16MnDR鋼埋弧焊材的研制

金秋亞

(中國鋼研科技集團有限公司，北京100081)

16MnDR鋼埋弧焊材的研制

金秋亞

(中國鋼研科技集團有限公司，北京100081)

簡要介紹了埋弧焊焊接方法的特點、產(chǎn)生背景、發(fā)展概況，以及國內(nèi)自主研發(fā)的－46℃低溫用16MnDR鋼的生產(chǎn)工藝流程及其焊接性；總結(jié)了市場上典型的配套焊接材料H10Mn2／SJ101，H08MnMoA／HJ350，H10Mn2／SJ101的沖擊性能，富裕量低且不穩(wěn)定。針對此現(xiàn)狀，安泰科技股份有限公司獨立研制出配套焊材H08Mn2DR／SJ603W，該產(chǎn)品焊接工藝性能良好，其熔敷金屬的機械性能優(yōu)異，具有較高的低溫沖擊性能，在實際產(chǎn)品上的應(yīng)用效果良好。

16MnDR鋼；埋弧焊；焊接材料

0 前言

隨著石油化工行業(yè)的迅速發(fā)展，各種液體烯烴和烷烴低溫貯存設(shè)備的需求急劇上升。目前，國內(nèi)已經(jīng)成熟發(fā)展了一系列低溫鋼種，如－46℃用16MnDR，－70℃用09MnNiDR，－101℃用3.5Ni鋼材，與之配套的焊接材料也逐漸發(fā)展并成熟起來。

埋弧自動焊是一種高效、質(zhì)量易保證的焊接方法，在壓力容器行業(yè)被廣泛應(yīng)用，但因其焊接線能量大而在低溫容器的焊接上受到限制。隨著科技的發(fā)展，為了提高生產(chǎn)效率，國內(nèi)壓力容器廠家逐步采用埋弧焊接材料來焊接低溫用鋼。

16MnDR鋼是我國自主開發(fā)的優(yōu)質(zhì)低合金無鎳低溫用鋼，先用硅、錳脫氧，再用鋁進行強烈脫氧。與一般碳素鋼相比，低溫韌性良好，已成為制造CO2及液氨儲罐的成熟鋼種。在標準JB 4709中，推薦的16MnDR鋼用焊接材料只有一種，即焊條電弧焊采用的J507RH(或J506RH)焊條，沒有埋弧自動焊所應(yīng)采用的焊絲和焊劑。目前國內(nèi)眾多壓力容器廠家對采用埋弧焊來焊接16MnDR鋼進行了多次嘗試，選用H08MnMoA和HJ350，H10Mn2和HJ431，H10Mn2和SJ101焊劑等組合進行埋弧焊接，從工藝評定結(jié)果來看，其－40℃沖擊功雖然符合相關(guān)標準的要求，但富裕量低，且波動較大。針對市場現(xiàn)狀，安泰科技股份公司對16MnDR鋼用埋弧焊材進行研制，牌號定為AT－H08Mn2DR／AT－SJ603W，其中H08Mn2DR焊絲為安泰公司參照AWS A5.23 F48P5研制開發(fā)的一種低合金鋼焊絲，通過加入某些細化晶粒的元素冶煉而成；SJ603W是高堿度的燒結(jié)型焊劑，通過增加堿性氧化物的比例來提高焊縫金屬的低溫沖擊性能，其主要成分是：w(CaO＋MgO)＝40%～55%，w(Al2O3＋MnO)＝15%～25%，w(CaF2)＝15%～20%。

1 16MnDR鋼的生產(chǎn)工藝和焊接性

16MnDR鋼屬于熱軋正火鋼，是國內(nèi)發(fā)展成熟的一種無Ni低溫用鋼，(武鋼產(chǎn)品)主要的生產(chǎn)工藝為：高爐鐵水→KR脫硫→LD吹煉→RH真空處理→連鑄→鑄坯保護涂層→2800軋機軋制→熱處理→精整→檢驗入庫→發(fā)貨。

在標準3531中規(guī)定了16MnDR鋼的成分和性能。根據(jù)國際焊接學會推薦的碳當量計算公式Ceq＝C＋Mn／6＋(Ni＋Cu)／15＋(Cr＋Mo＋V)／5，根據(jù)其成分范圍，計算出Ceq(max)＝0.50%，說明其含碳量低，其他合金含量也低，淬硬和冷裂傾向小，焊接性良好。

2 焊材的化學成分和力學性能

H08Mn2DR／SJ603W的熔敷金屬成分如表1所示，力學性能如表2所示。由表可知，焊接工藝性能良好，力學性能優(yōu)異。

表1 熔敷金屬典型成分%

表2 熔敷金屬典型力學性能(610℃×2 h)

3 壓力容器工藝評定結(jié)果

為了更好地了解產(chǎn)品的實際應(yīng)用效果，解決客戶焊接16MnDR鋼中出現(xiàn)的問題，選取公司某客戶的工藝評定結(jié)果進行分析。母材為舞陽鋼鐵公司生產(chǎn)的16MnDR鋼板，厚度16 mm，化學成分和力學性能如表3、表4所示。

表316 MnDR化學成分%

表416 MnDR機械性能(鋼板厚度6～16 mm)

根據(jù)采購的鋼板和相關(guān)資料，廠家選用不同單位的焊絲和焊劑進行組合，主要是H08MnMoA和HJ350、H10Mn2和HJ431，－40℃的沖擊功波動較大，性能不穩(wěn)定。后采用安泰公司的AT－H08Mn2DR／ATSJ603W的焊接材料進行工藝評定，力學性能滿足要求，沖擊韌性有很大的富裕量。

根據(jù)標準JB 4708、JB 4709有關(guān)要求，采用V型坡口(見圖1)進行焊接工藝評定，焊接工藝規(guī)范參數(shù)見表5，焊接時遵循小熱輸入、快速焊的原則，層溫控制在150℃以下，焊接完畢后進行焊后熱處理。

圖1 坡口形式

表5 焊接工藝規(guī)范參數(shù)

4 焊接工藝評定試驗結(jié)果及分析

焊接工藝評定結(jié)果如表6所示。采用三種焊接材料進行工藝評定，側(cè)彎均合格。采用H08MnMoA＋HJ350組合，－40℃沖擊平均值小于20J；采用H10Mn2＋HJ431組合，－40℃沖擊平均值24J；采用H08Mn2DR＋SJ603W組合，－40℃沖擊平均值167 J。遠遠高于標準中規(guī)定的要求，富裕量大，保證了產(chǎn)品的性能。

表6 焊接工藝評定結(jié)果

通過控制熔敷金屬雜質(zhì)元素含量，增加焊劑堿度，細化組織，并在焊接工藝上嚴格控制層溫等焊接工藝參數(shù)，保證了產(chǎn)品的性能，且富裕量很大。

5 結(jié)論

安泰科技公司生產(chǎn)的H08Mn2DR／SJ603W焊材，深坡口脫渣容易，焊接工藝性能良好，力學性能優(yōu)異，已應(yīng)用于多家壓力容器廠，為16MnDR鋼埋弧焊的推廣起到了重要作用，滿足了客戶需要和市場需求。

Development of welding consumables used by 16MnDR steel alloy

JIN Qiu-ya
(China Iron＆Steel Research Institute Group，Beijing 100081，China)

This paper briefly introduces features，backgrounds as well as overviews of development of submerged arc welding and production process，weldability of 16MnDR steel alloy which is used at－46℃.In addition，it also summaries impact properties of H10Mn2／SJ101，H08MnMoA／HJ350，H10Mn2／SJ101 which are universally used.The datas are a little low and unstable.According to the situation，AT＆M develops suited consumable H08Mn2DR／SJ603W which have good welding performance and excellent mechanical properties,being used in actual work widely and suitablely.

16MnDR steel alloy；submerged arc welding；welding consumable

book=64,ebook=204

TG423

B

1001－2303(2010)10－0064－02

2009－09－27；

2010－02－24

金秋亞(1982—)，女，河南周口人，碩士，主要從事低溫鋼的研發(fā)工作。