本发明涉及手工电焊条，具体为一种用于超低温高锰奥氏体钢的手工电弧焊焊条。
背景技术：
1、液态氢(lh2)的燃烧产物是水，是绿色清洁能源。在工业上可用作化工原料，来生产化肥、染料、塑料、甲醇及油类等。在人民生活上，可取代天然气及煤气为居民生活取暖、烹煮、加热水等。在交通运输方面，可做合成燃料替代石油，用于汽车、飞机、船舶上。液态氢具有较高的热值，完全燃烧相同质量的氢时，可以释放出更多的热量，因而当今最重要的用途之一是作为航空航天工业用燃料将火箭等送上太空。液态氢的应用对于我国降碳和双碳目标的实现将起到至关重要的作用。
2、因液态氢的能量密度比高压气态氢(压缩到700磅)多出75％，故采用液态氢(lh2)的方式进行储存和运输。lh2的存在温度为-253℃，因此要求lh2储罐用钢及焊接材料具备超低温的韧性，以保证lh2储罐具有较好的服役寿命。目前现有技术中，高锰奥氏体钢因其为全奥氏体组织，以孪生诱导塑性(twip)作为主要形变机制，使之具有了良好的低温韧性，在成分设计合理的情况下，也有随着温度的降低其强度和塑性提高的可能，使之成为低温液罐用钢的一个选择。目前，鉴于高锰奥氏体钢的优良的低温韧性，可能成为将来lh2储罐的材料，但是现有技术中还没有可用于lh2储罐的高锰奥氏体钢配套的焊接材料，这一技术的空白将是lh2清洁能源发展的一个瓶颈。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种用于超低温高锰奥氏体钢的手工电弧焊焊条，以解决上述背景技术中提出的问题。
2、为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种用于超低温高锰奥氏体钢的手工电弧焊焊条，所述用于超低温高锰奥氏体钢的手工电弧焊焊条是由70～80wt％的焊条芯和20～30wt％的药皮组成。
3、优选的，所述焊条芯的化学组分是：c为0.45～0.65wt％；mn为30～38wt％；ni为0～1.2wt％，mo为0～3.5wt％；cr为0～2.0wt％，al为4.5～7.5wt％；cu+nb+v+ti+re为0.02～1.2wt％，p≤0.002wt％；s≤0.002wt％；余量为fe和不可避免的杂质；
4、所述药皮的化学组分是：萤石为30～40wt％；白云石为15～20wt％；钛铁矿为10～12wt％；锆英砂为6.5～10wt％；钾碱为1～2wt％；余量为锰铁粉；
5、所述用于超低温高锰钢的手工电弧焊焊条的制备方法是：先按所述药皮的化学组分配料，混合，再加入占所述药皮的化学组分10～13wt％的粘结剂，搅拌均匀，然后压涂到所述焊条芯表面，制得用于超低温高锰钢的手工电弧焊焊条。
6、优选的，所述萤石的纯度≥99％；萤石的粒度≤0.3mm。
7、优选的，所述白云石的纯度≥99％；大理石的粒度≤0.3mm。
8、优选的，所述钛铁矿的纯度≥99％；金红石的粒度≤0.3mm。
9、优选的，所述钾碱的纯度≥99％；纯碱的粒度≤0.3mm。
10、优选的，所述钾碱的纯度≥99％；纯碱的粒度≤0.3mm。
11、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：
12、本发明的合金元素中，主要采用成本较低而稳定奥氏体作用显著的c、mn和al元素，c含量为0.45～0.65wt％，mn的含量为30～38wt％，al为4.5～7.5wt％，一方面稳定奥氏体化，提高层错能，保证了优良的力学性能，特别是超低温韧性；另一方面，主要含c、mn和al元素，不含w元素和少量ni元素，成本显著降低。同时，设计了少量的药皮成分组分来稳定电弧，形成合适的保护渣和气氛。因此，合金含量价格低、合金成分体系简单，制备成本低。
13、本发明中锰元素与碳元素都是奥氏体形成元素，在两者共同作用下，焊缝金属熔池以奥氏体相为凝固初始相，且一直保持到室温，形成全奥氏体组织的焊缝金属。焊缝中碳元素含量过低时，焊缝金属的屈服强度不够，而碳元素含量过高时，又会在焊缝中产生粗大的碳化物影响韧性、或提高热裂纹敏感性。含锰量过低时，不足以形成单一奥氏体组织；含锰量过高时，会降低抗拉强度。因而焊条芯中含c为0.45～0.65wt％、含mn为30～38wt％，保证焊缝金属为全奥氏体组织，获得良好-256℃的超低温韧性，又通过控制层错能，在-256℃超低温下仍然以twip作为主要的形变机理，保证在超低温时既提高了强度、又提高了低温塑性。同时，以c、mn、al元素为主的合金成分体系降低了元素成本。
14、本发明在焊芯合金系中添加al元素，al元素是一种轻元素，相对密度为2.70，有良好的导电和导热性能，且价格便宜。焊条芯中加入al元素能大幅提高焊芯的导电性，降低电阻热，从而消除焊条在焊接时发生尾红的现象。含al量过低时，导电性不足；含al量过高时，会恶化低温韧性。因而焊条芯中含al为3.5～5.5wt％，解决焊条尾红及其引起的药皮胀裂问题，也保证-256℃超低温高锰奥氏体钢手工电弧焊焊条的操作工艺性。
15、ni元素也是奥氏体形成元素，但是含量过高会增加成本。本发明中以c、mn元素来替代ni元素，保证焊缝金属的奥氏体稳定性。因而，本发明焊条芯中ni为0～1.2wt％，既保证全奥氏体组织，获得良好超低温韧性，同时，也保证较低元素成本。
16、全奥氏体化组织的焊缝金属，一般来说室温强度较低。本发明采用mo元素和cr元素起到固溶强化的作用。mo元素和cr元素过高时，强度提高的同时会降低低温韧性；本发明焊条芯中的mo含量为0～3.5wt％，cr含量为0～2.0wt％，能保证具有一定低温韧性的前提下，同时提高焊缝金属强度。本发明中添加了少量的微合金元素，cu+nb+v+ti+re为0.02～1.2wt％，目的是通过碳化物析出强化来保证室温的屈服强度，同时，也通过夹杂物控制细化焊缝金属，提高室温的屈服强度。
17、本发明中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≤0.002wt％。通过净化钢水，将焊丝的p和s含量降到最低，保证焊缝具有较低的热裂纹敏感性。
18、本发明添加萤石和白云石，起到形成渣气联合保护的作用。萤石去除氢气孔的作用非常显著，随着萤石含量的提高，焊缝金属中含氢量减少。白云石既可造气，也可造渣。其分解出气体能提高对熔滴喷力，减少飞溅，产生cao、mgo既能稳定电弧，也具有良好脱硫能力。此外，萤石与白云石之比约为1.5～2时，具有最好焊接操作工艺性，电弧稳定、飞溅小，焊缝成型好。因而，本发明的药皮中萤石含量为30～40wt％、白云石含量为15～20wt％，保证较好焊接操作工艺性和焊缝成型。
19、此外，本发明药皮的成分体系中含有钛铁矿和锆英砂，用来调节熔渣的熔点和粘度，提高焊接工艺操作性。因而，本发明的药皮中钛铁矿为10～12wt％、锆英砂含量为6.5～10wt％，提高操作工艺性。钾碱的加入主要是保证焊条压涂性，因而，本发明药皮中钾碱含量为1～2wt％，保证较好压涂性，提高用于-256℃超低温高锰奥氏体钢的手工电弧焊焊条表面质量。
20、本发明采用的化学成分体系，使焊缝金属组织为全奥氏体，不仅保证焊缝金属有优良的超低温韧性和足够强度。同时，本发明的化学成分体系，使得焊芯具有较好导电性，无焊条尾红现象，保证焊条的操作工艺性。本发明采用的药皮化学成分体系，电弧稳定、飞溅小、脱硫能力强、含氢量小，表面成型好，具有优良的焊接工艺性能。
21、本发明所制备的用于超低温高锰钢的手工电弧焊焊条，用于超低温高锰奥氏体钢的焊接，焊缝金属形成全奥氏体组织，不仅保证优良的超低温韧性，-256℃时冲击功为60～75j；亦保证足够强度：屈服强度为380～410mpa，抗拉强度为650～730mpa，延伸率a为30～40％，实现lh2储罐的力学性能要求和-256℃超低温韧性要求。
22、因此，本发明制备成本低和合金成分体系简单；焊接无尾红，焊条操作工艺性优良，较低的热裂纹敏感性；所形成的焊缝金属具有-256℃下超低温高韧性的特点，屈服强度与液氢储罐用超低温高锰奥氏体钢相匹配，焊缝金属具有高的强度和优良的超低温韧性的力学性能，能满足对所焊接的lh2储罐的强度和超低温韧性的技术要求。