專利名稱：低溫裝備用奧氏體不銹鋼埋弧焊焊絲的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種焊絲材料，尤其是一種低溫裝備用奧氏體不銹鋼埋弧焊焊絲。

背景技術(shù)：
隨著國民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，現(xiàn)代工業(yè)以規(guī)模生產(chǎn)為特點(diǎn)，集中供氣生產(chǎn)。各種氣體已廣泛使用在機(jī)械制造、冶金、醫(yī)藥、化工、環(huán)保、生物工程、動(dòng)力、食品和航天航空工業(yè)等領(lǐng)域中。由于工業(yè)快速發(fā)展帶來能源短缺和環(huán)境保護(hù)等問題，對(duì)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(jìn)入中國市場(chǎng)，已形成了規(guī)模宏大的工業(yè)氣體市場(chǎng)，且以每年10％以上的增長速度發(fā)展，同時(shí)氣體產(chǎn)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(yè)的迅速發(fā)展，加上世界制造業(yè)的調(diào)整，移動(dòng)式壓力容器即汽車罐車、鐵道罐車和罐式集裝箱的制造中心正在向中國轉(zhuǎn)移，這些危險(xiǎn)品運(yùn)輸和裝備行業(yè)迅速崛起。近幾年來我國制造的移動(dòng)式壓力容器的品種和數(shù)量不斷增加，其裝備、技術(shù)和質(zhì)量也不斷提高，同樣，由于移動(dòng)式壓力容器具有裝載量大、運(yùn)輸手段靈活與運(yùn)輸成本低廉等特點(diǎn)，可進(jìn)行公路、鐵路、水路的運(yùn)輸或?qū)崿F(xiàn)這些運(yùn)輸方式的聯(lián)運(yùn)，在國民經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展過程中起著非常重要的作用，低溫裝備應(yīng)用得越來越廣泛包括低溫運(yùn)輸裝備(低溫液體運(yùn)輸車)、低溫罐式集裝箱、低溫液體貯罐、低溫絕熱氣瓶。
我國現(xiàn)有能制造低溫移動(dòng)式壓力容器的有十幾家。但由于低溫移動(dòng)式壓力容器制造是聚集壓力容器、低溫和框架(車)等綜合技術(shù)，技術(shù)含量較高，制造單位設(shè)計(jì)開發(fā)能力水平相對(duì)低下，缺乏資金投入新結(jié)構(gòu)的開發(fā)試制、生產(chǎn)裝備的研制和工藝改進(jìn)，至今在我國沒有一條真正意義上的低溫移動(dòng)式壓力容器的制造生產(chǎn)流水線，都是以非標(biāo)單臺(tái)制造為主。因此，普遍存在生產(chǎn)周期長、生產(chǎn)效率低、生產(chǎn)成本高和質(zhì)量穩(wěn)定性較差等問題。進(jìn)一步深入探討低溫制造技術(shù)情況低溫移動(dòng)式壓力容器的絕熱形式，低溫容器中儲(chǔ)存的低溫介質(zhì)，內(nèi)罐溫度很低，而外罐是處于常溫下，對(duì)于整個(gè)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(chǎn)生很大的熱應(yīng)力，焊縫處低溫韌性差的地方容易產(chǎn)生裂紋及滲漏，所以對(duì)整個(gè)容器進(jìn)行溫度和應(yīng)力場(chǎng)的分析及選擇合適的低溫焊絲，有利于容器的選材和安全設(shè)計(jì)和使用。目前國內(nèi)已掌握了溫度和應(yīng)力場(chǎng)的計(jì)算方法，并在特殊要求的低溫儲(chǔ)罐中得到了應(yīng)用，獲得了合理的結(jié)構(gòu)。但國內(nèi)很難找到完全合適的低溫高強(qiáng)度高韌性焊材，主要還是靠進(jìn)口來滿足需求。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是本發(fā)明提供了焊接性能穩(wěn)定，無氣孔、成型美觀，焊縫處金屬與低溫裝備用不銹鋼性能相匹配的一種低溫裝備用奧氏體不銹鋼埋弧焊焊絲，代替進(jìn)口焊材使用到低溫裝備上，達(dá)到低溫裝備的安全設(shè)計(jì)和使用要求。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種低溫裝備用奧氏體不銹鋼埋弧焊焊絲，所述該焊絲的化學(xué)組成成分及質(zhì)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％，余量為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(chǎn)生大量高密度位錯(cuò)的細(xì)針狀鐵素體組織，其具體作用如下 鉻鉻在不銹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后，促使其內(nèi)部的矛盾運(yùn)動(dòng)有利于抵抗向腐蝕破壞的方向發(fā)展。Cr的質(zhì)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。即鉻在氧化以后可以在不銹鋼表面形成一層Cr2O3的保護(hù)膜，阻止外界酸堿因子的進(jìn)入和繼續(xù)腐蝕。
鎳鎳在不銹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銹鋼中是配合發(fā)揮作用的，因此鎳的質(zhì)量百分含量控制在9～12％，鎳可使高鉻鋼的組織發(fā)生變化，從而改善不銹鋼的耐腐蝕性能和工藝性能即延展性能。
碳碳在不銹鋼中的作用一方面碳是穩(wěn)定奧氏體的元素，另一方面碳與鉻形成一系列復(fù)雜的碳化物，影響不銹鋼的耐腐蝕性能。將碳的質(zhì)量百分含量控制在0.03％以下，可在很大程度上克服鉻鎳不銹鋼的晶間腐蝕，且易于焊接及冷變形等。
錳錳在不銹鋼中的作用一方面是降低鋼的臨界淬火速度，冷卻時(shí)增加奧氏體的穩(wěn)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(qiáng)韌化的有效元素，在焊縫中有利于脫氧，防止引起熱裂紋鐵硫化物的形成，因此Mn的質(zhì)量百分含量控制在1.60～2.50％。
硅硅在不銹鋼中作用是焊接時(shí)起脫氧和強(qiáng)化焊縫的作用，且硅也是形成鐵素體的元素，在一般不銹鋼中為常見雜質(zhì)元素，而一定量的硅對(duì)不銹鋼的工藝性能有著重要影響，因此硅的質(zhì)量百分含量控制在0.30～0.60％。
鉬、銅、鈷、鈦、鈮、釩、鎢、硼等微量元素有利于提高不銹鋼的相關(guān)性能 鉬可增強(qiáng)鋼的強(qiáng)度而不減其可塑性及韌性，同時(shí)能使鋼在高溫下有足夠的強(qiáng)度和改善鋼的耐蝕性和冷脆性，因此設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)銅的質(zhì)量百分含量為Cu≤0.30％； 鈷可增加鋼在高溫下的強(qiáng)度極限及蠕變極限，并對(duì)降低奧氏體晶粒長大有顯著影響，因此設(shè)計(jì)鈷的質(zhì)量百分含量為Co≤0.20％； 鈦可細(xì)化晶粒、防止鋼中產(chǎn)生氣泡與晶間腐蝕，改善鋼的品質(zhì)和提高鋼的機(jī)械性能，因此設(shè)計(jì)鈦的質(zhì)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(qiáng)度，改善不銹鋼的焊接性能，因此設(shè)計(jì)鈮的質(zhì)量百分含量為Nb≤0.05％； 釩可提高鋼的強(qiáng)度、彈性、沖擊韌性，尤其能提高鋼的高溫強(qiáng)度，因此設(shè)計(jì)釩的質(zhì)量百分含量為V≤0.10％； 鎢有利于提高鋼的蠕變強(qiáng)度，具有回火穩(wěn)定性和良好的高溫強(qiáng)度，因此設(shè)計(jì)鎢的質(zhì)量百分含量為W≤0.05％； 硼具有提高鋼的淬透性和細(xì)化晶粒的作用，因此設(shè)計(jì)硼的質(zhì)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范圍內(nèi)，以提高焊縫純凈度和焊接性能及進(jìn)一步提高焊縫耐候性能，P≤0.030％，S≤0.015％。
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明焊絲鋼冶煉工藝穩(wěn)定易于實(shí)現(xiàn)，鋼坯的軋制及焊絲拉拔性能優(yōu)良，滿足低溫裝備及其低溫條件下的高強(qiáng)度、高韌性及耐腐蝕系列鋼種的焊接技術(shù)要求；本發(fā)明焊絲用于500～750Mpa強(qiáng)度級(jí)別鋼種的焊接，具有較好的焊接工藝性能，適合焊接電流范圍較大，無氣孔、成型美觀，焊縫具有與基材相當(dāng)高的強(qiáng)韌性能和優(yōu)良的耐低溫性能。

具體實(shí)施例方式 下面用實(shí)施例進(jìn)一步詳述本發(fā)明。
實(shí)施例焊絲的制備工藝與現(xiàn)有技術(shù)相同。利用供方鋼廠資源冶煉該焊絲，經(jīng)軋制和拉拔成焊絲，表面凈化處理，焊絲的直徑為3.2mm，組成該焊絲的化學(xué)元素的質(zhì)量百分含量為0.017％的碳，0.55％硅，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，其余為鐵。焊絲配合使用的焊劑SJ601；試板的材質(zhì)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(duì)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(yù)置反變形5mm。
取試樣做拉伸試驗(yàn)、彎曲試驗(yàn)和沖擊試驗(yàn)，測(cè)定其力學(xué)性能，所取試樣形式、尺寸和試驗(yàn)方法均按國標(biāo)的實(shí)驗(yàn)要求進(jìn)行。
常溫拉伸試驗(yàn)溫度為室溫，低溫拉伸試驗(yàn)溫度為-196℃，試樣參與液氮浸泡方式冷卻，在-196℃下浸泡時(shí)間至少保持10min。
常溫拉伸試驗(yàn)速率，在彈性范圍內(nèi)，保證機(jī)夾頭分離速率盡可能恒定且應(yīng)力速率在6～60Mpa/s范圍內(nèi)；在塑性范圍內(nèi)應(yīng)變速率不超過0.0025/s；在抗拉強(qiáng)度范圍內(nèi)，平行長度的應(yīng)變速率不超過0.008/s。低溫試驗(yàn)時(shí)，試樣平行長度內(nèi)的應(yīng)變速率不超過0.005/s，保持恒定至試驗(yàn)完成。
常溫和低溫拉伸試驗(yàn)均需測(cè)定規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度Rp0.2或/或Rp1.0、抗拉強(qiáng)度Rm、斷后伸長率A，測(cè)定數(shù)據(jù)見表1。
表1拉伸試驗(yàn)數(shù)據(jù)
彎曲試驗(yàn)使用兩個(gè)橫向面彎、兩個(gè)橫向背彎試樣，式樣厚度為a等于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(cè)定情況彎曲角度180°，無可見裂紋產(chǎn)生。
沖擊試樣應(yīng)垂直于焊縫方向截取，試樣缺口的軸線垂直于試板表面。焊縫金屬區(qū)的沖擊試樣的缺口位于焊縫中央，以距試板表面1～2mmwei沖擊試樣的表面，取一組焊縫金屬的沖擊試樣。熱影響區(qū)的缺口軸線至熔合線交點(diǎn)的距離應(yīng)在1～2mm，且應(yīng)盡可能多的通過熱影響區(qū)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3所示。
表3沖擊試驗(yàn)數(shù)據(jù)

權(quán)利要求
1. 一種低溫裝備用奧氏體不銹鋼埋弧焊焊絲，其特征是所述該焊絲的化學(xué)組成成分及質(zhì)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％，余量為Fe。
全文摘要
本發(fā)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(xué)組成成分及質(zhì)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％，余量為Fe。本發(fā)明焊絲冶煉鋼工藝穩(wěn)定，拉拔性能優(yōu)良，滿足低溫裝備及低溫條件下的高強(qiáng)度、高韌性及耐腐蝕系列鋼種的焊接技術(shù)要求；用于500～750MPa強(qiáng)度級(jí)別鋼種焊接，適合焊接電流范圍較大、無氣孔、成型美觀，焊縫與基材有較高的匹配性能。
文檔編號(hào)B23K35/30GK101244494SQ20081002009
公開日2008年8月20日 申請(qǐng)日期2008年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月28日
發(fā)明者李振華, 居曉鋒 申請(qǐng)人:常州華通焊絲有限公司