用于LNG超低温不锈钢焊接的金属材料、工艺及制品.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110576273A(43)申请公布日2019.12.17(21)申请号201910853210.8(22)申请日2019.09.10(71)申请人武汉市润之达石化设备有限公司地址430223湖北省武汉市江夏区庙山开发区阳光中路4号(72)发明人束润涛(74)专利代理机构湖北武汉永嘉专利代理有限公司42102代理人汪玮华(51)Int.Cl.B23K35/30(2006.01)B23K35/40(2006.01)B23K35/02(2006.01)B23K9/16(2006.01)B23K9/18(2006.01)权利要求书1页说明书6页(54)发明名称用于LNG超低温不锈钢焊接的金属材料、工艺及制品(57)摘要本发明提出一种用于LNG超低温不锈钢焊接的金属材料、工艺及制品，设计焊材的组分和结构，使焊缝中的铁素体含量降低，使其残留的铁素体比例降低到≤1.0％，焊接时采用不锈钢麻花焊丝，焊接方式为氩弧焊打底，氩弧焊填充盖面或埋弧焊填充盖面，控制焊接的工艺参数，使得焊接线能量≤13KJ/cm，同时设定焊接保护气体的配方，焊接的同时辅助高频振动，优化焊接质量，本发明明显改善焊缝金属的塑性和韧性，大大降低焊接残余应力，提高焊接效率。CN110576273ACN110576273A权利要求书1/1页1.用于LNG超低温不锈钢焊接的金属材料，其特征在于，所述的焊接材料各组分按重量百分比计算为：C≤0.03％，Si≤0.6％，Mn:2.5～5.5％，Cr:17.0～19.0％，Ni:11～18％，Mo:0.1～5％，N：0.08～0.25％，S≤0.008％，P≤0.035％，Sr:0.002～0.05％。2.LNG超低温不锈钢的焊接工艺，所述焊接工件为管道对接、平板对接和角焊缝焊接，坡口型式设计为单面U型、单面V型，筒体焊接设计为双面X型坡口，钝边1～3mm，组对间隙0～4mm，坡口单边角度15～30°，其特征在于，包括如下内容：S1)焊材组分设计：为保证焊缝金属具有极低的铁素体残留，坯料冶炼时将奥氏体的形成元素Ni的含量适当提高，提高Mn和N元素的含量，并降低影响铁素体形成的元素，将Cr和Si向材料规定的下限进行控制，使焊缝中的铁素体含量降低，使其残留的铁素体比例降低到1％以下；S2)选择焊接方法：采用氩弧焊打底、氩弧焊填充盖面或埋弧焊填充盖面的焊接方法；S3)焊材结构设计：通过电炉冶炼、浇注并轧制成盘圆坯料，再拔制成细丝，经捻股制成麻花焊丝；S4)焊接线能量控制：氩弧焊焊接的线能量为≤10KJ/cm，埋弧焊焊接的线能量≤13KJ/cm；S5)焊接保护气体组分设计：N2：0.3～2％，余量为Ar或N2：0.8～2％，O2：0.8～2％，余量为Ar或N2：0.8～2％，O2：0.8～2％，He：20～40％，余量为Ar；S6)辅助焊接：在焊接母材上固定超声振动器和/或机械振动装置进行高频振动，消除和降低焊接残余应力。3.根据权利要求2所述的LNG超低温不锈钢的焊接工艺，其特征在于，步骤S3)中所述麻花焊丝由7～150根经过拉拔的细丝捻股而成，麻花焊丝的每盘长度超过100米，用自动送丝机进行送丝。4.根据权利要求2所述的LNG超低温不锈钢的焊接工艺，其特征在于，步骤S4)中所述线能量控制的焊接工艺参数为：氩弧焊：麻花焊丝填充和盖面的焊丝直径为焊接电流为80～300A，电压为12～30V，焊接速度为15～30cm/min；埋弧焊：麻花焊丝的焊丝直径为焊接电流为200～500A，电压为20～40V，焊接速度为60～120cm/min。5.采用权利要求1所述的用于LNG超低温不锈钢焊接的金属材料的制品，其特征在于，所述制品包括无缝钢管、板材及锻件。2CN110576273A说明书1/6页用于LNG超低温不锈钢焊接的金属材料、工艺及制品技术领域[0001]本发明属于LNG不锈钢设备和管道的焊接制造领域。背景技术[0002]由于奥氏体不锈钢材料涉及到膨胀系数大、导热系数低，奥氏体不锈钢不锈钢LNG设备的焊缝性能难以满足超低温冲击要求。究其原因，存在以下几方面因素：[0003]1、焊缝金属中残留的铁素体的负面影响：[0004]按现有常规理论，奥氏体不锈钢焊缝金属中通常要有4～10％的铁素体，在有些技术文件规定中也会有类似表述或要求，有的要求铁素体残余量为4～10％，有的要求3～12％。因为焊缝金属中的铁素体残留会带来结晶模式的先后变化，这样在焊接时才不会发生焊接热裂纹，故焊材成分设计中重点考虑了铁素体比例对焊接过程的影响，某些行业标准也将其纳入规范要求。这些有残余铁素体含量的焊材在焊接过程的热裂纹虽然避免了，但残留的铁素体对焊接接头的耐高温性能和超低温性能均产生极大的负面影响