[发明专利]适于低碳高锰钢的埋弧焊材、制备方法、应用及焊接接头

说明书

本发明提供一种埋弧焊用焊丝、焊剂及制备方法、埋弧焊材及应用、焊接接头及焊接方法。该埋弧焊用焊丝含有：C：0.45～0.75％；Mn：22.0～26.0％；Ni：4.0～6.0％；Si：0.10～0.50％；P≤0.006％；S≤0.006％；Fe和不可避免的杂质：66.738～73.45％。该埋弧焊用焊剂含有：Al₂O₃：24～29.6％；CaO：9～12％；CaF₂：19～22％；MgO：24～29.4％；SiO₂：4～7％；MnO：6～13％；硅铁：0.1～1％；锰铁：0.1～1.0％。本发明中该埋弧焊用焊剂和该埋弧焊用焊丝匹配焊接特别适用于‑166℃及以下超低温用高锰钢(锰含量在20wt％以上)。

技术领域

本发明涉及埋弧焊材技术领域，特别是涉及一种适于低碳高锰钢的埋弧焊材、制备方法、应用及焊接接头，适用于超低温高锰钢液化天燃气（LNG）储运装置。

背景技术

天燃气作为一种重要的绿色能源，在生产和生活中应用越来越广泛，国内天燃气的来源大部分依靠进口或来自深海开采，而天燃气的运输和储存必须在超低温（-166℃及以下）条件下通过液化来实现，为保证长时间安全稳定的超低温工况运行，对储运装置的主体材料性能及制造工艺质量提出严苛的、特殊的技术要求。

压力容器运行期间最大的安全隐患或着说最大的危险就是脆性破坏，尤其是低温条件，因为一般情况下，这种失效形式基本无任何先兆，后果也可能是灾难性的。发生脆性破坏的根本原因是材料在低温条件下发生了韧脆转变，随温度降低，材料韧性不断降低，当温度降到一定数值以下，材料完全失去韧性，在远低于额定设计载荷下发生整体断裂，常规铁素体型材料（碳钢、低合金钢等）属于此类。而奥氏体型材料低温脆化敏感性相对很小，因此，类似LNG等超低温储运装置，主体材料原则上应选择奥氏体组织系列的材料，但从材料强度设计和建造成本的角度考虑，工程上一直都采用铁素体型的9％镍钢最为主体材料，配套的焊接材料是奥氏体组织系列的镍基合金。

液化天燃气（LNG）储运装置整体是一大型的焊接结构，就性能和质量而言，焊接接头是整个装置的最薄弱环节，制造过程中焊接材料的选择及焊接工艺的制定成为储运装置整体性能能否满足设计和使用要求的决定因素。以往国内外的LNG储运装置建造所采用的主体材料均为9％镍钢，为满足超低温条件下的技术要求，配套的焊材全部是镍基合金，尽管在性能上能满足工程上最基本的设计要求，但同时是也存在着非常明显的不足：①焊材与钢材为异质，化学成分与组织组成差别非常大，导致两者的物理性能有明显差异；②焊接材料价格昂贵，制造成本大幅提高；③焊缝金属力学性能，特别是强度指标只能是刚刚达到或接近技术要求的下限，基本没有余量。近几年，国外在LNG储运装置建造用主体材料创新方面做了一些探索性的工作，并取得了一定的进展，其中超低温用全新高锰钢（锰含量在20％以上）在性能及成本方面显示出在LNG储运装置上具有很好的应用前景及实用价值，国内个别钢厂已有小批量试制该种钢板，目前，还没有相应配套的焊材。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种适于低碳高锰钢的埋弧焊材、制备方法、应用及焊接接头，该埋弧焊用焊剂和该埋弧焊用焊丝匹配焊接特别适用于-166℃及以下超低温用高锰钢（锰含量在20wt％以上）。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明第一方面提供一种埋弧焊用焊丝，在焊丝总质量中，以质量%计含有：

C：0.45~0.75%，如0.45~0.48%、0.48~0.59%、0.59~0.71%或0.71~0.75%；

Mn：22.0~26.0%，如22.0~22.1%、22.1~23.4%、23.4~24.8%、24.8~25.7%或25.7~26%；

Ni：4.0~6.0%，如4~4.3%、4.3~5.1%、5.1~5.8%或5.8~6%；