的Mn元素配合适量添加0.2～0.5％的C元素以保证焊接接头性能。

同时，本发明中Ni元素的含量≤5.0％，在添加了少量的Ni元素下可以保证熔覆金属组织为奥氏体组织，同时要添加Cr：1.5％～6.5％；Mo：0.3％～1.5，以满足焊缝组织优良的低温韧性，同时也有较高的拉伸强度以及延伸率。减少了 Ni元素的含量，大大减低了成本。

Ni元素能够显著提高奥氏体稳定性，而且不容易形成有害碳化物或是以偏聚形式弱化晶界，此外还能够改善焊接接头低温冲击性能，是非常理想的低温钢焊材合金元素；但是，Ni的价格昂贵，大量添加将使得材料成本显著增加，为了减少建造成本，本发明中，当Ni含量较低时，可以通过添加Cr、Mo等元素，即可满足焊接接头力学性能，又可以减少制造成本。

Cr元素能够产生固溶强化，还能强化奥氏体晶界，当Ni元素含量较低时应适当添加Cr元素以提高强度，但Cr元素含量过高会降低焊接的成形性，以及低温韧性，因此将Cr含量控制在1.5％～6.5％。

P与S这两种元素在晶界偏聚会导致熔覆金属产生液化裂纹与再热裂纹，严重降低熔覆金属及焊接接头的低温冲击韧性，S还会与Mn形成MnS，恶化熔覆金属力学性能，因此，本发明要求P≤0.004％，S≤0.002％，以降低这两种元素对熔覆金属的不利影响；