[发明专利]适用于-196℃工作温度的熔化极气体保护焊焊丝

说明书

本发明涉及一种适用于‑196℃工作温度的熔化极气体保护焊焊丝。其技术方案是：所述熔化极气体保护焊焊丝的化学组分是：C为0.30~0.55wt%，Mn为24~26wt%，Ni为6.4~8.2wt%，W为2.5~4.0wt%，P≤0.002wt%，S≤0.001wt%，余量为Fe和不可避免的杂质。本发明制备成本低、合金成分体系简单；所形成的焊缝金属具有超低温高韧性的特点，强度与超低温高锰钢相匹配，焊接接头具有强度高和优良的超低温韧性的力学性能，能满足工作温度为‑196℃时所焊接的设备的强度和超低温韧性的技术要求。

技术领域

本发明属于熔化极气体保护焊焊丝技术领域。具体涉及一种适用于-196℃工作温度的熔化极气体保护焊焊丝。

背景技术

适用于工作温度为-196℃的容器主要是指液化天然气（LNG）等贮存运输容器。现阶段，用于LNG贮罐的钢为商业用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，世界各国科研人员正在积极研制超低温高锰钢。

在我国，一些高校与钢铁企业已率先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，采用焊接工艺制造结构及设备时，熔化极气体保护焊方法是常用的焊接方法，需要相配套的焊丝。超低温高锰钢熔化极气体保护焊焊丝采用与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：第一，焊丝中镍元素含量为50~60%，价格昂贵；第二，母材与焊丝的成分属于不同成分体系，差别较大，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适用于-196℃工作温度的熔化极气体保护焊焊丝，所形成的焊缝金属低温韧性优良，强度与超低温高锰钢相匹配，能满足对所焊接的适用于-196℃工作温度的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：所述适用于-196℃工作温度的熔化极气体保护焊焊丝的化学组分是：C为0.30~0.55wt%，Mn为24~26wt%，Ni为6.4~8.2wt%，W为2.5~4.0wt%，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：

本发明采用的合金元素含量价格低和合金成分体系简单，制备成本低。

本发明采用的主要合金元素Mn的含量为24~26wt%，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，且一直保持到室温，形成奥氏体组织的焊缝金属，故本发明采用碳元素含量为0.30~0.55wt%，镍元素含量为6.4~8.2wt%。

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2.5~4.0wt%的钨元素，以减小凝固温度区间，从而有效地减少和避免了凝固裂纹的出现。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%和S≤0.001wt%。通过净化钢水，将焊丝的P和S含量降到最低，避免因P、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有足够的强度，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。