低溫裝備用奧氏體不鏽鋼埋弧焊焊絲的製作方法

2023-04-23 05:26:31 4

專利名稱：低溫裝備用奧氏體不鏽鋼埋弧焊焊絲的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種焊絲材料，尤其是一種低溫裝備用奧氏體不鏽鋼埋弧焊焊絲。

背景技術：
隨著國民經濟快速發展，現代工業以規模生產為特點，集中供氣生產。各種氣體已廣泛使用在機械製造、冶金、醫藥、化工、環保、生物工程、動力、食品和航天航空工業等領域中。由於工業快速發展帶來能源短缺和環境保護等問題，對綠色能源天然氣的需求，已放在突出位置。加上世界上排名前十位的氣體公司均已進入中國市場，已形成了規模宏大的工業氣體市場，且以每年10％以上的增長速度發展，同時氣體產品種類越來越豐富，如氧、氮、氬、氦、氫氣、二氧化碳以及天然氣和其它石油氣體等。隨著氣體工業的迅速發展，加上世界製造業的調整，移動式壓力容器即汽車罐車、鐵道罐車和罐式貨櫃的製造中心正在向中國轉移，這些危險品運輸和裝備行業迅速崛起。近幾年來我國製造的移動式壓力容器的品種和數量不斷增加，其裝備、技術和質量也不斷提高，同樣，由於移動式壓力容器具有裝載量大、運輸手段靈活與運輸成本低廉等特點，可進行公路、鐵路、水路的運輸或實現這些運輸方式的聯運，在國民經濟迅速發展過程中起著非常重要的作用，低溫裝備應用得越來越廣泛包括低溫運輸裝備(低溫液體運輸車)、低溫罐式貨櫃、低溫液體貯罐、低溫絕熱氣瓶。
我國現有能製造低溫移動式壓力容器的有十幾家。但由於低溫移動式壓力容器製造是聚集壓力容器、低溫和框架(車)等綜合技術，技術含量較高，製造單位設計開發能力水平相對低下，缺乏資金投入新結構的開發試製、生產裝備的研製和工藝改進，至今在我國沒有一條真正意義上的低溫移動式壓力容器的製造生產流水線，都是以非標單臺製造為主。因此，普遍存在生產周期長、生產效率低、生產成本高和質量穩定性較差等問題。進一步深入探討低溫製造技術情況低溫移動式壓力容器的絕熱形式，低溫容器中儲存的低溫介質，內罐溫度很低，而外罐是處於常溫下，對於整個容器而言，其溫度梯度大，處理不好在焊縫搭接處特別容易產生很大的熱應力，焊縫處低溫韌性差的地方容易產生裂紋及滲漏，所以對整個容器進行溫度和應力場的分析及選擇合適的低溫焊絲，有利於容器的選材和安全設計和使用。目前國內已掌握了溫度和應力場的計算方法，並在特殊要求的低溫儲罐中得到了應用，獲得了合理的結構。但國內很難找到完全合適的低溫高強度高韌性焊材，主要還是靠進口來滿足需求。


發明內容
本發明要解決的技術問題是本發明提供了焊接性能穩定，無氣孔、成型美觀，焊縫處金屬與低溫裝備用不鏽鋼性能相匹配的一種低溫裝備用奧氏體不鏽鋼埋弧焊焊絲，代替進口焊材使用到低溫裝備上，達到低溫裝備的安全設計和使用要求。
本發明解決其技術問題所採用的技術方案是一種低溫裝備用奧氏體不鏽鋼埋弧焊焊絲，所述該焊絲的化學組成成分及質量百分含量為Cr19.0～23.0％，Ni9.0～12.0％，C≤0.03％，Mn1.60～2.50％，Si0.30～0.60％，Mo≤0.30％，Cu≤0.30％，Co≤0.20％，Ti≤0.015％，Nb≤0.05％，V≤0.10％，B≤0.005％，餘量為Fe。
焊絲中的合適的Cr、Ni、C、Mn、P、S、Mo、Cu、Co、Ti、Nb、V、W、B等合金元素，以促使在焊縫金屬中產生大量高密度位錯的細針狀鐵素體組織，其具體作用如下 鉻鉻在不鏽鋼中的作用是提高鋼的耐腐蝕性能。其原因是向鋼中添加鉻作為合金元素以後，促使其內部的矛盾運動有利於抵抗向腐蝕破壞的方向發展。Cr的質量百分含量控制在19～23％，具體原理首先鉻使鐵基固溶體的電極電位提高，其次鉻吸收鐵的電子使鐵鈍化。即鉻在氧化以後可以在不鏽鋼表面形成一層Cr2O3的保護膜，阻止外界酸鹼因子的進入和繼續腐蝕。
鎳鎳在不鏽鋼中的作用是提高鋼的耐腐蝕性能及改善其工藝性能。其原因是鎳和鉻在不鏽鋼中是配合發揮作用的，因此鎳的質量百分含量控制在9～12％，鎳可使高鉻鋼的組織發生變化，從而改善不鏽鋼的耐腐蝕性能和工藝性能即延展性能。
碳碳在不鏽鋼中的作用一方面碳是穩定奧氏體的元素，另一方面碳與鉻形成一系列複雜的碳化物，影響不鏽鋼的耐腐蝕性能。將碳的質量百分含量控制在0.03％以下，可在很大程度上克服鉻鎳不鏽鋼的晶間腐蝕，且易於焊接及冷變形等。
錳錳在不鏽鋼中的作用一方面是降低鋼的臨界淬火速度，冷卻時增加奧氏體的穩定性，抑制奧氏體的分解，使高溫下形成的奧氏體得以保持到常溫；另一方面Mn是焊縫強韌化的有效元素，在焊縫中有利於脫氧，防止引起熱裂紋鐵硫化物的形成，因此Mn的質量百分含量控制在1.60～2.50％。
矽矽在不鏽鋼中作用是焊接時起脫氧和強化焊縫的作用，且矽也是形成鐵素體的元素，在一般不鏽鋼中為常見雜質元素，而一定量的矽對不鏽鋼的工藝性能有著重要影響，因此矽的質量百分含量控制在0.30～0.60％。
鉬、銅、鈷、鈦、鈮、釩、鎢、硼等微量元素有利於提高不鏽鋼的相關性能 鉬可增強鋼的強度而不減其可塑性及韌性，同時能使鋼在高溫下有足夠的強度和改善鋼的耐蝕性和冷脆性，因此設計鉬的含量為Mo≤0.30％； 一定量的銅作為合金元素可改善合金鋼的耐大氣腐蝕性等特殊要求，因此設計銅的質量百分含量為Cu≤0.30％； 鈷可增加鋼在高溫下的強度極限及蠕變極限，並對降低奧氏體晶粒長大有顯著影響，因此設計鈷的質量百分含量為Co≤0.20％； 鈦可細化晶粒、防止鋼中產生氣泡與晶間腐蝕，改善鋼的品質和提高鋼的機械性能，因此設計鈦的質量百分含量為Ti≤0.015％； 鈮作為合金元素之一可以提高鋼的強度，改善不鏽鋼的焊接性能，因此設計鈮的質量百分含量為Nb≤0.05％； 釩可提高鋼的強度、彈性、衝擊韌性，尤其能提高鋼的高溫強度，因此設計釩的質量百分含量為V≤0.10％； 鎢有利於提高鋼的蠕變強度，具有回火穩定性和良好的高溫強度，因此設計鎢的質量百分含量為W≤0.05％； 硼具有提高鋼的淬透性和細化晶粒的作用，因此設計硼的質量百分含量為B≤0.005％。
另外不可避免夾雜有硫、磷有害元素，故將其含量控制在較低範圍內，以提高焊縫純淨度和焊接性能及進一步提高焊縫耐候性能，P≤0.030％，S≤0.015％。
本發明的有益效果是本發明焊絲鋼冶煉工藝穩定易於實現，鋼坯的軋制及焊絲拉拔性能優良，滿足低溫裝備及其低溫條件下的高強度、高韌性及耐腐蝕系列鋼種的焊接技術要求；本發明焊絲用於500～750Mpa強度級別鋼種的焊接，具有較好的焊接工藝性能，適合焊接電流範圍較大，無氣孔、成型美觀，焊縫具有與基材相當高的強韌性能和優良的耐低溫性能。

具體實施例方式 下面用實施例進一步詳述本發明。
實施例焊絲的製備工藝與現有技術相同。利用供方鋼廠資源冶煉該焊絲，經軋制和拉拔成焊絲，表面淨化處理，焊絲的直徑為3.2mm，組成該焊絲的化學元素的質量百分含量為0.017％的碳，0.55％矽，2.25％的錳，0.023％的磷，0.005％的硫，9.17％的鎳，20.23％的鉻，0.048％的鉬，0.10％的銅，0.045％的鈷，0.011％的鈦，0.044的鈮，0.097％的釩，0.022％的鎢，0.002％的硼，其餘為鐵。焊絲配合使用的焊劑SJ601；試板的材質304；試板尺寸即長寬高600×150×8mm，單面30°V型坡口；焊接形式平對焊接；焊接電流380A；焊接電壓32～34V；焊接速度510mm/min；層間溫度60±15℃；預置反變形5mm。
取試樣做拉伸試驗、彎曲試驗和衝擊試驗，測定其力學性能，所取試樣形式、尺寸和試驗方法均按國標的實驗要求進行。
常溫拉伸試驗溫度為室溫，低溫拉伸試驗溫度為-196℃，試樣參與液氮浸泡方式冷卻，在-196℃下浸泡時間至少保持10min。
常溫拉伸試驗速率，在彈性範圍內，保證機夾頭分離速率儘可能恆定且應力速率在6～60Mpa/s範圍內；在塑性範圍內應變速率不超過0.0025/s；在抗拉強度範圍內，平行長度的應變速率不超過0.008/s。低溫試驗時，試樣平行長度內的應變速率不超過0.005/s，保持恆定至試驗完成。
常溫和低溫拉伸試驗均需測定規定非比例延伸強度Rp0.2或/或Rp1.0、抗拉強度Rm、斷後伸長率A，測定數據見表1。
表1拉伸試驗數據
彎曲試驗使用兩個橫向面彎、兩個橫向背彎試樣，式樣厚度為a等於T，試樣寬度為b，試樣長度為L≈D+2.5a+100mm，試樣尺寸見表2。
表2焊接試板彎曲試樣尺寸
測定情況彎曲角度180°，無可見裂紋產生。
衝擊試樣應垂直於焊縫方向截取，試樣缺口的軸線垂直於試板表面。焊縫金屬區的衝擊試樣的缺口位於焊縫中央，以距試板表面1～2mmwei衝擊試樣的表面，取一組焊縫金屬的衝擊試樣。熱影響區的缺口軸線至熔合線交點的距離應在1～2mm，且應儘可能多的通過熱影響區。試驗數據如表3所示。
表3衝擊試驗數據

權利要求
1. 一種低溫裝備用奧氏體不鏽鋼埋弧焊焊絲，其特徵是所述該焊絲的化學組成成分及質量百分含量為Cr19.0～23.0％，Ni9.0～12.0％，C≤0.03％，Mn1.60～2.50％，Si0.30～0.60％，Mo≤0.30％，Cu≤0.30％，Co≤0.20％，Ti≤0.015％，Nb≤0.05％，V≤0.10％，B≤0.005％，餘量為Fe。
全文摘要
本發明涉及一種焊絲材料，尤其是一種低溫裝備用奧氏體埋弧焊焊絲。其化學組成成分及質量百分含量為Cr19.0～23.0％，Ni9.0～12.0％，C≤0.03％，Mn1.60～2.50％，Si0.30～0.60％，Mo≤0.30％，Cu≤0.30％，Co≤0.20％，Ti≤0.015％，Nb≤0.05％，V≤0.10％，B≤0.005％，餘量為Fe。本發明焊絲冶煉鋼工藝穩定，拉拔性能優良，滿足低溫裝備及低溫條件下的高強度、高韌性及耐腐蝕系列鋼種的焊接技術要求；用於500～750MPa強度級別鋼種焊接，適合焊接電流範圍較大、無氣孔、成型美觀，焊縫與基材有較高的匹配性能。
文檔編號B23K35/30GK101244494SQ20081002009
公開日2008年8月20日 申請日期2008年3月28日 優先權日2008年3月28日
發明者李振華, 居曉鋒 申請人:常州華通焊絲有限公司