专利名称：低温装备用奥氏体不锈钢埋弧焊焊丝的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种焊丝材料，尤其是一种低温装备用奥氏体不锈钢埋弧焊焊丝。
背景技术：
随着国民经济快速发展，现代工业以规模生产为特点，集中供气生产。各种气体已广泛使用在机械制造、冶金、医药、化工、环保、生物工程、动力、食品和航天航空工业等领域中。由于工业快速发展带来能源短缺和环境保护等问题，对绿色能源天然气的需求，已放在突出位置。加上世界上排名前十位的气体公司均已进入中国市场，已形成了规模宏大的工业气体市场，且以每年10％以上的增长速度发展，同时气体产品种类越来越丰富，如氧、氮、氩、氦、氢气、二氧化碳以及天然气和其它石油气体等。随着气体工业的迅速发展，加上世界制造业的调整，移动式压力容器即汽车罐车、铁道罐车和罐式集装箱的制造中心正在向中国转移，这些危险品运输和装备行业迅速崛起。近几年来我国制造的移动式压力容器的品种和数量不断增加，其装备、技术和质量也不断提高，同样，由于移动式压力容器具有装载量大、运输手段灵活与运输成本低廉等特点，可进行公路、铁路、水路的运输或实现这些运输方式的联运，在国民经济迅速发展过程中起着非常重要的作用，低温装备应用得越来越广泛包括低温运输装备(低温液体运输车)、低温罐式集装箱、低温液体贮罐、低温绝热气瓶。
我国现有能制造低温移动式压力容器的有十几家。但由于低温移动式压力容器制造是聚集压力容器、低温和框架(车)等综合技术，技术含量较高，制造单位设计开发能力水平相对低下，缺乏资金投入新结构的开发试制、生产装备的研制和工艺改进，至今在我国没有一条真正意义上的低温移动式压力容器的制造生产流水线，都是以非标单台制造为主。因此，普遍存在生产周期长、生产效率低、生产成本高和质量稳定性较差等问题。进一步深入探讨低温制造技术情况低温移动式压力容器的绝热形式，低温容器中储存的低温介质，内罐温度很低，而外罐是处于常温下，对于整个容器而言，其温度梯度大，处理不好在焊缝搭接处特别容易产生很大的热应力，焊缝处低温韧性差的地方容易产生裂纹及渗漏，所以对整个容器进行温度和应力场的分析及选择合适的低温焊丝，有利于容器的选材和安全设计和使用。目前国内已掌握了温度和应力场的计算方法，并在特殊要求的低温储罐中得到了应用，获得了合理的结构。但国内很难找到完全合适的低温高强度高韧性焊材，主要还是靠进口来满足需求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是本发明提供了焊接性能稳定，无气孔、成型美观，焊缝处金属与低温装备用不锈钢性能相匹配的一种低温装备用奥氏体不锈钢埋弧焊焊丝，代替进口焊材使用到低温装备上，达到低温装备的安全设计和使用要求。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种低温装备用奥氏体不锈钢埋弧焊焊丝，所述该焊丝的化学组成成分及质量百分含量为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％，余量为Fe。
焊丝中的合适的Cr、Ni、C、Mn、P、S、Mo、Cu、Co、Ti、Nb、V、W、B等合金元素，以促使在焊缝金属中产生大量高密度位错的细针状铁素体组织，其具体作用如下 铬铬在不锈钢中的作用是提高钢的耐腐蚀性能。其原因是向钢中添加铬作为合金元素以后，促使其内部的矛盾运动有利于抵抗向腐蚀破坏的方向发展。Cr的质量百分含量控制在19～23％，具体原理首先铬使铁基固溶体的电极电位提高，其次铬吸收铁的电子使铁钝化。即铬在氧化以后可以在不锈钢表面形成一层Cr2O3的保护膜，阻止外界酸碱因子的进入和继续腐蚀。
镍镍在不锈钢中的作用是提高钢的耐腐蚀性能及改善其工艺性能。其原因是镍和铬在不锈钢中是配合发挥作用的，因此镍的质量百分含量控制在9～12％，镍可使高铬钢的组织发生变化，从而改善不锈钢的耐腐蚀性能和工艺性能即延展性能。
碳碳在不锈钢中的作用一方面碳是稳定奥氏体的元素，另一方面碳与铬形成一系列复杂的碳化物，影响不锈钢的耐腐蚀性能。将碳的质量百分含量控制在0.03％以下，可在很大程度上克服铬镍不锈钢的晶间腐蚀，且易于焊接及冷变形等。
锰锰在不锈钢中的作用一方面是降低钢的临界淬火速度，冷却时增加奥氏体的稳定性，抑制奥氏体的分解，使高温下形成的奥氏体得以保持到常温；另一方面Mn是焊缝强韧化的有效元素，在焊缝中有利于脱氧，防止引起热裂纹铁硫化物的形成，因此Mn的质量百分含量控制在1.60～2.50％。
硅硅在不锈钢中作用是焊接时起脱氧和强化焊缝的作用，且硅也是形成铁素体的元素，在一般不锈钢中为常见杂质元素，而一定量的硅对不锈钢的工艺性能有着重要影响，因此硅的质量百分含量控制在0.30～0.60％。
钼、铜、钴、钛、铌、钒、钨、硼等微量元素有利于提高不锈钢的相关性能 钼可增强钢的强度而不减其可塑性及韧性，同时能使钢在高温下有足够的强度和改善钢的耐蚀性和冷脆性，因此设计钼的含量为Mo≤0.30％； 一定量的铜作为合金元素可改善合金钢的耐大气腐蚀性等特殊要求，因此设计铜的质量百分含量为Cu≤0.30％； 钴可增加钢在高温下的强度极限及蠕变极限，并对降低奥氏体晶粒长大有显著影响，因此设计钴的质量百分含量为Co≤0.20％； 钛可细化晶粒、防止钢中产生气泡与晶间腐蚀，改善钢的品质和提高钢的机械性能，因此设计钛的质量百分含量为Ti≤0.015％； 铌作为合金元素之一可以提高钢的强度，改善不锈钢的焊接性能，因此设计铌的质量百分含量为Nb≤0.05％； 钒可提高钢的强度、弹性、冲击韧性，尤其能提高钢的高温强度，因此设计钒的质量百分含量为V≤0.10％； 钨有利于提高钢的蠕变强度，具有回火稳定性和良好的高温强度，因此设计钨的质量百分含量为W≤0.05％； 硼具有提高钢的淬透性和细化晶粒的作用，因此设计硼的质量百分含量为B≤0.005％。
另外不可避免夹杂有硫、磷有害元素，故将其含量控制在较低范围内，以提高焊缝纯净度和焊接性能及进一步提高焊缝耐候性能，P≤0.030％，S≤0.015％。
本发明的有益效果是本发明焊丝钢冶炼工艺稳定易于实现，钢坯的轧制及焊丝拉拔性能优良，满足低温装备及其低温条件下的高强度、高韧性及耐腐蚀系列钢种的焊接技术要求；本发明焊丝用于500～750Mpa强度级别钢种的焊接，具有较好的焊接工艺性能，适合焊接电流范围较大，无气孔、成型美观，焊缝具有与基材相当高的强韧性能和优良的耐低温性能。
具体实施例方式 下面用实施例进一步详述本发明。
实施例焊丝的制备工艺与现有技术相同。利用供方钢厂资源冶炼该焊丝，经轧制和拉拔成焊丝，表面净化处理，焊丝的直径为3.2mm，组成该焊丝的化学元素的质量百分含量为0.017％的碳，0.55％硅，2.25％的锰，0.023％的磷，0.005％的硫，9.17％的镍，20.23％的铬，0.048％的钼，0.10％的铜，0.045％的钴，0.011％的钛，0.044的铌，0.097％的钒，0.022％的钨，0.002％的硼，其余为铁。焊丝配合使用的焊剂SJ601；试板的材质304；试板尺寸即长宽高600×150×8mm，单面30°V型坡口；焊接形式平对焊接；焊接电流380A；焊接电压32～34V；焊接速度510mm/min；层间温度60±15℃；预置反变形5mm。
取试样做拉伸试验、弯曲试验和冲击试验，测定其力学性能，所取试样形式、尺寸和试验方法均按国标的实验要求进行。
常温拉伸试验温度为室温，低温拉伸试验温度为-196℃，试样参与液氮浸泡方式冷却，在-196℃下浸泡时间至少保持10min。
常温拉伸试验速率，在弹性范围内，保证机夹头分离速率尽可能恒定且应力速率在6～60Mpa/s范围内；在塑性范围内应变速率不超过0.0025/s；在抗拉强度范围内，平行长度的应变速率不超过0.008/s。低温试验时，试样平行长度内的应变速率不超过0.005/s，保持恒定至试验完成。
常温和低温拉伸试验均需测定规定非比例延伸强度Rp0.2或/或Rp1.0、抗拉强度Rm、断后伸长率A，测定数据见表1。
表1拉伸试验数据
弯曲试验使用两个横向面弯、两个横向背弯试样，式样厚度为a等于T，试样宽度为b，试样长度为L≈D+2.5a+100mm，试样尺寸见表2。
表2焊接试板弯曲试样尺寸
测定情况弯曲角度180°，无可见裂纹产生。
冲击试样应垂直于焊缝方向截取，试样缺口的轴线垂直于试板表面。焊缝金属区的冲击试样的缺口位于焊缝中央，以距试板表面1～2mmwei冲击试样的表面，取一组焊缝金属的冲击试样。热影响区的缺口轴线至熔合线交点的距离应在1～2mm，且应尽可能多的通过热影响区。试验数据如表3所示。
表3冲击试验数据
权利要求
1. 一种低温装备用奥氏体不锈钢埋弧焊焊丝，其特征是所述该焊丝的化学组成成分及质量百分含量为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％，余量为Fe。
全文摘要
本发明涉及一种焊丝材料，尤其是一种低温装备用奥氏体埋弧焊焊丝。其化学组成成分及质量百分含量为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％，余量为Fe。本发明焊丝冶炼钢工艺稳定，拉拔性能优良，满足低温装备及低温条件下的高强度、高韧性及耐腐蚀系列钢种的焊接技术要求；用于500～750MPa强度级别钢种焊接，适合焊接电流范围较大、无气孔、成型美观，焊缝与基材有较高的匹配性能。
文档编号B23K35/30GK101244494SQ20081002009
公开日2008年8月20日 申请日期2008年3月28日 优先权日2008年3月28日
发明者李振华, 居晓锋 申请人:常州华通焊丝有限公司