随着我国现代化工工业的飞速发展，国内许多企业迫切需要进行低温液化储存，其突出的优点是安全、占地面积小、单位容量大和建造成本低。因此急需-70℃左右的低温用钢。目前我国国产低合金钢中-70℃下服役的钢主要是0.5Ni类，钢号是09MnNiDR，作为低温钢顶替进口低温钢材得到了广泛应用。迄今国内已有多家钢铁公司(武钢、舞钢、重钢、浦钢)均已成功生产出厚度规格为12～65mm的09MnNiDR钢，但由于制造工艺技术的不足，还时有发生低温储罐破坏的事故，安全运行周期也不长。低温储罐使用安全可靠性最关键的指标就是其低温韧性，所以对09MnNiDR钢的低温性能尚需进一步研究。
实验用母材为武汉钢铁集团研制生产的09MnNiDR钢板，厚度为10.8mm，交货状态为正火态，组织为铁素体+少量珠光体。焊接采用手工电弧焊，焊条选用天津大桥焊条W707Ni。09MnNiDR钢板和W707Ni焊条的化学成分及力学性能见表1~2。从实验用09MnNiDR钢板上切下2块大小为300mm×90mm的板子，沿长边开V型坡口，进行多道次对接焊，其焊接工艺参数见表3。焊后，参照JB4708-2000《钢制压力容器焊接工艺评定》标准在试板上截取焊接接头力学性能试验试样，分别采用GB/T228-2002《焊接接头拉伸试验方法》、GB/T2650-2008《焊接接头冲击试验方法》及GB/T2653-2008《焊接接头弯曲试验方法》进行拉伸、弯曲和冲击试验。
表1 09MnNiDR钢化学成分及力学性能
|
化学成分（质量分数，%）
|
力学性能
|
|||||||||||
|
C
|
Si
|
P
|
S
|
Mn
|
Als
|
Nb
|
Ni
|
σs/MPa
|
σb/MPa
|
δ5(%)
|
AKV(-70℃)/J
|
|
|
标准值
|
≤
0.12
|
0.15
~0.50
|
≤
0.02
|
≤
0.015
|
1.2~
1.6
|
≥
0.015
|
≤
0.04
|
0.3~
0.8
|
≥
260
|
430~
560
|
≥
23
|
≥
27
|
|
复检值
|
0.08
|
0.30
|
0.007
|
0.003
|
1.40
|
0.046
|
0.02
|
0.49
|
450
|
520
|
36
|
167;142;152
|
表2 W707Ni的化学成分及其熔敷金属的力学性能
|
化学成分（质量分数，%）
|
力学性能
|
|||||||||
|
C
|
Si
|
P
|
S
|
Mn
|
Ni
|
σs/MPa
|
σb/MPa
|
δ5(%)
|
AKV(-70℃)/J
|
|
|
标准值
|
≤0.05
|
≤0.50
|
≤0.035
|
≤0.035
|
≤1.25
|
2.0~2.75
|
≥460
|
≥550
|
≥19
|
≥47
|
|
复检值
|
0.07
|
0.21
|
0.011
|
0.003
|
0.79
|
2.37
|
510
|
600
|
27.5
|
96;95;88
|
表3 09MnNiDR焊接工艺规范
|
编号
|
层数
|
焊接电流
/A
|
电弧电压
/V
|
焊接速度
/(cm·min-1)
|
焊接热输入
/(kJ·cm-1)
|
层间温度
/℃
|
|
1
|
1
|
120
|
22～24
|
20
|
8.28
|
-
|
|
2
|
1
|
160
|
22～24
|
17.6
|
12.5
|
-
|
|
3
|
1
|
180
|
22～24
|
11.7
|
21.1
|
-
|
|
4
|
3
|
160
|
22～24
|
15.8
|
14.0
|
80
|
|
5
|
3
|
160
|
22～24
|
15.0
|
14.7
|
120
|
|
6
|
3
|
160
|
22～24
|
15.2
|
14.4
|
立即焊
|
对于09MnNiDR钢来说，采用手工电弧焊用W707Ni焊条在适当的焊接工艺下接头可获得良好的低温韧性。但是工艺条件的改变对焊缝的低温性能影响明显。过分加大焊接线能量会导致焊缝金属中针状铁素体比例减少，且会造成焊接接头晶粒组织粗化，使得焊接接头低温冲击性能下降。根据正火钢的焊接性特点，为了防止HAZ晶粒粗化，应尽量选择能量密度集中的焊接方法，采用较小的焊接线能量。因此，实际焊接09MnNiDR钢时，应严格控制焊接电流和焊接速度，才能保证焊接接头获得良好的低温韧性。